ebook img

Filamin A interacts with the co-activator MKL1 to promote the activity of transcription factor SRF and PDF

148 Pages·2016·7.55 MB·English
Save to my drive
Quick download
Download
Most books are stored in the elastic cloud where traffic is expensive. For this reason, we have a limit on daily download.

Preview Filamin A interacts with the co-activator MKL1 to promote the activity of transcription factor SRF and

Dissertation  zur  Erlangung  des  Doktorgrades                                                                                      der  Fakultät  für  Chemie  und  Pharmazie                                                                        der  Ludwigs-­‐Maximilians-­‐Universität  München                                                         Filamin  A  interacts  with  the  co-­‐activator  MKL1  to  promote  the   activity  of  transcription  factor  SRF  and  cell  migration       Philipp  Oliver  Kircher          aus                                          Weilheim  i  OB                                                              2016 Erkärung         Erklärung:     Diese  Dissertation  wurde  im  Sinne  von  §7  der  Promotionsordnung  vom  28.  November  2011   von  Herrn  Prof.  Dr.  Thomas  Gudermann  betreut  und  von  Herrn  Prof.  Dr.  Martin  Biel  von  der   Fakultät  für  Chemie  und  Pharmazie  vertreten.     Eidesstattliche  Versicherung:     Diese  Dissertation  wurde  eigenständig  und  ohne  unerlaubte  Hilfe  erarbeitet.     München,  den  12.05.2016                                               ______________________                       Philipp  Kircher       Dissertation  eingereicht  am  02.06.2016   1.  Gutachter:     Herr  Prof.  Dr.  Martin  Biel   2.  Gutachter:     Herr  Prof.  Dr.  Thomas  Gudermann   Mündliche  Prüfung  am  18.07.2016         2 Table  of  Content       Table  of  content   1   Summary                       8   2   Introduction                     9   2.1   Megakaryoblastic  Leukemia  1:  A  first  look  and  brief  history         9   2.2     Serum  Response  factor  (SRF):  Engine  of  transcriptional  activity  and  director     of  elementary  biological  functions                 10   2.2.1    Serum  Response  factor  (SRF):  Two  different  pathways  of  activation     13   2.2.1.1    The  ternary  complex  factor  (TCF)  dependent  signaling  pathway       13   2.2.1.2    The  Rho-­‐actin  signaling  pathway  and  cytoskeleton  actin  dynamics     14   2.2.1.3    SRF  activating  pathways  in  comparison:  A  competition  for  cell  development   16   2.2.1.4    Rho  in  cancer  development  and  the  tumor  suppressor  DLC1       16   2.3     Myocardin-­‐related  transcription  factors:  A  closer  insight           17   2.3.1   Myocardin-­‐related  transcription  factors:  Structure           17   2.3.2     Myocardin-­‐related  transcription  factors:  Subcellular  localization       19   2.4   Filamin  A:  Rising  of  a  new  MKL1  interaction  partner           21   2.4.1   The  cytoskeleton:  A  cell  stabilizer  and  more             21   2.4.2   The  family  of  the  filamins:  Structure               22   2.4.3   The  family  of  the  filamins:  Broad  variety  of  functions         23   2.4.4   The  family  of  the  filamins:  Pathogenesis  and  tumorigenesis       25   3   Aim  of  the  thesis                     28   4   Materials                       29   4.1   Cell  culture                       29     3 Table  of  Content       4.1.1   Cell  lines                     29   4.1.2   Cell  culture  media  and  solutions               30   4.1.3   Transfection  reagents                   30   4.1.4   Plasmid  constructs                   31   4.1.5     siRNA  sequences                   33   4.1.6     Selection  antibiotic  for  cell  culture               34   4.1.7   Inhibitors  and  stimulants                 34     4.2   Antibodies                       35   4.2.1   Primary  antibodies                   35   4.2.2   Secondary  antibodies                   36   4.3   Nucleotides                       36   4.3.1   Random  Hexamers                   36   4.3.2   Real-­‐time  PCR  primers                 37   4.4   Bacterial  strains  and  media                   38   4.5   Kits                         39   4.6   Reagents                       39   4.7   Enzymes                       40   4.8   Buffers  and  solutions                     41   4.8.1   cDNA  synthesis/  RT-­‐PCR                 41   4.8.2   Protein  analysis                   41   4.9   Chemicals                       46   4.10   Technical  devices  and  other  equipment               49     4 Table  of  Content       5   Methods                       51   5.1   Cell  culture  methods                     51   5.1.1   Culturing  and  maintenance  of  eukaryotic  cell  lines           51   5.1.2   Liposomal  transient  transfection               51   5.1.3   Calcium-­‐phosphate  transient  transfection             52   5.1.4   siRNA  transient  transfection                 52   5.1.5   Serum  starvation                   53   5.1.6   Serum  stimulation                   53   5.1.7   Drug  treatment                   53   5.1.8   Cell  harvest  and  lysis                   53   5.2   Protein  biochemistry                     54   5.2.1   Determination  of  total  protein  concentration           54   5.2.2   Sodium  dodecyl  sulfate  polyacrylamide  gel  electrophoresis  (SDS-­‐PAGE)     54   5.2.3   Immunoblotting                   55   5.2.4   Immunoprecipitation                   56   5.2.5   Indirect  Immunofluorescence               56   5.3   Scratch-­‐wound  assay                     57   5.4   Invasion  assay                     57   5.5   Nucleic  acid  biochemistry                   57   5.5.1   RNA  isolation                     57   5.5.2   cDNA  synthesis                   58   5.5.3   Real-­‐time  PCR                     58     5 Table  of  Content       5.5.4   Generation  of  ΔMKL1  mutants               60   5.5.5   Transformation  into  chemically  competent  E.coli  DH5alpha  bacteria  cells     61   5.5.6     Midi  scale  plasmid  preparation               61   5.6   Luciferase  reporter  assay                   62   5.7   Statistical  analysis                     62   5.8   Software  and  databases                   62   6   Results                       63   6.1   Identification  of  FLNA  as  a  novel  MKL1  interacting  protein         63   6.2   Mapping  of  MKL1-­‐FLNA  binding  sites               70   6.3   The  dynamic  MKL1-­‐FLNA  interaction,  its  correlation  with  the  induction  and    repression  of  MKL1-­‐SRF  target  genes  and  phosphorylation  influence       77   6.4   Identification  of  FLNA  as  a  transducer  of  actin  polymerization  to  SRF  activity     85   6.5   Interaction  of  FLNA  and  MKL1  in  cell  migration  and  invasion         93   6.6   Interaction  of  FLNA  and  MKL1  in  the  expression  of  MKL1  target  genes       98   7   Discussion                       105   7.1   Identification  of  a  novel  MKL1  interacting  protein:  Impact  of  the  new     MKL1-­‐FLNA  interaction  on  cellular  functions             105   7.1.1     Consequences  and  biological  effects  of  the  MKL1-­‐FLNA  binding       105   7.1.2     Localization  of  the  MKL1-­‐FLNA  binding  and  potential  DLC1  influence     106   7.1.3     MKL1  shuttling  affected  by  FLNA?               107   7.1.4     RhoA-­‐actin  signaling  activating  and  inhibiting  drugs  and  its  functional    effects  on  the  MKL1-­‐FLNA  interaction             108     6 Table  of  Content       7.2   Rounding  the  puzzle:  Where  do  MKL1  and  FLNA  gear?           110   7.2.1     MKL1  interacting  region  on  FLNA               110   7.2.2     FLNAs  unique  structure-­‐properties  simplifying  MKL1  association?       113     7.2.3     Force,  mechanical  stress  and  a  potential  influence  on  MKL1  binding  nature   114     7.2.4     FLNA  interacting  region  on  MKL1               115     7.3     Actin  in  control.  Role  of  actin  in  the  FilaminA-­‐MKL1  machinery         116   7.3.1     Possible  formation  of  a  trimeric  MKL1-­‐FLNA-­‐F-­‐actin  complex       116     7.3.2     G-­‐actin  terminating  MKL1-­‐FLNA  machinery?           117     7.3.3     Linking  actin  dynamics  to  state  of  the  art  drug  development       118     7.3.4     The  formin  mDia  as  the  missing  key  in  launching  MKL1-­‐FLNA-­‐F-­‐actin   complex  activity?                     119       7.3.5   Mechanistic  summary  of  the  MKL1-­‐FLNA  association         120   7.4   MKL1  and  FLNA:  A  highly  dynamic  duo  leading  to  cancer           121   7.5   The  many  faces  of  MKL1  and  FLNA:  Final  thoughts  and  a  link  to  neuronal  diseases   125   8   Figures                       127   9   Tables                         131   10   Abbreviation  index                     132   11   References                       135   12   Publications                       147   13   Acknowledgements                   148   7 Summary                   1  Summary     Megakaryoblastic   Leukemia   1   (MKL1,   MRTF-­‐A,   MAL)   is   a   transcriptional   co-­‐activator   of   Serum   response   factor   (SRF)   that   promotes   the   expression   of   genes   involved   in   cell   proliferation,  motility,  adhesion  and  differentiation-­‐processes.  It  thereby  holds  an  essential   part  in  controlling  fundamental  biological  processes  like  heart,  cardiovascular  system  or   brain  development.  MKL1  is  inactive  when  bound  to  monomeric  actin  (G-­‐actin),  thus  nuclear   access   is   denied.   However,   signals   that   activate   the   small   GTPase   RhoA   cause   actin   polymerization  (F-­‐actin)  and  MKL1  dissociation  from  G-­‐actin,  this  way  allowing  successful   MKL1  shuttling  into  the  nucleus  and  conveying  signals  from  RhoA  into  SRF  activity.     Filamin  A  (FLNA)  belongs  to  the  group  of  actin-­‐binding  proteins.  It  is  indispensable  for   filamentous  F-­‐actin  cross-­‐linking,  thus  contributes  to  cytoskeletal  dynamics,  cell  mobility  and   stability  in  a  crucial  way.     In  this  work,  we  found  a  new  central  mechanism  of  MKL1  activation  that  is  mediated   through  its  binding  to  FLNA  as  a  novel  interaction  partner.  We  provide  evidence  that  the   interaction  of  MKL1  and  FLNA  is  required  for  the  expression  of  MKL1  target  genes  and  MKL1-­‐ dependent  cell  motility.  We  map  MKL1  and  FLNA  regions  responsible  for  the  interaction  and   demonstrate,  that  cells  expressing  a  MKL1  mutant  unable  to  bind  FLNA  showed  reduced   expression  of  MKL1  target  genes  and  impaired  cell  motility.  Furthermore  we  indicate  that   induction   and   repression   of   MKL1   target   genes   correlate   with   increased   or   decreased   quantity  of  the  MKL1-­‐FLNA  interaction.  A  dynamic  flow  was  revealed,  as  lysophosphatidic   acid-­‐induced   RhoA   activity   in   primary   human   fibroblasts   promoted   the   association   of   endogenous   MKL1   with   FLNA,   whereas   exposure   to   an   actin   polymerization   inhibitor   dissociated  MKL1  from  FLNA  and  decreased  MKL1  target  gene  expression  in  melanoma  cells.     Thus   FLNA   binding   to   MKL1   functions   as   a   novel   cellular   transducer   linking   actin   polymerization  to  SRF  activity,  counteracting  the  known  repressive  complex  of  MKL1  and   monomeric  G-­‐actin,  which  advances  to  our  mechanistic  understanding  of  MKL1  regulation.   8 Introduction                   2  Introduction     2.1  Megakaryoblastic  Leukemia  1:  A  first  look  and  brief  history   Versatility   and   specificity   in   gene   regulation   is   achieved   with   the   association   of   transcriptional  co-­‐activators  with  specific  DNA-­‐binding  proteins.  Megakaryoblastic  Leukemia   1  (MKL1,  MRTF-­‐A,  MAL)  is  a  strong  transcriptional  co-­‐activator,  which  has  been  introduced   for  the  first  time  as  a  trigger  for  acute  megakaryoblastic  leukemia  (AMKL),  a  rare  and   aggressive   form   of   childhood   leukemia   (Mercher   T.,   Coniat   MB.   et   al,   2001).   AMKL's   signature  trademark  is  the  stoppage  of  thrombocytes  development  during  the  stage  of   immature   megakaryoblasts.   Formation   of   a   MKL1   fusion   protein   (RBM15-­‐MKL1/   RNA-­‐ binding  motif  protein  15  or  OTT-­‐MAL/  one-­‐twenty-­‐two-­‐myeloid  acute  leukemia)  is  expected   to  be  the  cause.  In  contrast  to  regular  MKL1,  RBM15-­‐MKL1  acts  independently  of  G-­‐actin,   which  naturally  controls  MKL1  shuttling  mechanism  in  and  out  of  the  nucleus.  Therefore,   RBM15-­‐MKL1  remains  in  the  nucleus,  resulting  in  a  non-­‐stop  stimulation  of  MKL1  target   genes,  thus  promoting  tumor  progression  (Descot  A.,  Rex-­‐Haffner  M.  et  al,  2008).  Besides   the  involvement  of  MKL1  in  acute  megakaryoblastic  leukemia,  MKL1  is  also  required  for   tumor  cell  invasion  and  metastasis  since  knockdown  of  MKL1  revoked  cell  invasion  and   motility  of  human  breast  carcinoma  and  mouse  melanoma  cells  (Medjkane  S.,  Perez-­‐Sanchez   C.  et  al,  2009).         9 Introduction                                                     Figure  1:  (Left)  Thrombocytes  development/stoppage  at  stage  of  immature  megakaryoblastics  (red  circle)  in   acute  megakaryoblastic  leukemia  (AMKL).  (Right)  Formation  of  the  RBM15-­‐MKL1-­‐fusion  protein,  which   remains  in  the  nucleus.  Taken  from  Mercher  et  al,  2001;  Posern  et  al,  2008.     2.2  Serum  Response  factor  (SRF):  Engine  of  transcriptional  activity   and  director  of  elementary  biological  functions   Transcription  factors  mediate  genetic  execution  in  response  to  cellular  signals,  this  way   playing   major   roles   helping   the   cell   adapting   to   changed   demands.   Serum   response   transcriptional  factor  (SRF)  which  is  activated  by  MKL1,  directly  regulates  the  transcription  of   a   large   variety   of   genes   involved   in   cell   proliferation,   cell   motility,   cell   adhesion,   cell   differentiation   and   organization   of   the   cytoskeleton   (Johansen   FE.,   Prywes   R.,   1995;   Treisman  R.,  1986).  This  way  the  MKL1/SRF  complex  obtains  an  essential  part  in  controlling   fundamental   biological   processes   like   heart,   muscle,   cardiovascular   system   or   brain     10

Description:
5.5.5 Transformation into chemically competent E.coli DH5alpha bacteria cells 6.4 Identification of FLNA as a transducer of actin polymerization to SRF activity filamentous F-‐actin cross-‐linking, thus contributes to cytoskeletal which naturally controls MKL1 shuttling mechanism in and out
See more

The list of books you might like

Most books are stored in the elastic cloud where traffic is expensive. For this reason, we have a limit on daily download.