title: Regulation of nuclear INF2 promotes actin polymerization and modulates MRTF-A subcellular localization and activity
title: Die Regulation von INF2 im Zellkern führt zur Polymerisation von kernständigen Aktinfilamenten und beeinflusst die Lokalisation von MRTF-A innerhalb der Zelle sowie dessen Aktivität
Creators: name: Melak, Michael
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2017
Subjects: Actin
Formin
INF2
Aktindynamik, MRTF-A
Zellkern
Medical sciences, Medicine
Medizin, Gesundheit
MRTF-A, Actin Dynamics

description: Aktinfilamente sind ein
      wesentlicher Bestandteil des eukaryotischen Zellskeletts.
      Durch einen dynamischen Auf- und Abbau dieser Filamente
      werden zelluläre Vorgänge, wie etwa Morphogenese, Mobilität,
      Zellteilung oder der intrazelluläre Vesikeltransport,
      beeinflusst. Verschiedenste Faktoren, die bei dem dynamischen
      Umbau von Aktinfilamenten im Zytoplasma eine Rolle spielen,
      wurden in den letzten Jahren und Jahrzehnten ausgiebig
      studiert. Dank dieser Studien haben wir heute ein durchaus
      detailliertes, aber bei weitem nicht vollständiges Bild der
      genauen Struktur und Funktion von Aktinfilamenten, sowie der
      zugrundeliegenden Mechanismen, welche bei der Ausbildung eben
      dieser Filamente eine Rolle spielen. Interessanterweise
      wurden sowohl Aktin als auch einige weitere Proteine, welche
      üblicherweise am Auf- und Abbau von zytoplasmatischen
      Aktinfilamenten beteiligt sind, auch im Zellkern
      verschiedenster eukaryotischer Zelltypen nachgewiesen. Über
      die Regulierung und die Funktion von Aktin im Nukleus ist
      momentan allerdings nur sehr wenig bekannt. Beispielsweise
      wurde gezeigt, dass monomeres Aktin im Zellkern an der
      Umgestaltung von Chromatin beteiligt ist und die
      Gen-Transkription beeinflusst. Die Existenz und die Funktion
      von kernständigen Aktinfilamenten wurden jedoch von
      zahlreichen Forschergruppen über viele Jahre hinweg
      kontrovers diskutiert. Erst kürzlich konnten mithilfe
      spezifischer Aktin-bindender Sonden Aktinfilamente im
      Zellkern zuverlässig und überzeugend visualisiert werden.
      Dadurch wurden erstmals auch Details über ihre Regulierung
      und ihre Funktion im Nukleus bekannt. Zum Beispiel wurde
      gezeigt, dass kernständige Aktinfilamente eine wichtige Rolle
      bei der zellulären Antwort auf DNA-Schäden und der
      darauffolgenden DNA-Reparatur spielen. Zusätzlich sind sie in
      die Regulierung des MRTF/SRF-Signaltransduktionsweges
      involviert. Bei beiden genannten Prozessen wird die Bildung
      von kernständigen Aktinfilamenten durch Proteine aus der
      Familie der Formine begünstigt. Die vorliegende Doktorarbeit
      zeigt, dass auch das Formin INF2 zu Aktin-bezogenen Effekten
      im Nukleus führt. Beispielsweise löst die Expression einer
      isolierten, kernständigen INF2-DID oder einer isolierten,
      kernständigen INF2-DAD eine spezifische Aktivierung von
      endogenem INF2 im Zellkern aus. Dadurch kommt es dort zur
      Aufhebung der Autoinhibierung von INF2, was wiederum zur
      Bildung von Aktinfilamenten im Nukleus führt. Außerdem haben
      wir beobachtet, dass der INF2-gesteuerte Aufbau von
      kernständigen Aktinfilamenten eine Anreicherung des
      SRF-Kofaktors MRTF-A im Zellkern bewirkt. Nach einer
      Reduktion oder einer vollständigen Deletion von INF2 in der
      Zelle kamen wir zu der Erkenntnis, dass die kernständigen
      Filamente, welche nach der Expression der INF2-DAD im
      Zellkern gebildet werden, primär vom Vorhandensein von
      endogenem INF2 abhängig sind. Unsere Daten weisen allerdings
      auch darauf hin, dass mittels dieser Methode zur
      INF2-Aktivierung neben kernständigem INF2 zusätzlich
      mDia-Formine im Nukleus koreguliert werden. Zusammengefasst
      beschreibt diese Arbeit, dass das Formin INF2 auch im
      Zellkern an der Bildung von Aktinfilamenten beteiligt ist und
      dass die Lokalisierung von MRTF-A sowie, in weiterer Folge,
      die transkriptionelle Aktivität des MRTF/SRF Signalwegs
      dadurch beeinflusst werden können.
description: Actin filaments are a fundamental
      component of the cytoskeleton. In eukaryotes, dynamic actin
      rearrangement plays a crucial part in cellular processes such
      as morphogenesis, adhesion, cell motility, cytokinesis and
      intracellular vesicle transport. Numerous aspects of actin
      dynamics in the cytoplasm of eukaryotic cells have been
      studied intensely over the past decades. Those studies
      revealed a very detailed knowledge about the structure and
      function of actin filaments as well as about the underlying
      mechanisms of F-actin formation. Though actin and proteins
      involved in actin assembly or disassembly have also been
      detected in the nuclei of many different eukaryotic cells
      lines, the detailed regulation and function of actin in the
      nuclear compartment is poorly defined. Monomeric nuclear
      actin was identified to participate in specific events such
      as transcriptional regulation or chromatin remodeling.
      Nevertheless, the existence and role of filamentous actin
      inside the nucleus has been controversially debated for
      years. Quite recently, specific actin probes have been
      described which enabled credible visualization of nuclear
      F-actin structures and provided a first insight into the
      regulation and function of actin polymerization in the
      nucleus. For example, a role for nuclear F-actin in response
      to DNA damage and efficient DNA repair as well as in the
      regulation of the SRF coactivator MRTF-A has been reported.
      Both events were shown to involve the assembly of nuclear
      actin filaments mediated by members of the formin family of
      actin nucleators. In this work, we provide evidence of a
      nuclear function of the disease associated formin INF2. We
      identified that activation of endogenous INF2 in the nucleus
      by means of INF2-DID-NLS or INF2-DAD-NLS expression mediated
      release of autoinhibition promotes the assembly of a nuclear
      F-actin network. We further observed that INF2 mediated
      nuclear actin rearrangement efficiently regulates the
      translocation and activity of MRTF-A. Moreover, by deletion
      of INF2 using the CRISPR/Cas9 system as well as by siRNA
      mediated INF2 knockdown we could show that INF2-DAD-NLS
      driven nuclear F-actin formation is primarily dependent on
      the presence of endogenous INF2. However, our data suggest
      concomitant modulation of nuclear mDia activity upon the
      release of INF2 autoinhibition in the nucleus. This study
      provides evidence for a role of the formin INF2 in the
      promotion and the formation of a nuclear actin network and
      thereby regulating the subcellular localization of MRTF-A and
      subsequent alteration of MRTF/SRF transcriptional
      activity.