The Structure and Dynamics of the Actin Cytoskeleton in the Axon Initial Segment

Show full item record

Title: The Structure and Dynamics of the Actin Cytoskeleton in the Axon Initial Segment
Author: Abouelezz, Amr
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Physiology and Neuroscience
Doctoral Programme Brain and Mind
Helsinki Institute of Life Science (HiLIFE) - Neuroscience Center Minerva Foundation Institute for Medical Research
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2020-02-28
Language: en
Belongs to series: dissertationes scholae doctoralis ad sanitatem investigandam universitatis helsinkiensis - URN:ISSN:2342-317X
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: The axon initial segment (AIS) is the site of action potential initiation and plays an important role in maintaining neuronal polarity. Recent advances in super-resolution microscopy revealed the presence of an intricate membrane-associated periodic lattice in the AIS that contains sub-membranous actin rings periodically spaced ~190 nm and connected to a spectrin-ankyrin lattice. The precise function of these actin rings in unclear, as well as details of their structure and dynamics. The insensitivity of the AIS to actin-disrupting drugs led to the long-held view that actin is not a critical component of AIS structure. Here I show that the AIS contains a population of relatively stable, latrunculin-resistant actin filaments that are decorated by the tropomyosin isoform Tpm3.1. Disrupting these filaments through the perturbation of Tpm3.1 function led to the loss of accumulation of ankyrin G and other AIS markers, disruption of neuronal polarity, the loss of the clustering of voltage-gated sodium channels, and a rapid reduction in firing frequency. The findings I present in this thesis suggest that actin plays an important role in maintaining AIS structure and function, more important than previously appreciated.Hermosolut ovat pitkälle erikoistuneita soluja ja niiden eri haarakkeilla on erilaiset tehtävät. Tuojahaarakkeet tuovat signaalin muista hermosoluista hermosolun keskukseen, soomaan. Soomasta lähtee viejähaarake, joka vie signaalin taas eteenpäin. Viejähaarakkeen alussa, heti soomasta lähtiessä, on erityinen alue, jota suomeksi kutsutaan viejähaarakkeen alkuosaksi (englanniksi axon initial segment). Viejähaarakkeen alkuosa on tärkeä, sillä siinä päätetään, lähteekö signaali eteenpäin seuraaville hermosoluille. Viejähaarakkeen alkuosa myös säätelee mitkä solun rakennusaineet kuljetetaan viejähaarakkeisiin ja mitkä pidetään soomassa tai tuojahaarakkeissa. Näin solu pystyy erilaistamaan solun eri osat eri tehtäviä varten, tuoja- ja viejähaarakkeet on rakennettu eri rakennuskomponenteista. Viejähaarakkeen rakenne ja proteiinien järjestys on ensiarvoisen tärkeää viejähaarakkeen alkuosan tehokkaalle toiminnalle. Mikroskopiatekniikoiden kehittyminen viime vuosina on mahdollistanut viejähaarakkeen aktiinitukirangan rakenteen tarkemman tarkastelun. Aktiinitukiranka on solujen luusto ja lihakset, aktiinimolekyylit järjestäytyvät aktiinisäikeiksi, joista voi rakentaa soluun erilaisia rakenteita. Säätelystä riippuu miten pysyviä tai dynaamisia nämä rakenteet ovat. Väitöskirjassani selvitin viejähaarakkeen aktiinitukirangan rakennetta ja aktiinisäikeiden dynamiikkaa. Havaitsin että viejähaarakkeen alkuosan aktiinisäikeet ovat hyvin stabiileja. Tutkin myös miten aktiinisäikeisiin sitoutuva tropomyosiini 3.1 proteiini säätelee viejähaarakkeen alkuosan aktiinitukirankaa. Yllätyksekseni tämä tropomyosiini oli hyvin keskeinen koko viejähaarakkeen alkuosan rakenteen ylläpidolle. Kun poistin tropomyosiini 3.1 proteiinin, tai estin sen toimintaa hermosoluissa, tuhosin samalla viejähaarakkeen rakenteen ja toimivuuden, sekä rakennuskomponenttien kuljetuksen säätelyn, että signaalin eteenpäin viemisen. Aiemmin luultiin että aktiinitukiranka ei ole tärkeä viejähaarakkeen alkuosan rakenteelle tai toiminnalle. Tulokseni kuitenkin osoittavat, että aktiinitukirangan normaali rakenne on edellytys koko viejähaarakkeen rakenteen ja toiminnan ylläpidolle.
Subject: Neuroscience
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
thestruc (2).pdf 15.01Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record