Skeletal muscle plasticity: The LIM domain protein nTRIP6 in muscle regeneration, nuclear function of the mTORC1 activator RHEB in muscle growth
Creators: name: Norizadeh Abbariki, Tannaz
Publisher: name: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Year: 2021
Subjects: Skeletal muscle
differentiation
growth
mTOR complex 1
RHEB
TRIP6

description: Skelettmuskelregenerierung und Muskelwachstum sind zwei essentielle Aspekte der Muskelplastizität. Die Muskelregenerierung basiert auf dem komplexen und hoch konzertierten Prozess der Myogenese, der die Aktivierung der Muskelstammzellen, sogenannter Satellitenzellen, beinhaltet. Diese rufen proliferierende Vorläuferzellen hervor, die Myoblasten. Die Myoblasten verlassen den Zellzyklus und differenzieren zu gewidmeten Präkursoren, den Myozyten. Am Ende führt die Verschmelzung von mehreren Myozyten zur Bildung von Myofasern. Im ersten Teil meiner Doktorarbeit habe ich die Rolle des transkriptionellen Co- regulators nTRIP6 bei der Regulierung der Myogenese untersucht. Frühere in vitro Arbeiten legen nahe, dass nTRIP6 eine Rolle bei der Myogenese, genauer am Übergang zwischen Proliferation und Differenzierung, spielen könnte. In einem in vitro Model der Myogenese mit der C2C12-Maus-Myoblasten-Zelllinie konnte ich zeigen, dass selektives Blockieren der nTRIP6-Funktion eine beschleunigte Expression der frühen Differenzierungsmarker hervorrief, ohne dabei die Dynamik der Zellzyklus- Terminierung zu verändern. Diese vorzeitige frühe Differenzierung führte zu einer Verzögerung der Expression von späten Differenzierungsmarkern und der Verschmelzung der Myozyten. Somit verhindert nTRIP6 die vorzeitige Differenzierung der Myoblasten und ermöglicht in den späteren Stadien die korrekte Differenzierung und Verschmelzung der Myozyten. Dementsprechend führt ein Gen-Knockout des TRIP6-Gens in den Satellitenzellen von Mäusen zu deregulierten Skelettmuskelregenerationsdynamiken. Als Indikator für die Verschmelzung wurde eine erhöhte Anzahl an Myozyten sowie eine Verzögerung bei der Erhöhung des Myofaser-Durchmessers verwendet. Folglich trägt nTRIP6 Expression zur zeitlichen Kontrolle der Myogenese und der Skelettmuskelregeneration bei. Im zweiten Teil dieser Arbeit habe ich die Regulierung der Myofaser-Größe untersucht. Der Hauptinduktor der Muskelhypertrophie, die hauptsächlich auf der Vergrößerung der Myofaser basiert, ist der mTORC1-(mechanistic target of rapamycin complex 1) Signalweg. Der Upstream-Aktivator von mTORC1 ist das kleine G-Protein RHEB, das der Lysosomen-Membran zugeordnet und dabei farnesylierungsabhängig ist. RHEB wurde bereits im Zellkern gefunden, jedoch ist die nukleare Funktion von RHEB, insbesondere im Zusammenhang mit dem Muskelwachstum, noch nicht erforscht. Mit Zebrafischen als in vivo Model konnte ich zeigen, dass RHEB in Myofasern adulter Fische vor allem zytosolisch ist. Im Gegensatz dazu befindet sich RHEB in Myofasern von Embryos ausschließlich im Nukleus. Nukleares RHEB könnte somit eine Besonderheit von schnell wachsenden Muskeln sein. Des Weiteren konnte in vitro gezeigt werden, dass in Zellen, in denen RHEB sowohl zytosolisch als auch nuklear vorkommt, die Verwendung eines Farnesylierungstransferase-Inhibitors die nukleare Lokalisation von RHEB erhöht. Dies deutet darauf hin, dass ein wesentlicher Faktor der nuklearen Anreicherung von RHEB ein Mangel an Farnesylierung ist. Darüber hinaus förderte eine konstitutive aktive Mutante von RHEB, welche nur im Zellkern vorhanden war, eine Vergrößerung der Myofaser in Zebrafisch-Embryonen, während eine dominant negative Mutante Atrophie verursachte. Erstaunlicherweise hemmte weder die Verwendung einer RHEB-Mutante mit reduzierter mTORC1- Interaktion, noch die Verwendung eines mTORC1-Inhibitors, die Fähigkeit der konstitutiven aktiven RHEB Mutante, zur Vergrößerung der Myofaser. Somit fördert nukleares RHEB das Myofaser-Wachstum mTORC1-unabhängig. Schließlich konnte ich durch in vitro Experimenten zeigen, dass nukleares RHEB die Transkription von ribosomaler RNA - einer essenziellen Voraussetzung des Myofaser Wachstums - bei Zebrafischen fördert. Dieser Teil meiner Arbeit identifizierte eine nukleare Funktion von RHEB bei der Kontrolle des Muskelwachstums über einen mTORC1- unabhängigen Mechanismus. Zusammengenommen zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit die Vielfalt und Komplexität der Mechanismen, die an der Regulierung der Skelettmuskelplastizität beteiligt sind.