Universität zu Köln

SUN proteins in higher eukaryotes, "structural bridges" connecting the nuclear interior with the cytoskeleton

Lu, Wenshu (2007) SUN proteins in higher eukaryotes, "structural bridges" connecting the nuclear interior with the cytoskeleton. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    The nucleus is separated from the cytoplasm by a selective structural barrier - the nuclear envelope in eukaryotic cells. The nuclear envelope is composed of inner and outer nuclear membranes (INM and ONM) separated by a perinuclear space (PNS). The specific INM integral proteins interact with the nuclear lamina and are associated with a variety of human diseases, collectively termed nuclear envelopathies. In eukaryotes the SUN domain proteins form a conserved family, the majority of which localize to the INM. UNC-84, which is the first SUN domain protein discovered in Caenorhabditis elegans, has been well studied and shown to be involved in nuclear anchorage and migration. Sun1, a novel INM protein, is the closest homolog to Caenorhabditis elegans UNC-84 in mammals. We show that Sun1 is broadly expressed in various mouse tissues. It spans the inner nuclear membrane three times via transmembrane domains with the N-terminus facing the nucleoplasm and the C-terminus residing in the perinuclear space. Like other inner nuclear membrane proteins Sun1 interacts with chromatin. Sun1 proteins are able to form homo-oligomers with a reduced lateral mobility, which are further stabilized by disulfide bonds. Sun1 can also oligomerize with Sun2, another SUN domain paralogous mammalian protein, at the nuclear envelope. The Sun1 C-terminus directly interacts with the KASH domain of Nesprins. These nuclear spectrin repeat containing proteins are able to bind directly to the actin cytoskeleton. Furthermore, we demonstrated that Sun1 is required for the proper nuclear envelope localization of Nesprin-1 and -2 by RNA interference and dominant negative interference studies. Together these data support a model in which SUN proteins tether Nesprins at the envelope via interactions inside the perinuclear space. In this way, SUN proteins and Nesprins form a physical link between the nucleoskeleton and cytoskeleton. We propose that SUN domain proteins by serving as mechanical adaptors and nuclear envelope receptors allow the physical integration and signaling interplay of cytoplasmic and nucleoplasmic compartments.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    In eukaryotischen Zellen wird das Nukleoplasma vom Zytoplasma durch die strukturelle und selektive Barriere der Kernhülle getrennt. Die Kernhülle besteht aus einer inneren und einer äußeren Membran (INM und ONM), die durch einen perinukleären Raum (PNS) separiert werden. Spezielle integrale Proteine der INM interagieren mit der Kernlamina und werden mit einer Vielzahl humaner Krankheiten, die allgemein als "nuclear envelophathies" bezeichnet werden, in Verbindung gebracht. In Eukaryonten bilden Proteine mit SUN Domänen eine konservierte Familie, von denen die Mehrheit an der inneren Kermembran lokalisiert ist. UNC-84 wurde in Caenorhabditis elegans als erstes SUN Domänen Protein gefunden. Eingehende Untersuchungen haben gezeigt, dass dieses Protein an der Verankerung und Migration des Nukleus beteiligt ist. Sun1, ein neues Protein der inneren Kernmembran, besitzt in Säugetieren die größte Ähnlichkeit zum C. elegans UNC-84. Menschliches Sun1 wird in verschiedenen Geweben exprimiert. Mit Hilfe von drei Transmembrandomänen wird dieses Protein in der INM spezifisch verankert, wobei der N-Terminus in das Nukleoplasma und der C-Terminus in den perinukleären Raum hineinreichen. Zudem besitzt Sun1 wie auch andere Proteine der INM die Fähigkeit an Chromatin zu binden. Weiterhin konnten wir zeigen, dass Sun1 in der Lage ist, Homo-Oligomere zu bilden, die durch Disulfidbrückenbindungen stabilisiert und somit in ihrer lateralen Beweglichkeit eingeschränkt werden. Sun1 kann außerdem mit Sun2, einem weiteren Säuger Paralog, das ebenfalls an der Kernhülle lokalisiert, Oliogomere bilden. Der C-Terminus von Sun1 interagiert direkt mit den KASH Domänen von Nesprinen. Diese Kernhüllenproteine, die eine Vielzahl von Spektrin Domänen aufweisen, können über eine N-terminale Aktin-bindende Domäne an das Aktin-Zytoskelett binden. Im Rahmen dieser Arbeit konnte mittels der RNAi Technik und der Expression dominant negativer Proteine in Zellen gezeigt werden, dass Sun1 für die Lokalisierung von Nesprin-1 und -2 an der Kernhülle verantwortlich ist. Zusammenfassend unterstützen diese Daten ein Modell, in dem SUN Proteine Nesprine durch die Interaktion im perinukleären Raum an die Kernhülle binden. Auf diese Weise bilden die SUN und die Nesprine Proteine eine physikalische Verknüpfung zwischen dem Nukleo- und Zytoplasma. Dies lässt vermuten, dass SUN Proteine als mechanische Adaptoren und Rezeptoren der Kernhülle fungieren, um die physische Eingliederung und Signaltransduktion zwischen zyto- und nukleoplasmatischen Zellbestandteilen zu ermöglichen.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Lu, Wenshuluwenshu2@yahoo.com
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-22720
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Nuclear envelope, SUN-domain proteins, NesprinEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Biochemie I
    Language: English
    Date: 2007
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 11 June 2007
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 17 Mar 2008 11:26:22
    Referee
    NameAcademic Title
    Noegel, AngelikaProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2272

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