| Summary: | Η διδακτορική μου διατριβή εστιάζει στη λειτουργική ανάλυση του μοριακού μηχανισμού λειτουργίας της ιντεγκρινο-συνδεόμενης κινάσης (ILK) κατά την ανάπτυξη στη Drosophila. Έγινε διερεύνηση: α) της λειτουργικής συντήρησης της ILK κατά την εξέλιξη, β) του πιθανού ρόλου συγκεκριμένων αμινοξικών μοτίβων στον κυτταρικό εντοπισμό και τη λειτουργία της πρωτεΐνης και γ) των λειτουργικών ιδιοτήτων της ILK όταν είναι ομοιοπολικά συζευγμένη στην πλασματική μεμβράνη. Παράλληλα, αναζητήσαμε νέους λειτουργικούς ρόλους της ILK κατά την ανάπτυξη: α) σε άλλους ιστούς εκτός από το μυϊκό σύστημα και β) στην ωογένεση.
Η ILK στο επίπεδο της αμινοξικής αλληλουχίας παρουσιάζει 60% ταυτότητα και 75% ομολογία με την αντίστοιχη πρωτεΐνη των θηλαστικών. Με βάση αυτή την ομολογία, ελέγξαμε την πιθανή φυλογενετική συντήρηση της λειτουργίας της ILK. Για το σκοπό αυτό κατασκευάστηκαν διαγονιδιακά στελέχη που περιείχαν την κωδική περιοχή της ILK του ανθρώπου (hILK) και του ποντικού (mILK) αντίστοιχα. Η ILK του ποντικού και του ανθρώπου ακολουθεί παραπλήσιο πρότυπο υποκυτταρικής κατανομής με την ενδογενή πρωτεΐνη στα μυϊκά κύτταρα Drosophila. Οι δυο ετερόλογες πρωτεΐνες υποκαθιστούν τη λειτουργία της ILK στη Drosophila. Ωστόσο, η ILK του ανθρώπου παρουσιάζει μειωμένη δυνατότητα πρόσδεσης με την parvin της Drosophila.
Προκειμένου να διερευνήσουμε το μοριακό μηχανισμό ρύθμισης και δράσης της ILK κατά την ανάπτυξη, ελέγξαμε εάν η φωσφορυλίωση των αμινοξέων S176 και T180 υπεισέρχεται στη ρύθμιση της λειτουργίας της ILK. Σε πειράματα κυτταρικών σειρών έχει δειχθεί ότι στις θέσεις αυτές η φωσφορυλίωση ελέγχει την υποκυτταρική κατανομή της πρωτεΐνης στον πυρήνα. Ωστόσο, αποδείξαμε ότι η πιθανή φωσφορυλίωση στις ισχυρά συντηρημένες θέσεις S176 και T180 δεν είναι απαραίτητη για τον εντοπισμό της ILK στις μυοτενοντικές συνδέσεις και τη λειτουργία της ILK.
Ένα άλλο αμινοξικό κατάλοιπο που είναι απαραίτητο για τον εντοπισμό της ILK στις εστιακές θέσεις προσκόλλησης είναι το F436, το οποίο εδράζεται στην τελευταία α έλικα του καρβοξυτελικού λοβού της περιοχής κινάσης. Ο υποκυτταρικός εντοπισμός της ILK και η λειτουργία της δεν επηρεάζονται από τη σημειακή μεταλλαγή F436Α σε αντίθεση με πειράματα σε κυτταρικά μοντέλα. Η σημειακή μεταλλαγή F436A αποδυναμώνει την ικανότητα αλληλεπίδρασης της ILK με την parvin.
Εξετάσαμε αν η μεμβρανοδεσμευόμενη ILK μέσω παλμυτυλίωσης ή φαρνεσυλίωσης μπορεί να υποκαταστήσει την απουσία της ενδογενούς, καθώς και εάν μπορεί να προσελκύσει πρωτεΐνες του συνδεοσώματος ανεξάρτητα των ιντεγκρινών. Κατασκευάστηκαν δυο εναλλακτικές μορφές μεμβρανοδεσμευμένης ILK, οι GAP-ILK-GFP και ILK-GFP-HRAS εντοπίζονται με επιτυχία σταθερά στην πλασματική μεμβράνη των εμβρυϊκών μυϊκών κυττάρων. Επίσης, οι GAP-ILK-GFP και ILK-GFP-HRAS υποκαθιστούν πλήρως την ενδογενή ILK σε όλα τα αναπτυξιακά στάδια της ζωής της μύγας. Τέλος, η GAP-ILK-GFP συγκεντρώνει στις ΜΤΣ τα άλλα δυο μέλη του IPP συμπλόκου αλλά και την talin στις ΜΤΣ εμβρύων τελικού σταδίου τόσο αγρίου τύπου όσο και ομοζυγώτων για aPS2.
Παράλληλα, μελετήσαμε , τόσο σε γενετικό όσο και σε μοριακό επίπεδο, το ρόλο της ILK στη μορφογένεση του ωοθυλακίου, την οργάνωση και ομοιόσταση του θυλακώδους επιθηλίου κατά τη διάρκεια της ωογένεσης στη Drosophila. Αποσιωπήσαμε την ilk κατασκευάζοντας γενετικά μωσαϊκά αλλά και ιστοειδικά διασωσμένα άτομα. Παρατηρήσαμε ότι η ILK είναι απαραίτητη για τη διαδικασία της ωογένεσης στη μύγα. Η απουσία της ILK προκαλεί διαταραχές στο σχηματισμό των διαθυλιακών μίσχων και ανωμαλία στο διαχωρισμό των νεοσχηματιζόμενων διαδοχικών ωοθυλακίων (σιαμαία ωοθυλάκια).
Επίσης, τα πειράματά μας αποκάλυψαν ότι η ILK είναι απαραίτητη για την οργάνωση των ινιδίων ακτίνης κατά τα τελευταία στάδια της ωογένεσης και για την ομοιόσταση του κυτταροσκελετού ακτίνης κατά τον ακραιο-βασικό άξονα του κυττάρου. Ακόμη, η ILK είναι απαραίτητη για την οργάνωση και διατήρηση των βασο-πλευρικών κυτταρικών συνδέσεων στα θυλακιοκύτταρα, αλλά όχι των συνδέσεων ζώνης. Η απουσία της ILK διαταράσσει τον εντοπισμό των ιντεγκρινών στα άκρα των ινιδίων τάσης της ακτίνης στα θυλακιοκύτταρα των τελευταίων σταδίων. Επιπλέον, η ILK συμμετέχει στη ρύθμιση της δυναμικής της F-ακτίνης μειορρυθμίζοντας το Dia και αυξορρυθμίζοντας την profilin. H ILK εμπλέκεται στον έλεγχο της συσταλτότητας των ινιδίων ακτο-μυοσίνης στα θυλακιοκύτταρα των τελευταίων σταδίων, πιθανότατα μέσω της διαταραχής στον υποκυτταρικό εντοπισμό του RhoI, καθώς και μέσω της εκτοπικής συσσώρευσης της μυοσίνης (zipper).
Τέλος, η ilk αλληλεπιδρά γενετικά με τη dpak στο επιθήλιο του ωοθυλακίου. Η ΙLK επηρεάζει τον εντοπισμό της dPAK στα θυλακιοκύτταρα τελευταίων σταδίων. Επίσης, η dPAK είναι απαραίτητη για τον εντοπισμό των ιντεγκρινών και της ILK στα άκρα των ινιδίων τάσης της ακτίνης. Ενώ, η απουσία της dpak, όπως και της ilk, διαταράσσoυν την οργάνωση και των ινιδίων τάσης της ακτίνης σε θυλακιοκύτταρα τελευταίων σταδίων. === My thesis is focused on the functional analysis of the molecular mechanism of the
integrin-linked kinase (ILK) during development in Drosophila. We studied: a) the
functional conservation of ILK in evolution, b) the possible role of specific amino
acid motifs in the subcellular localization and function of ILK and c) the functional
properties of ILK, when covalently bound to the plasma membrane. Furthermore, we
sought new functional roles for ILK during development: a) in other tissues besides
muscle system and b) in oogenesis.
ILK protein sequence shares 60% identity and 75% similarity with the
mammalian ILK. Based on these data, we tested the possible phylogenetic
conservation of ILK function. For this purpose, we generated transgenic lines carrying
the coding sequence of either human ILK (hILK) or mouse ILK (mILK). The
mammalian ILK has localizes similarly to the endogenous protein, in the muscle cells
of Drosophila. Both mammalian proteins can substitute for the ILK function in
Drosophila. However, human ILK binds to Dparvin with reduced affinity compared
to the fly ILK.
In order to investigate the molecular mechanism through which ILK regulates
and acts during development, we tested whether the phosphorylation on the amino
acids S176 and T180 contributes to the regulation of ILK function. It has been shown,
in cell culture models, that the phosphorylation on these sites controls the subcellular
localization of the protein in the nucleus. However, we proved that the possible
pgoshorylation of these highly conserved residues is dispensable for the ILK
localization at the muscle attachment sites (MAS) as well as for the function of ILK.
Another residue which is necessary to localise ILK at the focal adhesion sites
is F436. It is located on the last a helix of the carboxyl-terminal lobe of the kinase-like
domain. The subcellular localization and the ILK function are unaffected by the point
mutation F436A, in contrast to the experimental data on cell culture models. The
point mutation F436A affects the ability of ILK to bind to parvin.
We examined, whether membrane-bound ILK, through palmytoylation or
farnesylation, is able to substitute the absence of the endogenous ILK, if ii can recruit
proteins of the adhesome, independently of integrins. We generated two alternative
forms of membrane-bound ILK, GAP-ILK-GFP and ILK-GFP-HRAS, which both localize successfully at the plasma membrane of the embryonic muscle cells. Also,
GAP-ILK-GFP and ILK-GFP-HRAS can substitute for the endogenous ILK
throughout development. Moreover, GAP-ILK-GFP is able to recruit both PINCH and
Parvin, as well as talin at the MAS, in both wild type and aPS2 mutant embryonic
muscle cells.
Furthermore, we studied, in genetic molecular level, the role of ILK in the
morphogenesis of the egg chambers, the organization and the homeostasis during
oogenesis in Drosophila. We used two experimental approaches in order to silence
ilk: a) we generated genetic mosaics for ilk and b) we used conditionally rescued ilk-/-
flies. We observed that ILK is indispensable for the process of oogenesis in the fly.
Loss of ILK disrupts the stalk cell formation and the separation of the successive
newly formed egg chambers (twin egg chambers).
Also, our experiments revealed that ILK is essential for the organization of the
actin stress fibers at the late developmental stages of oogenesis and for the
homeostasis of the actin cytoskeleton along apico-basal axis of the cell. ILK is
indispensable for the organization and the maintenance of the baso-lateral cell
junctions in the follicle cells, but not for the adherens junctions. Loss of ILK disrupts
the localization of integrins at the tips of the actin stress fibers of the follicle cells at
late developmental stages. Moreover, ILK participates in the regulation of the F-actin
dynamics by down-regulating Dia and up-regulating profilin. ILK is involved in the
control of the contractility of the acto-myosin fibers in the follicle cells at late
developmental stages, probably by affecting the subcellular localization of Rho1, and
causing ectopic accumulation of myosin (zipper).
Finally, ilk interacts genetically with dpak in the follicular epithelium. ILK affects
dPAK localization in the follicle cells at late developmental stages. Furthermore,
dPAK is essential for the localization of both integrins and ILK at the tips of actin
stress fibers. Loss of dpak, similarly to ilk, disrupts the organization of actin stress
fibers in follicle cells at late developmental stages.
|
|---|
