Mechanosensing defects and YAP-signaling in LMNA-related congenital muscular dystrophy

Abstract

Mechanotransduction is critical for tissue development, homeostasis and diseases. YAP (Yes-Associated Protein) signaling has emerged as a particularly important regulator of the mechano-response. A defective mechanosensing response, including aberrant YAP signaling, has been recently reported in human myoblasts from patients suffering from LMNA related congenital dystrophy (L-CMD) (Bertrand et al., 2014). L-CMD is a severe early-onset form of muscular dystrophies caused by mutations in A-type lamins. My PhD project aims to further dissect mechanosensing defects of immortalized muscle precursor cells which carry the L-CMD causing ΔK32 mutation. My results showed that ΔK32 mutant myoblasts had a defective translation of mechanical forces at cell-cell contact sides. ΔK32 mutant myoblasts failed to inactivate YAP in high cell- cell contact conditions, as attested by an increased transcriptional activity of YAP and a persistent nuclear localization. YAP overactivity in ΔK32 mutant myoblasts was not related to an impaired activation of the Hippo signaling pathway. Defective YAP signaling was associated with a disorganization of different subsets of the actin cytoskeleton, including the supranuclear actin, the basal actin and the actin fibers at cell-cell junction. The formation of mature cell-cell contacts in ΔK32 myoblats was defective, and the protein expressions of both M- and N-cadherins were significantly reduced in high cell-cell contact conditions. Moreover, ΔK32 mutant myoblasts showed an increased loss of cell-cell contact during migration, which caused a shift from a sheet-like to a single cell migration pattern. Finally, we reported an increased transcriptional activity of mechanosensitive Smad 1/5/8 signaling in ΔK32 mutant myoblasts. Taken together, these results suggest that mechanosensing defects in ΔK32 mutant myoblasts affect the ability of myoblast to form cell-cell contacts and to migrate collectively. These mechanosensing defects may contribute to the pathophysiology of L-CMD.

Mechanotransduktion ist kritisch für die Entwicklung von Geweben, Homöostase und in der Entstehung von Krankheiten. YAP (Yes-Associated Protein) hat sich als besonders wichtiger Regulator der Mechanotransduktion herausgestellt. Eine fehlerhafte Mechanotransduktion, einschließlich abweichender YAP- Signaltransduktion, wurde kürzlich in menschlichen Myoblasten von Patienten mit Kongenitaler Muskeldystrophie mit LMNA-Mutation (L-CMD) (Bertrand et al., 2014) beschrieben. L-CMD ist eine schwere, früh einsetzende Form der Kongenitalen Muskeldystrophien, die durch Mutationen in A-Typ-Laminen verursacht wird. Mein PhD-Projekt zielt darauf ab, Mechanotranduktionsdefekte in immortalisierten Muskelvorläuferzellen, die die L-CMD verursachende ΔK32 Mutation tragen, weiter zu analysieren. Meine Ergebnisse zeigten, dass ΔK32 mutierte Myoblasten eine defekte Übertragung von mechanischen Kräften an Zell- Zell-Kontakten aufwiesen. In ΔK32 mutierten Myoblasten konnte YAP unter hohen Zell-Zell-Kontaktbedingungen nicht inaktiviert werden. Dies wurde durch eine nukleare Lokalisation und eine erhöhte transkriptionelle Aktivität von YAP gezeigt. Die erhöhte Aktivität von YAP in ΔK32 mutierten Myoblasten war nicht mit einer beeinträchtigten Aktivierung des Hippo-Signalwegs verbunden. Die aberrante YAP-Signaltransduktion war hingegen mit einer veränderten Organisation von verschiedenen Teilen des Aktin-Zytoskeletts, einschließlich des supranuklearen Aktins, des basalen Aktins und der Aktinfasern am Zell- Zell-Übergang, verbunden. Die Ausbildung von reifen Zell-Zell-Kontakten in ΔK32-Myoblasten war gestört und die Proteinlevel von M- und N-Cadherin waren signifikant reduziert in hoher Zell-Zell-Kontaktbedingung. Darüber hinaus zeigten ΔK32 mutierte Myoblasten einen verstärkten Verlust von Zell-Zell- Kontakten während der Migration, was eine Verschiebung von einem „sheet-like“ zu einem „single-like“ Zellmigrationsmuster verursachte. Abschließend zeigten wir eine erhöhte transkriptionelle Aktivität der mechano-sensitiven Smad1/5/8 in ΔK32 mutierten Myoblasten. Zusammengefasst deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass Defekte in der Mechanotransduktion in ΔK32 mutierten Myoblasten die Fähigkeit dieser Zellen beeiträchtigt Zell-Zell-Kontakte auszubilden und kollektiv zu migrieren. Diese Defekte in der Mechanotransduktion können zur Pathophysiologie von L-CMD beitragen.