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Function of the Spir actin nucleators in intracellular vesicle transport processes

Funktion der Spir Aktin Nukleatoren in intrazellulären Vesikeltransportprozessen

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-64589
  • Spir proteins are the founding members of the novel class of WH2-actin nucleators. A C-terminal modified FYVE zinc finger motif is necessary to target Spir proteins towards intracellular membranes. The function and regulation of the Spir actin organizers at vesicular membranes is almost unknown. Live cell imaging analyses performed in this study show that Spir-2 is localized at tubular vesicles. Cytoplasmic Spir-2-associated vesicles branch and form protrusions, which can make contacts to the microtubule network, where the Spir-2 vesiclesSpir proteins are the founding members of the novel class of WH2-actin nucleators. A C-terminal modified FYVE zinc finger motif is necessary to target Spir proteins towards intracellular membranes. The function and regulation of the Spir actin organizers at vesicular membranes is almost unknown. Live cell imaging analyses performed in this study show that Spir-2 is localized at tubular vesicles. Cytoplasmic Spir-2-associated vesicles branch and form protrusions, which can make contacts to the microtubule network, where the Spir-2 vesicles stretch and slide along the microtubule filaments. The analysis of living HeLa cells expressing eGFP-tagged Spir-2, Spir-2-ΔKIND and Spir-2-ΔKW (lacking the 4 WH2 domains and the KIND domain) showed Spir-2-associated tubular structures which differ in their length and motility. Throughout the course of that study it could be shown that the tail domain of the actin motor protein myosin Vb, as a force-generating molecule, is colocalizing and co-immunoprecipitating with Spir-2-ΔKW. By using the tail domain of myosin Vb as a dominant negative mutant for myosin Vb-dependent vesicle transport processes it could be shown that Spir-2-ΔKW/MyoVb-cc-tail- associated vesicles exhibit an increased elongation. Moreover, using the microtubule depolymerizing drug nocodazole it could be shown that the elongation and the motility of Spir-2-ΔKW-associated vesicles depends on an intact microtubule cytoskeleton. Motility and morphological dynamics of Spir-2-associated vesicles is therefore dependent on actin, actin motorproteins and microtubule filaments. These results propose a model in which myosin/F-actin forces mediate vesicle branching, allowing the vesicles to move to and in between the microtubule filaments and thereby providing a new degree of freedom in vesicular motility. To determine the exact subcellular localization of Spir-2, colocalization studies were performed. It could be shown that Spir-2 shows a partial colocalization to Rab11a-positive compartments. Furthermore, Spir-2 exhibits an almost identical localization to Arf1 and the Arf1 small G protein but not Rab11a could be immunoprecipitated with Spir-2-ΔKW. This suggests, that Arf1 recruits Spir-2 to Arf1/Rab11a-positive membranes. Another important function of the Spir-2 C-terminus is the membrane targeting by the FYVE domain. By performing a protein-lipid overlay assay, it has been shown that purified GST- and 6xHis-tagged Spir-2-ΔKW bind phosphatidic acid suggesting a mechanism in which Spir-2 is recruited to phosphatidic acid-enriched membranes. To further elucidate the mechanism in which Spir-2 membrane-targeting could be regulated, interaction studies of C-terminal parts of Spir-2 revealed that the Spir-2 proteins interact directly.show moreshow less
  • Spir Proteine sind die ersten beschriebenen Mitglieder der neuen Klasse der WH2-Aktin Nukleatoren. Ein C-terminaler modifizierter FYVE Zinkfinger ist notwendig um Spir Proteine an intrazelluläre Membranen zu bringen. Die Funktion und die Regulation dieser Aktin Nukleatoren an vesikulären Membranen ist bis jetzt noch nahezu unbekannt. In dieser Studie durchgeführte “Live-cell-Imaging” Experimente zeigten, dass Spir-2 an tubulären Vesikeln lokalisiert ist. Zytoplasmatische Spir-2-assoziierte Vesikel formen Ausläufer, die Kontakte zum MikrotubuliSpir Proteine sind die ersten beschriebenen Mitglieder der neuen Klasse der WH2-Aktin Nukleatoren. Ein C-terminaler modifizierter FYVE Zinkfinger ist notwendig um Spir Proteine an intrazelluläre Membranen zu bringen. Die Funktion und die Regulation dieser Aktin Nukleatoren an vesikulären Membranen ist bis jetzt noch nahezu unbekannt. In dieser Studie durchgeführte “Live-cell-Imaging” Experimente zeigten, dass Spir-2 an tubulären Vesikeln lokalisiert ist. Zytoplasmatische Spir-2-assoziierte Vesikel formen Ausläufer, die Kontakte zum Mikrotubuli Netzwerk bilden. Spir-2 Vesikel haben die Fähigkeit sich entlang des Mikrotubuli Zytoskeletts auszudehnen und daran entlang zu gleiten. Die Analyse von lebenden HeLa Zellen, welche eGFP-Spir-2, eGFP-Spir-2-ΔKIND und eGFP-Spir-2-ΔKW (Deletion der 4 WH2 Domänen sowie der KIND Domäne) Fusionsproteine exprimieren, zeigen Spir-2-assoziierte tubuläre Vesikel, die sich in Länge und Beweglichkeit unterscheiden. Während dieser Studie konnte außerdem gezeigt werden, dass die “tail” Domäne des Aktinmotors myosin Vb mit Spir-2-ΔKW kolokalisiert und koimmunopräzipitiert. Die Verwendung der “tail” Domäne als dominant negative Mutante für myosin Vb-abhängigen Vesikeltransport zeigte, dass Spir-2-ΔKW/MyoVb-cc-tail-assoziierte Vesikel eine stark erhöhte Elongation aufweisen. Desweiteren konnte duch die Verwendung von Nocodazol, welches spezifisch Mikrotubulifilamente depolymerisiert, gezeigt werden, dass die Elongation und die Motilität der Spir-2-ΔKW-assoziierten Vesikel von einem intakten Mikrotubuli Zytoskelett abhängig ist. Motilität und morphologische Dynamik der Spir-2-ΔKW-assoziierten Vesikel ist daher abhängig von Aktinfilamenten, Aktin Motorproteinen und Mikrotubulifilamenten. Anhand dieser Ergebnisse lässt sich ein Modell erstellen, in welchem eine Myosin/F-actin induzierte Bewegung eine Verzweigung der Vesikel bewirkt. Dadurch ist eine Bewegung der Vesikel zu Mikrotubulifilamenten aber auch zwischen verschiedenen Mikrotubulifilamenten möglich, welches einen ganz neuen Freiheitsgrad in der vesikulären Bewegung eröffnet. Um die genaue zelluläre Lokalisation von Spir-2 zu analysieren wurden Kolokalisationsstudien durchgeführt. Hierbei konnte gezeigt werden, dass Spir-2 eine partielle Kolokalisation mit Rab11a-positiven Kompartimenten zeigt. Außerdem weist Spir-2 eine nahezu identische Lokalisation zu Arf1 auf. Arf1, aber nicht Rab11a, konnte mit Spir-2-ΔKW koimmunpräzipitiert werden. Arf1 könnte daher für die Rekrutierung von Spir-2 an Arf1/Rab11a-positive Membranen ausschlaggebend sein. Eine weitere wichtige Funktion des Spir-2 C-Terminus ist die Membranlokalisation, welche durch die FYVE Domäne vermittelt wird. Mittels Protein-Lipid Bindungsstudien konnte gezeigt werden, dass aufgereinigte GST- bzw. 6xHis-Spir-2-ΔKW-Fusionsproteine an Phosphatidylsäure binden. Dies deutet darauf hin, dass Spir-2 spezifisch zu Phosphatidylsäure-positiven Membranen rekrutiert wird. Um die weitere Regulation der Spir-2 Membranlokalisation aufzuklären, wurden Protein-Protein-Interaktionsstudien durchgeführt, welche eine direkte Interaktion von Spir-2 Proteinen anhand ihrer C-Termini ergaben.show moreshow less

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Metadaten
Author: Sabine Weiß
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-64589
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Fakultät für Biologie
Faculties:Fakultät für Biologie / Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften
Date of final exam:2011/07/06
Language:English
Year of Completion:2011
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 570 Biowissenschaften; Biologie
GND Keyword:Aktin; Vesikeltransport; Intrazellulärer Transport
Tag:Actin; vesicle transport
Release Date:2011/07/25
Advisor:Prof. Dr. Eugen Kerkhoff
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht