dc.contributor.author
Bengtsson, Luiza
dc.date.accessioned
2018-06-08T01:00:53Z
dc.date.available
2002-06-17T00:00:00.649Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/12810
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-17008
dc.description
0 TITLE PAGE, TABLE OF CONTENTS
1 INTRODUCTION 8
1.1 Functional organization of the cell nucleus 8
1.2 The nuclear envelope 11
1.2.1 The integral proteins of the inner nuclear membrane 14
1.2.2 The lamina 21
1.3 Questions and approaches 23
2 RESULTS AND DISCUSSION 24
2.1 The nuclear envelope proteome 24
2.1.1 Fractionation of nuclear envelopes and the protein content of the
fractions 24
2.1.2 Discovery of two novel proteins of the inner nuclear membrane 27
2.1.3 Localization of KIAA0810 and LUMA in COS-7 cells 27
2.1.4 Bioinformatic characterization of LUMA and KIAA0810; KIAA0668 \- a third
novel protein of the inner nuclear membrane? 29
2.1.4.1 LUMA 30
2.1.4.2 KIAA0810 32
2.1.4.3 KIAA0668 36
2.1.5 Localization of KIAA0668 in COS-7 cells and its biochemical
characterization 37
2.2 Functional characterization of LUMA 40
2.2.1 Overexpression of LUMA in COS-7 cells - comparison with other INM
proteins 40
2.2.2 Localization of LUMA deletion mutants - inner nuclear membrane targeting
domain and topology of LUMA 43
2.2.3 Downregulation of LUMA in 3T3 cells 47
2.2.3.1 Messenger primer walking 48
2.2.3.2 Transfection of anti-sense oligonucleotides into 3T3 cells 49
2.2.4 Chromatin binding assay 51
2.2.5 Concluding remarks on LUMA 53
2.3 Functional characterization of LAP 2b - the native LAP 2b complexes 54
2.3.1 Solubilization of nuclear envelopes 54
2.3.2 Gel filtration 55
2.3.2.1 FPLC 55
2.3.2.2 SMART high performance liquid chromatography 57
2.3.3 Glycerol gradient centrifugation 58
2.3.4 Blue Native Gel Electrophoresis 59
3 SUMMARY 62
4 ZUSAMMENFASSUNG 64
5 METHODS 66
5.1 Molecular Biology 66
5.1.1 RNA isolation 66
5.1.2 cDNA synthesis 67
5.1.3 PCR 68
5.1.4 Vector construction 70
5.1.4.1 Restriction digest 70
5.1.4.2 Dephosphorylation 71
5.1.4.3 Agarose gel electrophoresis 71
5.1.4.4 Purification of DNA fragments 71
5.1.4.5 Ligation 72
5.1.4.6 TOPO cloning 72
5.1.5 Preparation of competent E.coli 73
5.1.6 Transformation into E.coli 74
5.1.7 Analytical and preparative plasmid preparation 74
5.1.7.1 Analytical plasmid preparation 74
5.1.7.2 Preparative plasmid preparation 75
5.1.8 Sequence analysis of the DNA 75
5.1.9 Protein expression in E.coli 76
5.1.10 In vitro transcription 77
5.1.11 Messenger primer walking 78
5.2 Cell Biology 79
5.2.1 Cell culture (N2a, COS-7, 3T3, CHO) 79
5.2.2 Transfection of mammalian cells 79
5.2.3 Immunofluorescence staining of cells 80
5.2.4 Fluoroscence microscopy 80
5.2.5 Preparation of metaphase chromosomes from CHO cells 80
5.2.6 Preparation of nuclei from N2a cells 81
5.2.7 Preparation of nuclear envelopes from N2a nuclei 82
5.3 Biochemistry 83
5.3.1 Protein concentration assay (Bradford) 83
5.3.2 Solubilization of nuclear envelopes 83
5.3.2.1 TX-100 and urea/carbonate 83
5.3.2.2 n-Dodecyl-b-maltoside, Tween 80 83
5.3.3 SDS PAGE 84
5.3.4 Western Blot 85
5.3.4.1 Semi dry Blot 85
5.3.4.2 Immunodetection 85
5.3.5 2D-BAC/SDS-PAGE 86
5.3.6 Tryptic in gel digest 87
5.3.7 MALDI-TOF mass spectrometry 89
5.3.7.1 Sample preparation 89
5.3.7.2 ZipTip purification 90
5.3.7.3 Identification of proteins 90
5.3.8 TCA protein precipitation 90
5.3.9 Gel filtration 91
5.3.10 Glycerol gradient centrifugation 91
5.3.11 Cross-linking GluDH 92
5.3.12 Blue Native Electrophoresis 92
5.3.12.1 2D BNE/SDS PAGE 93
5.3.13 Purification of proteins expressed in E.coli 93
5.3.14 Chromosome binding assay 94
5.4 Bioinformatics 95
6 LIST OF ABBREVIATIONS 96
7 REFERENCES 98
8 PUBLICATIONS 112
9 CURRICULUM VITAE 113
10 ACKNOWLEDGMENTS 114
dc.description.abstract
The nuclear envelope (NE) is one of the least characterized structures in the
eukaryotic cell. Although the dynamics of its alterations during the cell
cycle are well described, the detailed study of its functional roles is
hampered by the small number of known proteins specifically located to it.
This work focuses on the identification of novel components of the inner
nuclear membrane (INM) and their characterization. Besides that, interaction
partners of LAP2β, a protein known to reside in the INM, were searched for.
Through combining subcellular fractionation methods and proteomic tools, a
proteomic screen of the NE was performed. Based on the experimental evidence
that INM proteins resist extraction with TritonX-100, two novel integral
membrane proteins were classified as INM proteins. These proteins are KIAA0810
and LUMA. Their localization to the INM was confirmed by indirect
immunofluorescence of transiently transfected cells overexpressing these
proteins.
LUMA, a protein of an apparent molecular weight of 45kDa, displays no
similarity to any known protein and contains no homology domains. The
hydropathy profile for LUMA suggests four membrane spanning segments with a
large loop between the first two. By overexpressing deletion mutants in COS-7
cells, the topology of LUMA could be determined and the INM targeting domain
identified. Both, N- and C-terminus of LUMA point towards the ER lumen, the
large loop is oriented to the nucleoplasmic side. The smallest part of LUMA
which is sufficient for INM localization are the amino acids 201-345,
comprising the C-terminal part of the nucleoplasmic loop and the second
transmembrane segment.
Overexpression of full length LUMA induces a pronounced phenotype in the cells
- the NE shows a swollen appearance and has vesicle like structures attached
to it. Additionally, the nuclear chromatin appears less dense. A knock-down of
LUMA leads to the formation of vesicle-like structures containing chromatin
outside the nucleus and an altered chromatin structure inside. A chromosome
binding assay showed that LUMA binds chromosomes and causes their
decondensation. These observations indicate a role for LUMA in the regulation
of gene expression and/or the cell cycle. They also show that LUMA is crucial
for the integrity of the NE structure.
To understand the functions of NE, a detailed understanding of the interplay
between its proteins is necessary. To investigate that, native complexes of
LAP2β were purified and characterized. Applying different techniques, after
solubilization of the membranes with n-dodecyl-beta-maltoside, high molecular
weight complexes containing LAP&2beta; could be isolated. Besides LAP2β, LAP2ε
was present in these complexes, but no lamins. Further experiments are needed
for closer characterization of the isolated complexes.
de
dc.description.abstract
Die Kernhülle (NE) ist eine der am wenigsten charakterisierten Strukturen in
der eukaryotischen Zelle. Die vorgelegte Arbeit handelt von der Identifikation
neuer Komponenten der inneren Kernmembran (INM) und deren Charakterisierung.
Zusätzlich wurden Interaktionspartner von LAP2β, einem bekanten Protein der
INM, gesucht.
Durch eine Kombination von subzellulärer Fraktionierung und Werkzeugen der
Proteomanalyse wurde ein proteomischer Screen der NE durchgeführt. Basierend
auf den experimentellen Beweisen, dass INM-Proteine eine Extraktion mit
TritonX-100 überstehen, wurden zwei neue integrale Membran-Proteine als INM-
Proteine klassifiziert. Diese Proteine sind KIAA0810 und LUMA. Deren
Lokalisation in der INM wurde durch indirekte Immunofluoreszens von transient
transfizierten Zellen, die diese Proteine überexprimierten, bestätigt.
LUMA, ein Protein mit der geschätzten Molekulargewicht von 45kDa, hat keine
Ähnlichkeit zu anderen bekannten Proteinen und besitzt keine Homologie-
Domänen. Das Hydropathie-Profil von LUMA lässt auf vier Transmembran-Sequenzen
mit einem großem hydrofilen Bereich zwischen den ersten zwei schließen. Durch
Überexpression von Deletionsmutanten in COS7-Zellen konnte die Topologie von
LUMA untersucht und die INM-Targeting-Domäne identifiziert werden. Beide N-
und C-Termini von LUMA zeigen zur ER-Lumen während die große hydrofile Bereich
zum Nucleoplasma hin orientiert ist. Der kleinste Teil von LUMA, der für die
INM-Lokalisierung ausreichend ist, besteht aus den Aminosäuren 201-345, welche
die zweite Hälfte des hydrofilen Bereiches und die zweite Transmembran-Sequenz
umfassen.
Überexpression von LUMA induziert einen markanten Phänotyp in den Zellen - die
NE sieht 'geschwollen' aus und beinhaltet vesikel-ähnliche Strukturen.
Zusätzlich sieht das nukleäre Chromatin weniger dicht aus als in
Kontrollzellen. Eine Runterregulation von LUMA führt zur Bildung vesikel-
ähnlicher Strukturen außerhalb des Kerns. Diese Vesikel beinhalten Chromatin,
während das Chromatin im Kern eine veränderte Struktur erhält. Ein Chromosom-
Bindungstest zeigte, dass LUMA Chromosomen zu binden und diese zu
dekondensieren fähig ist. Diese Beobachtungen lassen vermuten, dass LUMA eine
Rolle in der Genregulation und/oder Regulation des Zellzyklus hat. Außerdem
zeigen sie, dass die korrekte Menge an LUMA für den Erhalt einer intakten NE
notwendig ist.
Um die Funktionen der Kernhülle zu verstehen, ist ein detailliertes
Verständnis der Interaktionen zwischen deren Proteinen notwendig. Um diese zu
untersuchen wurden native Komplexe von LAP2beta isoliert und charakterisiert.
Durch die Nutzung verschiedener Techniken konnten nach dem Solubilisieren der
Membran mit n-dodecyl-beta-maltosid LAP2β beinhaltende Komplexe von hohem
Molekulargewicht isoliert werden. Neben LAP2β befand sich auch LAP2ε in diesen
Komplexen jedoch keine Lamina. Weitere Experimente sind notwendig, um die
isolierten Komplexe näher zu charakterisieren.
de
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
nuclear envelope
dc.subject
gene expression
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie::570 Biowissenschaften; Biologie
dc.title
Novel integral membrane proteins of the inner nuclear membrane
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Ferdinand Hucho
dc.contributor.furtherReferee
PD Dr. Shiao Li Oei
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Jürgen-H. Fuhrhop
dc.date.accepted
2002-06-11
dc.date.embargoEnd
2002-06-18
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-2002001008
dc.title.subtitle
Characterization of LUMA, Native LAP2β complexes
dc.title.translated
Neue integrale Membranproteine der inneren Kernmembran
de
dc.title.translatedsubtitle
Charakterisierung von LUMA, Native LAP2β
de
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000000662
refubium.mycore.transfer
http://www.diss.fu-berlin.de/2002/100/
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000000662
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access