Die Reorganisation des Aktinzytoskeletts in Hypoxie: Neue Erkenntnisse über die Rolle von ArhGAP29
Remodeling of the actin cytoskeleton in hypoxia: An emerging role for ArhGAP29
by Johannes Peters
Date of Examination:2019-08-22
Date of issue:2019-08-15
Advisor:Prof. Dr. Dörthe Katschinski
Referee:Prof. Dr. Susanne Lutz
Referee:Prof. Dr. Thomas Meyer
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-7593
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Abstract
English
Cells can adapt to hypoxia by various mechanisms. Most of them are mediated by HIF-1, the main transcription factor in hypoxia. It was shown that L929 fibroblasts cultivated in hypoxia (1% O2) showed morphological differences as compared to cells cultivated under normoxic conditions (20% O2) including the appearance of stress fibres, which indicates an alteration of the actin cytoskeleton. In different cell types it has been demonstrated that hypoxia influences members of the Rho family of GTPases which are master regulators of the actin cytoskeleton. RhoGTPAses cycle between an active GTP-bound state and an inactive GDP-bound state. This cycle is regulated by GEFs (guanine nucleotideexchange factors), GAPs (GTPase activating proteins) and GDIs (guanine nucleotide-dissociation inhibitors). This thesis shows that ArhGAP29 (Rho GTPase activating protein 29) is induced in hypoxia in a HIF-1α dependent manner. As ArhGAP29 has inhibiting (GAP) activity towards RhoA it inhibits the building of stress fibres and cell contractility. The results of the experiments lead to the conclusion, that ArhGAP29 acts as a fine regulator of RhoA-activity in normoxia and hypoxia. L929-cell-clones with ArhGAP29-knock-down showed an increase of cell area and stress fibres, which can be explained by an increase of RhoA-activity. In further experiments with the nematode C. elegans a hypoxic induction of the ArhGAP29-homologue gene SPV-1 was found; additionally the egg laying capacity of SPV-1-knock-out worms was significantly decreased.
Keywords: actin cytoskeleton; ArhGAP29; L929 fibroblasts; stress fibres; RhoA; hypoxia; HIF-1; SPV-1
German
Wenn sich Zellen in Hypoxie befinden, aktivieren sie zahlreiche Anpassungsmechanismen. Diese werden meist über HIF-1, den Haupttranskriptionsfaktor unter hypoxischen Bedingungen, vermittelt. In hypoxischen L929-Fibroblasten wurden Effekte beobachtet, die auf eine veränderte Aktindynamik schließen lassen, wie Veränderungen der Zellfläche, des Spreadings, der Migration und die vermehrte Ausbildung von stress fibres. Derartige Modifikationen des Aktinzytoskeletts werden durch kleine Rho-GTPasen, wie z.B. RhoA, reguliert. Die Aktivität der Rho-GTPasen wird wiederum durch ein Regulationssystem aus GEFs (guanine nucleotideexchange factors), GAPs (GTPase activating proteins) und GDIs (guanine nucleotide-dissociation inhibitors) bestimmt. Rho-GTPasen werden durch GEFs aktiviert und durch GAPs und GDIs inaktiviert bzw. inaktiviert im Zytosol gehalten. Nach Expressionsanalyse mehrerer GAPs und GEFs konnte in dieser Arbeit für einen Vertreter der GAPs, das Rho-GTPase-aktivierende-Protein 29 (ArhGAP29), in L929-Fibroblasten eine HIF-1α-abhängige hypoxische Induktion nachgewiesen werden. ArhGAP29 hemmt mit seiner GAP-Domäne die RhoA-Aktivität und wirkt damit der Ausbildung von Aktinfilamenten und Zellkontraktilität entgegen. Anhand der durchgeführten Experimente lässt sich die Funktion von ArhGAP29 am ehesten als Feinregulator der RhoA-Aktivität in Normoxie und Hypoxie deuten. Zellklone mit stabilem Knock-down des ArhGAP29-Gens zeigten bereits in Normoxie morphologische Veränderungen, wie eine Zunahme der Zellfläche und die vermehrte Ausbildung von stress fibres, was durch eine erhöhte RhoA-Aktivität erklärt werden kann. In weiteren Experimenten am Nematoden C. elegans ließ sich eine hypoxische Induktion des ArhGAP29-homologen Gens Spv-1 nachweisen; zusätzlich war die Zahl gelegter Eier pro Zeiteinheit von C. elegans-Würmern mit Knock-out von Spv-1 im Vergleich zu Wildtypwürmern signifikant reduziert.
Schlagwörter: Aktinzytoskelett; ArhGAP29; L929 Fibroblasten; RhoA; Hypoxie; HIF-1; SPV-1
