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Im Mittelpunkt dieser Arbeit standen Signaltransduktionsprozesse in den Strukturen der Kraftübertragung quergestreifter Muskelzellen, d. h. in den Costameren (Zell-Matrix-Kontakten) und den Glanzstreifen (Zell-Zell-Kontakten der Kardiomyozyten).Es ließ sich zeigen, dass sich die Morphologie der Zell-Matrix-Kontakte während der Differenzierung von Skelettmuskelzellen dramatisch ändert, was mit einer veränderten Proteinzusammensetzung einhergeht. Immunfluoreszenz-Analysen von Skelettmuskelzellen verschiedener Differenzierungsstadien implizieren, dass die Signalwege, welche die Dynamik der Fokalkontakte in Nichtmuskelzellen bestimmen, nur für frühe Stadien der Muskeldifferenzierung Relevanz haben können. Ausgehend von diesem Befund wurde begonnen, noch unbekannte Signalwege zu identifizieren, welche die Ausbildung von Costameren kontrollieren: In den Vorläuferstrukturen der Costamere gelang es, eine transiente Interaktion der Proteine Paxillin und Ponsin zu identifizieren. Biochemische Untersuchungen legen nahe, dass Ponsin über eine Skelettmuskel-spezifische Insertion im Carboxyterminus das Adapterprotein Nck2 in diesen Komplex rekrutiert. Es wird vorgeschlagen, dass die drei Proteine einen ternären Signalkomplex bilden, der die Umbauvorgänge der Zell-Matrix-Kontakte kontrolliert und dessen Aktivität von mitogen activated protein kinases (MAPK) reguliert wird.Die Anpassungsvorgänge der Strukturen der Kraftübertragung an pathologische Situtation (Kardiomyopathien) in der adulten quergestreiften Muskulatur wurden ausgehend von einem zweiten Protein, dem muscle LIM protein (MLP), untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass ein mutiertes MLP-Protein, das im Menschen eine hypertrophe Kardiomyopathie (HCM) auslöst, strukturelle Defekte aufweist und weniger stabil ist. Weiterhin zeigte dieses mutierte Protein eine verringerte Bindungsfähigkeit an die beiden Liganden N-RAP und alpha-Actinin. Die molekulare Grundlage der HCM-verursachenden Mutationen im MLP-Gen könnte folglich eine Veränderung der Homöostase im ternären Komplex MLP – N-RAP – alpha-Actinin sein. Die Expressionsdaten eines neu generierten monoklonalen MLP-Antikörpers deuten darauf hin, dass die Funktionen des MLP nicht nur für die Integrität des Myokards, sondern auch für die der Skelettmuskulatur notwendig sind.
Skeletal muscle differentiation is a complex process: It is characterised by changes in gene expression and protein composition. Simultaneously, a dramatic remodelling of the cytoskeleton and associated cell-matrix contacts, the costameres, occurs. The expression and localisation of the protein ponsin at cell-matrix contacts marks the establishment of costameres. In this report we show that skeletal muscle cells are characterised by a novel ponsin isoform, which contains a large insertion in its carboxy-terminus. This skeletal muscle-specific module binds the adapter proteins Nck1 and Nck2, and increased co-localisation of ponsin with Nck2 is observed at remodelling cell-matrix contacts of differentiating skeletal muscle cells. Since this ponsin insertion can be phosphorylated, it may adjust the interaction affinity with Nck adapter proteins. The novel ponsin isoform and its interaction with Nck1/2 provide exciting insight into the convergence of signalling pathways at the costameres, and its crucial role for skeletal muscle differentiation and re-generation.
Previous work has shown that mutations in muscle LIM protein (MLP) can cause hypertrophic cardiomyopathy (HCM). In order to gain an insight into the molecular basis of the disease phenotype, we analysed the binding characteristics of wild-type MLP and of the (C58G) mutant MLP that causes hypertrophic cardiomyopathy. We show that MLP can form a ternary complex with two of its previously documented myofibrillar ligand proteins, N-RAP and alpha-actinin, which indicates the presence of distinct, non-overlapping binding sites. Our data also show that, in comparison to wild-type MLP, the capacity of the mutated MLP protein to bind both N-RAP and alpha-actinin is significantly decreased. In addition, this single point mutation prevents zinc coordination and proper folding of the second zinc-finger in the first LIM domain, which consequently renders the protein less stable and more susceptible to proteolysis. The molecular basis for HCM-causing mutations in the MLP gene might therefore be an alteration in the equilibrium of interactions of the ternary complex MLP-N-RAP-alpha-actinin. This assumption is supported by the previous observation that in the pathological situation accompanied by MLP down regulation, cardiomyocytes try to compensate for the decreased stability of MLP protein by increasing the expression of its ligand N-RAP, which might finally result in the development of myocyte disarray that is characteristic of this disease