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Structural studies of the Z-disc complex FATZ-1/α-actinin-2
Ariadna Rodriguez Chamorro
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium Molecular Biosciences Molekulare Biologie
Betreuer*in
Kristina Djinovic-Carugo
DOI
10.25365/thesis.77125
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29481.94899.921365-4
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
FATZ-1 ist ein Protein, das in der Z-Scheibe von schnell zuckenden Muskelfasern exprimiert wird und mehrere Bindungspartner wie α-Actinin, Filamin-C, Telethonin, ZASP, Myotilin und Calcineurin hat. FATZ-1 ist als negativer Modulator der Calcineurin/NFAT-Signalkaskade, die die Muskelfaserzusammensetzung als Reaktion auf biomechanische Belastungen steuert, ein wesentlicher Akteur bei der Z-Scheiben-Signalgebung. Darüber hinaus könnte FATZ-1 eine wesentliche Rolle beim Aufbau der Z-Scheibe spielen, indem es mit α-Actinin-2 interagiert, da der Komplex in den frühen Stadien der Myofibrillogenese auftritt, wo er andere Proteine an die Z-Scheibe rekrutieren kann. Der C-terminale Bereich stellt eine funktionelle Domäne dar, in der mehrere Bindungspartner interagieren. Wie die Struktur von FATZ-1 mehrere Bindungspartner unterstützen und die Rekrutierung anderer Proteine an der Z-Scheibe erreichen kann, während sie gleichzeitig an α-Actinin-2 bindet, muss noch herausgefunden werden. Wir haben eine Strukturstudie des Komplexes FATZ-1/α-Actinin-2 durchgeführt, um seinen Beitrag zur Struktur und Funktion der Z-Scheibe zu verstehen. Da Vorhersagen auf große unstrukturierte Bereiche in FATZ-1 hindeuteten, setzten wir verschiedene biophysikalische Methoden wie CD und SAXS ein, um seine Struktur zu untersuchen. Wir fanden heraus, dass FATZ-1 die Merkmale eines intrinsisch ungeordneten Proteins mit einem Restgehalt an Sekundärstruktur aufweist und besser als Konformationsensemble beschrieben werden kann. Darüber hinaus fanden wir heraus, dass FATZ-1 und α-Actinin-2 einen hochaffinen Komplex mit zwei verschiedenen Bindungsereignissen bilden. Wir identifizierten Kontaktreste der Bindungsschnittstelle des Komplexes FATZ-1/α-Actinin-2 durch chemische Quervernetzung in Kombination mit Massenspektrometrie. Schließlich legen unsere CD- und SAXS-Daten nahe, dass FATZ-1 nach der Bindung an α-Actinin-2 eher flexibel als kompakt bleibt. Unsere Studie stellt die Hypothese auf, dass die hohe Affinität des Komplexes FATZ-1/α-Actinin-2 und die Flexibilität von FATZ-1 für den Zusammenbau der Z-Scheibe und die Signalübertragung von Vorteil sein könnten, da FATZ-1 an der Z-Scheibe verankert bleiben kann, während es mit anderen Bindungspartnern interagiert, die in seiner CD2-Region als Reaktion auf Signalereignisse oder in Abhängigkeit von den Entwicklungsstadien der Z-Scheibe ausgetauscht werden würden.
Abstract
(Englisch)
FATZ-1 is a protein expressed in the Z-disc of fast-twitch fibres with multiple binding partners such as α-actinin, filamin-C, telethonin, ZASP, myotilin and calcineurin. FATZ-1 is an essential player in Z-disc signalling as a negative modulator of the calcineurin/NFAT signalling cascade that controls the muscle fibre composition in response to biomechanical stress. In addition, FATZ-1 may play an essential role in the Z-disc assembly by interacting with α-actinin-2 since the complex appears in the early stages of myofibrillogenesis, where it may recruit other proteins to the Z-disc. Two more isoforms exist in cardiac and fast-twitch fibres with highly conserved N and C-terminal regions; none have structural homologs or predicted canonical domains. However, their C-terminal region appears as a functional domain where several binding partners interact. How the structure of FATZ-1 can support multiple binding partners and achieve the recruitment of other proteins to the Z-disc while still binding to α-actinin-2 remains to be discovered. We performed a structural study of the complex FATZ-1/α-actinin-2 to understand its contribution to the Z-disc structure and function. Since predictions indicated large unstructured regions in FATZ-1, we employed several biophysical methods, such as CD and SAXS, to study its structure. We found that FATZ-1 has characteristics of an intrinsically disordered protein with residual secondary structure content and can better be described as a conformational ensemble. In addition, we found that FATZ-1 and α-actinin-2 form a high-affinity complex with two different binding events. We identified contact residues of the complex FATZ-1/α-actinin-2 binding interface employing chemical crosslinking combined with mass spectrometry. Finally, our CD and SAXS data suggested that FATZ-1 remains flexible rather than compact after binding to α-actinin-2. Our study hypothesizes that the high affinity of the complex FATZ-1/α-actinin-2 and the flexibility of FATZ-1 may be advantageous to the Z-disc assembly and signalling by allowing FATZ-1 to stay anchored to the Z-disc while interacting with other binding partners that would exchange in its CD2 region in response to signalling events or according to the Z-disc developing stages.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
FATZ-1 Z-Scheibe α-Actinin Strukturbiologie
Schlagwörter
(Englisch)
Z-disc Structural biology interaction partners α-actinin-2 FATZ-1
Autor*innen
Ariadna Rodriguez Chamorro 
Haupttitel (Englisch)
Structural studies of the Z-disc complex FATZ-1/α-actinin-2
Publikationsjahr
2024
Umfangsangabe
87 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Jari Ylänne ,
Gang Dong
Klassifikation
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC Nummer
AC17378848
Utheses ID
71926
Studienkennzahl
UA | 794 | 620 | 490 |