Analyse von fusionsdefizienten Myoblasten in der Maus

Abstract

Myoblastenfusion ist essentiell für die Entwicklung und Regeneration von Muskelfasern. Die kleine GTPase RAC1 ist dabei ein zentrales Molekül und vermittelt Signale, die zur Aktinpolymerisierung und zum Membranzusammenbruch während der Fusion führen. Weitere für die Myoblastenfusion in der Maus essentielle Moleküle sind Integrine, Integrin-linked-kinase, Talin1 und Talin2, CDC42 und N-WASP. In meiner Dissertation ermittelte ich die Epistase dieser Gene mithilfe genetischer Experimente. Meine Ergebnisse zeigen, dass RAC1 Integrin-Signale weiterleitet und übermittelt. Des Weiteren wird RAC1 CDC42-abhängig aktiviert. Dies bedeutet, dass Integrine und die GTPasen CDC42 und RAC1 höchstwahrscheinlich in einer linearen Signalkaskade agieren. Ein alternatives Szenario ist die getrennte Aktivierung von CDC42 und RAC1. Dies kulminiert wiederum in der Aktivierung der Aktin-Nukleation-fördernden Faktoren N-WASP und WAVE. Lokale Aktinakkumulationen können unterschiedliche Funktionen besitzen: (1) Transport von Fusogenen zur Membran, (2) Erzeugung von Kräften, die beim Herstellen/Öffnen der Fusionsporen helfen und (3) Abtransport von Zellmembranmaterial bei Membranzusammenbruch. Weiterhin konnte ich nachweisen, dass die Adhäsionsmoleküle VCAM-1, JAM-2 und MCAM nicht essentiell für die Myoblastenfusion und die Adhäsion von Satellitenzellen an Muskelfasern ist. Sie sind demnach nicht die Counterrezeptoren für Integrin β1 in diesen Prozessen. Unklar ist allerdings, inwieweit diese Ig- Superfamilienmoleküle redundant wirken und bei Mutation einander ersetzen können.

Myoblast fusion is essential for development and regeneration of muscle fibers. RAC1, a GTPase and key player, mediates signals leading to actin polymerisation and membrane breakdown during fusion process. Other essential molecules in this pathway are integrins, ILK, talin 1 and talin 2, CDC42 and N-Wasp. In this thesis, I determined the epistasis of genes that are known to be essential in myoblast fusion by means of genetic experiments. My results show that activation of actin-nucleation by integrins is mediated by the small GTPase RAC1. Furthermore, RAC1 is activated by small GTPase CDC42 in a linear fashion. Another scenario could be that both GTPases are activated simultanously and act together to activate actin-nucleation factors like N-WASp and WAVE. The accumulation of actin near the site of fusion can have several functions: (I) transport of fusogenes to/from the site of fusion, (II) generation of forces to produce and open fusion pores and (III) transport of excess membrane material from the site of fusion. Furthermore, I showed that the adhesion molecules VCAM-1, JAM-2 and MCAM are not essential for myoblast fusion in the mouse and the adhesion of a satellite cell to a myofiber in the satellite cell niche. Therefore, they are not counter receptors for integrin β1. Nevertheless, it is possible that these Ig superfamily proteins are redundant and replace each other if one is mutated.