Functions of plectin and its isoforms assessed in mouse stratified epithelia and keratinocyte cell cultures

Plectin, ein Mitglied der Plakin-Proteinfamilie, ist ein groses und uberaus vielseitiges Protein, das an der Bildung von zytoskelettaren Strukturen und deren Verankerung an Zellmembranen entscheidend beteiligt ist. Es fungiert als Regulator der Aktin-Dynamik und spielt eine wesentliche Rolle in Epithelial-, Muskel- und Nervengeweben, was durch ausgepragte Hautablosung auf hemidesmosomaler Ebene und pathologische Muskelveranderungen in Mausen mit inaktiviertem Plectingen verdeutlicht wird. Ein ahnliches Erscheinungsbild tritt in Patienten auf, die an durch Defekte im Plectingen verursachter bulloser Epidermolysis mit muskularer Dystrophie (EBS-MD) leiden. Plectin wird in Form einer Vielzahl von unterschiedlichen Isoformen exprimiert, die wahrscheinlich unterschiedliche Aufgaben erfullen. Im ersten Teil meiner Dissertation prasentiere ich die phanotypische Charakterisierung einer Mauslinie mit einer spezifischen Deletion von Plectin in mehrschichtigen Epithelgeweben. Konditionelle Deletion von Plectin erlaubte es mir, die Konsequenzen von Plectin-Defizienz in diesem speziellen Gewebstyp im Kontext des gesamten Organismus zu studieren. Die konditionellen knockout Mause starben fruh nach ihrer Geburt, mit Anzeichen von Entkraftung und Wachstumsverzogerung. Blasenbildung konnte an ihren Extremitaten sowie auch am Schleimhautepithel der Mundhohle nach initialem Saugen beobachtet werden. Die Ablosung des oralen Schleimhautepithels fuhrte zu einer Beeintrachtigung der Nahrungsaufnahme. Die Epidermis der knockout Tiere war auserst fragil und zeigte lokale Defekte in der Funktion der epidermalen Barriere. Diese Studie gibt eine Erklarung fur die fruhe Sterblichkeit von plectin-defizienten Mausen und beinhaltet erste Daten uber die induzierbare Deletion von Plectin in mehrschichtigen Epithelien von adulten Mausen. Im zweiten Teil zeige ich, dass Plectin-Defizienz zu einer anomalen Organisation des Keratinfilamentzytoskeletts, verursacht durch fehlende orthogonale Quervernetzung von Keratinintermediarfilamenten, in kultivierten Keratinozyten fuhrt. Das hemidesmosomale Integrin alpha6beta4 Heterodimer war in Plectin-defizienten Keratinozyten nicht mit Keratinfilamenten assoziiert, sondern in Lamellipodien umgelagert. Die basale Aktivitat der MAP Kinasen Erk1/2, der membranassoziierten upstream Proteinkinase PKCdelta, sowie von Kinasen der Src-Familien Kinasen waren in Plectin-defizienten Keratinozyten signifikant erhoht. Des Weiteren beobachtete ich erhohte Migrationsraten von Plectin-defizienten Keratinozyten mittels in vitro Wundheilungsassays und time-lapse Videomikroskopie. Diese Daten offenbaren eine Verbindung zwischen Zytolinker-kontrollierter Zytoarchitektur und der Gerustfunktion von Keratin-Intermediarfilamenten mit spezifischen MAP Signalkaskaden. Im dritten Teil meiner Dissertation charakterisiere ich die Interaktion der Plectin Isoform 1c mit Mikrotubuli auf funktioneller und mechanistischer Ebene. Plectin 1c war am kortikalen submembranen Zytoskelett von polarisierten neuronalen Zellen und Keratinozyten, sowie auch an Mikrotubuli lokalisiert. Die Bindung an Mikrotubuli hing von Plectin 1c-spezifischen N-terminalen Sequenzen ab. Die Hauptisoform in Keratinozyten, Plectin 1a, welche keine Plectin 1c-spezifischen Sequenzen enthielt, interagierte weder in vivo noch in vitro mit Mikrotubuli. Weiters zeigte ich, dass eine mutmasliche SH3 Domane, welche sich innerhalb von Plectins Plakin-Domane befindet, in vitro an Mitglieder der MAP2/tau Familie von mikrotubuliassoziierten Proteinen binden konnte. Aufgrund der Wichtigkeit von Plectin fur die Aufrechterhaltung der Integritat von epithelialen Geweben wurde die Rolle von Plectin wahrend der kalziuminduzierten Differenzierung von Keratinozyten analysiert. Interessanterweise fand ich, dass das Fehlen von Plectin zu einer abnormalen dichten Bundelung sowie einer Zunahme der Stabilitat von Mikrotubuli fuhrte. Basierend auf diesen Ergebnissen schlage ich ein Modell vor, in welchem Plectin 1c mittels unterschiedlicher N-terminaler Sequenzen an Mikrotubuli lokalisiert und deren Dynamik durch Modulation der Mikrotubuli-Bindung von mikrotubuliassoziierten Proteinen der MAP2/tau Familie beeinflusst. Im vierten Teil analysiere ich den Mechanismus des reduzierten Migrationspotentials von Plectin-defizienten Fibroblasten. Ich fand, dass das PKC-regulatorische Protein RACK1 stark am Lamellipodiensaum von Plectin-defizienten Fibroblasten lokalisiert war. Damit einhergehend beobachtete ich erhohte Enzymaktivitat von PKCdeltain diesen Zellen. Diese Daten zeigen, dass Plectin-Defizienz ahnliche Auswirkungen auf die RACK1/PKCdelta Signaltransduktion in Keratinozyten und in Fibroblasten hat. Gleichzeitig scheint aber die Hyperaktivierung von RACK1/PKCdelta die Zellmigration in einer, dem Zelltyp entsprechenden Art und Weise, zu beeinflussen.