Lamins build the nuclear lamina and are required for chromatin organization, gene expression, cell cycle progression, and mechanical stabilization. Despite these universal functions, lamins have so far been found only in metazoans. We have identified protein NE81 in Dictyostelium, which has properties that justify its denomination as a lamin-like protein in a lower eukaryote. This is based on its primary structure, subcellular localization, and regulation during mitosis, and its requirement of the C-terminal CaaX box as a posttranslational processing signal for proper localization. Our knockout and overexpression mutants revealed an important role for NE81 in nuclear integrity, chromatin organization, and mechanical stability of cells. All our results are in agreement with a role for NE81 in formation of a nuclear lamina. This function is corroborated by localization of Dictyostelium NE81 at the nuclear envelope in human cells. The discovery of a lamin-like protein in a unicellular organism is not only intriguing in light of evolution, it may also provide a simple experimental platform for studies of the molecular basis of laminopathies.

Lamine bilden zusammen mit laminassoziierten Proteinen die nukleäre Lamina. Diese ist notwendig für die mechanische Stabilität von Zellen, die Organisation des Chromatins, der Genexpression, dem Fortgang des Zellzyklus und der Zellmigration. Die vielfältigen Funktionen der Lamine werden durch die Pathogenese von Laminopathien belegt. Zu diesen Erkrankungen, welche ihre Ursache in Mutationen innerhalb der laminkodierenden Gene, oder der Gene laminassoziierter bzw. laminprozessierender Proteine haben, zählen unter anderem das „Hutchinson-Gilford Progerie Syndrom“, die „Emery-Dreifuss“ Muskeldystrophie und die dilatierte Kardiomyopathie. Trotz der fundamentalen Bedeutung der Lamine, wurden diese bisher nur in Metazoen und nicht in einzelligen Organismen detektiert. Der amöbide Organismus Dictyostelium discoideum ist ein haploider Eukaryot, der häufig als Modellorganismus in den verschiedensten Bereichen der Zellbiologie eingesetzt wird. Mit der Entdeckung von NE81, einem Protein das mit der inneren Kernhülle von Dictyostelium discoideum assoziiert ist, wurde erstmals ein Protein identifiziert, dass man aufgrund seiner Eigenschaften als laminähnliches Protein in einem niederen Eukaryoten bezeichnen kann. Diese Merkmale umfassen die Existenz lamintypischer Sequenzen, wie die CDK1-Phosphorylierungsstelle, direkt gefolgt von einer zentralen „Rod“-Domäne, sowie eine typische NLS und die hoch konservierte CaaX-Box. Für die Etablierung des NE81 als „primitives“ Lamin, wurden im Rahmen dieser Arbeit verschiedene Experimente durchgeführt, die strukturelle und funktionelle Gemeinsamkeiten zu den Laminen in anderen Organismen aufzeigen konnten. Die Herstellung eines polyklonalen Antikörpers ermöglichte die Verifizierung der subzellulären Lokalisation des NE81 durch Elektronenmikroskopie und gab Einblicke in das Verhalten des endogenen Proteins innerhalb des Zellzyklus. Mit der Generierung von NE81-Nullmutanten konnte demonstriert werden, dass NE81 eine wichtige Rolle bei der nukleären Integrität und der Chromatinorganisation von Zellen spielt. Des Weiteren führte die Expression von zwei CaaX-Box deletierten NE81 - Varianten dazu, den Einfluss des Proteins auf die mechanische Stabilität der Zellen nachweisen zu können. Auch die Bedeutung der hochkonservierten CaaX-Box für die Lokalisation des Proteins wurde durch die erhaltenen Ergebnisse deutlich. Mit der Durchführung von FRAP-Experimente konnte außerdem die strukturgebende Funktion von NE81 innerhalb des Zellkerns bekräftigt werden. Zusätzlich wurde im Rahmen dieser Arbeit damit begonnen, den Einfluss der Isoprenylcysteincarboxylmethyltransferase auf die Lokalisation des Proteins aufzuklären. Die Entdeckung eines laminähnlichen Proteins in einem einzelligen Organismus, der an der Schwelle zu den Metazoen steht, ist für die evolutionäre Betrachtung der Entwicklung der sozialen Amöbe und für die Erforschung der molekularen Basis von Laminopathien in einem einfachen Modellorganismus sehr interessant. Die Arbeit mit Dictyostelium discoideum könnte daher Wege aufzeigen, dass Studium der Laminopathien am Tiermodell drastisch zu reduzieren. In den letzten Jahren hat die Erforschung unbekannter Bestandteile des Centrosoms in Dictyostelium discoideum große Fortschritte gemacht. Eine zu diesem Zwecke von unserer Arbeitsgruppe durchgeführte Proteomstudie, führte zur Identifizierung weiterer, potentiell centrosomaler Kandidatenproteine. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung eines solchen Kandidatenproteins, dem CP75. Es konnte gezeigt werden, dass CP75 einen echten, centrosomalen Bestandteil darstellt, der mikrotubuli-unabhängig mit der Core Struktur des Zellorganells assoziiert ist. Weiterhin wurde deutlich, dass die Lokalisation am Centrosom in Abhängigkeit vom Zellzyklus erfolgt und CP75 vermutlich mit CP39, einem weiteren centrosomalen Core Protein, interagiert.

Hemocompatible materials are needed for internal and extracorporeal biomedical applications, which should be realizable by reducing protein and thrombocyte adhesion to such materials. Polyethers have been demonstrated to be highly efficient in this respect on smooth surfaces. Here, we investigate the grafting of oligo- and polyglycerols to rough poly(ether imide) membranes as a polymer relevant to biomedical applications and show the reduction of protein and thrombocyte adhesion as well as thrombocyte activation. It could be demonstrated that, by performing surface grafting with oligo-and polyglycerols of relatively high polydispersity (>1.5) and several reactive groups for surface anchoring, full surface shielding can be reached, which leads to reduced protein adsorption of albumin and fibrinogen. In addition, adherent thrombocytes were not activated. This could be clearly shown by immunostaining adherent proteins and analyzing the thrombocyte covered area. The presented work provides an important strategy for the development of application relevant hemocompatible 3D structured materials.

Hemocompatible materials are needed for internal and extracorporeal biomedical applications, which should be realizable by reducing protein and thrombocyte adhesion to such materials. Polyethers have been demonstrated to be highly efficient in this respect on smooth surfaces. Here, we investigate the grafting of oligo- and polyglycerols to rough poly(ether imide) membranes as a polymer relevant to biomedical applications and show the reduction of protein and thrombocyte adhesion as well as thrombocyte activation. It could be demonstrated that, by performing surface grafting with oligo- and polyglycerols of relatively high polydispersity (>1.5) and several reactive groups for surface anchoring, full surface shielding can be reached, which leads to reduced protein adsorption of albumin and fibrinogen. In addition, adherent thrombocytes were not activated. This could be clearly shown by immunostaining adherent proteins and analyzing the thrombocyte covered area. The presented work provides an important strategy for the development of application relevant hemocompatible 3D structured materials.