title: Linking IgSF-mediated cell adhesion with Arp2/3-based actin polymerization during Drosophila myoblast fusion
title: Linking IgSF-vermittelten Zelladhäsion mit Arp2/3-based Aktin-Polymerisation während der Drosophila-Myoblasten Fusion
Creators: name: Balasankara Reddy, Kaipa
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2012
Subjects: Immunoglobulin-Superfamilie
Biowissenschaften, Biologie
Zell-Adhäsionsmolekül
IgSF

description: Die somatische Muskulatur von
      Drosophila entsteht analog zur Skelettmuskulatur der
      Wirbeltiere durch die Fusion von einkernigen Myoblasten. In
      Drosophila unterscheidet man zwischen zwei unterschiedliche
      Myoblastenpopulationen, die miteinander fusionieren:
      Gründer-Zellen (FCs) und fusion-kompetent Myoblasten (FCMs).
      Die Erkennung und Adhäsion der beiden Myoblastentypen wird
      von Mitgliedern der Immunoglobulin-Superfamilie (IgSF)
      vermittelt. Diese Zelladhäsionsmoleküle werden FC- und
      FCM-spezifisch exprimiert: Duf und Rst kommen in FCs vor.
      Sns, Hbs und Rst werden in FCMs exprimiert. Die heterophile
      Interaktion der Zelladhäsionsmoleküle führt zur Aktivierung
      einer Signalkaskade und zur Bildung von F-Aktin am
      Zell-Zell-Kontakt. Dabei wirken Duf und Rst in FCs in
      funktioneller Redundanz. Die Bildung neuer Aktinfilamente an
      bestehende Filamenten wird durch den Aktin-verwandten
      Protein-Kompalex (Arp)2/3 geregelt. Der Arp2/3-Komplex
      besteht aus sieben Untereinheiten, einschließlich Arp2 und
      Arp3. Aktiviert wird der Arp2/3-Komplex durch sogenannte
      „nucleation promoting“-Faktoren (NPFS), d.h. durch das
      Wiskott-Aldrich syndrome Protein (WASP) und den Supressor des
      CAMP-Rezeptors (SCAR). WASP wird durch das
      WASP-interagierende Protein Verprolin1 (WIP) aktiviert.
      Obwohl WASP und Scar den Arp2/3-Komplex auf unterschiedliche
      Weise aktivieren, beinhalten sie eine gemeinsame
      Prolin-reiche Region an die Proteine mit einer SH3-Domäne
      binden können. In dieser Arbeit habe ich mit zwei Fragen
      befasst. Zuerst habe ich versucht Hinweise auf die redundante
      Funktion von Duf und Rst in FCs zu erhalten. Die
      intrazelluläre Domäne von Rst und Duf enthält drei
      konservierte Domänen, d.h. eine PADVI-, SAIYGNPYLR- und
      NSLLPPLPP-Domäne. Die Expression von RstΔPADVI in allen
      Myoblasten bzw. die ausschließliche Expression von RstΔPADVI
      in FCs oder in FCMs führt zu Fusionsdefekten. Dies lässt
      darauf schließen, dass diese Domäne eine wichtige Funktion
      während der Rst-vermittelten Signaltransduktion spielt. Um
      Interaktionspartner von Rst zu identifizieren habe ich zudem
      einen Hefe-2-Hybrid Screen durchgeführt und Actin57B, Papilin
      und Nidogen als mögliche Interaktionspartner identifiziert.
      Im zweiten Teil meiner Arbeit habe ich mich mit der Rolle des
      SH2-SH3 Adaptorproteins Dreadlock (Dock) während der
      Myoblastenfusion befasst. Das Vertebraten-Homolog von Dock,
      Nck, verbindet Nephrin-vermittelte Zelladhäsionsprozesse mit
      der Umstrukturierung des Aktin-Zytoskeeletts bei der
      Podozyten-Bildung. Nephrin ist verwandt mit Drosophila Sns
      und Hbs. Biochemische Analysen, die in dieser Arbeit
      durchgeführt wurden zeigen, dass Dock an die intrazelluläre
      Domäne von Sns, Hbs, Duf und Rst sowie an die Prolin-reiche
      Region von WASP und WIP binden kann. Interessanterweise
      konnte ich zeigen, dass die SH2-Domäne von Dock an
      phosphoryliertes Tyrosin an Position 1089 in der
      intrazellulären Domäne von Hbs bindet. Die SH3-Domänen von
      Dock vermitteln dagegen die Bindung mit der intrazellulären
      Domäne von Sns und Duf. Sowohl die SH2- als auch die
      SH3-Domänen von Dock vermitteln die Bindung an die
      intrazelluläre Domäne von Rst. Um zu zeigen, dass diese
      Protein-Interaktionen auch während der Myoblastenfusion
      erfolgen, habe ich eine Reihe von Doppelmutantenanalysen
      durchgeführt. Dabei konnte ich zeigen, dass dock genetisch
      mit dem FC-spezifischen Gen rols interagiert. Rols kodiert
      für ein Multidomänprotein, das an die intrazelluläre Domäne
      von Duf bindet. Weiterhin konnte ich eine genetische
      Interaktion zwischen dock und hbs aufzeigen. Die genetischen
      Interaktionsstudien belegen, dass die Funktion von Dock
      sowohl in FCs als auch in FCMs während der Myoblastenfusion
      von Drosophila benötigt wird. Dies legt die Vermutung nahe,
      dass Dock das Fusionssignal von den Zelladhäsionsmolekülen
      Duf und Hbs an Komponenten der Aktin-Regulation, wie WASP und
      WIP überträgt
description: The somatic musculature of
      Drosophila is analogous to vertebrate skeletal muscles and is
      generated by the fusion of mononucleate myoblasts. Muscle
      fusion in Drosophila involves two distinct cell populations,
      founder cells (FCs) and fusion-competent myoblasts (FCMs).
      The recognition and adhesion of both myoblast types is
      mediated by members of the Immunoglobin superfamily (IgSF)
      that are expressed myoblast type specifically: Duf and Rst
      are expressed in FCs. Sns, Hbs and Rst are present in FCMs.
      The heterophilic interaction of these Ig-domain proteins
      leads to signal activation and results in the formation of
      F-actin at the sites of cell-cell contact. Duf and Rst serve
      in functional redundancy in FCs. The formation of new actin
      filaments at existing filaments is regulated by the
      actin-related protein complex (Arp)2/3. The Arp2/3 complex is
      a multiprotein complex consisting of seven subunits including
      Arp2 and Arp3. The complex becomes activated by nucleation
      promoting factors (NPFs), i.e the Wiskott-Aldrich syndrome
      protein (WASP) and the suppressor of CAMP-receptor (SCAR).
      Additionally, WASP is activated by the WASP-interacting
      protein Verprolin1 (WIP). These proteins act together in the
      WASP-WIP complex. Although WASP and SCAR are activated
      differently to induce Arp2/3-mediated actin polymerization,
      they share a common proline-rich region, which is known to
      bind to SH3 domain containing proteins. In this study I have
      addressed two questions. First, I have tried to elucidate the
      redundant nature of Duf and Rst in FCs. The intracellular
      domain of Rst and Duf contains three conserved domains, i.e a
      PADVI, SAIYGNPYLR and NSLLPPLPP domain. Expression of
      RstΔPADVI in all myoblasts or exclusively in FCs as well as
      FCMs impaired myoblast fusion. This indicates that the PADVI
      domain in the intracellular domain of Rst plays an important
      role during myoblast fusion. To identify Rst specific
      interaction partners I further performed a yeast two-hybrid
      screen and identified Actin57B, Papilin and Nidogen as
      possible Rst interaction partner. Second, I investigated the
      role of the SH2-SH3 adopter Dreadlock (Dock) in myoblast
      fusion. Dock is expressed in FCs and FCMs. In vertebrates,
      the homologue of Dock - called Nck - links cell adhesion
      during podocyte formation with actin cytoskeleton
      rearrangement by binding to the intracellular domain of
      Nephrin. Nephrin is a homologue of Drosophila Sns and Hbs.
      Biochemical data provided in this study show that Dock is
      able to bind to the intracellular domain of Sns, Hbs, Duf and
      Rst and to the proline-rich region of the actin regulators
      WASP and WIP via its SH3 domains. Interestingly, I found that
      the SH2 domain of Dock binds to phosphorylated tyrosine at
      position 1089 in the intracellular domain of Hbs. The SH3
      domains of Dock can bind to Sns and Duf and all SH2 and SH3
      domains are required to bind to Rst. To demonstrate that
      these protein interactions are relevant for myoblast fusion,
      I carried out double mutant experiments. I could show that
      dock interacts genetically with the FC-specific gene rols,
      which encodes for an adaptor protein that binds to the
      intracellular domain of Duf, and with the FCM-specific cell
      adhesion molecule hbs. These data indicate that Dock
      functions in both myoblast populations during myoblast fusion
      and serves as a linker to transfer the fusion signal from the
      cell adhesion molecules Duf and Hbs to the actin
      cytoskeleton, e.g. by interacting with WASP and WIP.