Assembling contractile actomyosin structures : From myosin folding to stress fibers governing epithelial integrity

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6698-2
Title: Assembling contractile actomyosin structures : From myosin folding to stress fibers governing epithelial integrity
Author: Lehtimäki, Jaakko
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Institute of Biotechnology
Doctoral Programme in Integrative Life Science
Helsinki Institute of Life Sciences
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2020-12-11
Language: en
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6698-2
http://hdl.handle.net/10138/320707
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: The motor protein myosin binding to filamentous actin and dislocating it, forms the basis for all eukaryotic cells and tissues to undergo higher order transformations such as cell division, migration and differentiation. Whereas e.g. fine motor skills and rhythmic contractions of the heart depend on highly organized sarcomeres, each undergoing similar degree of shortening through thin actin filaments sliding in-between the myosin filaments, the non-muscle cells exhibit much more dynamic actomyosin structures: the stress fibers. Although the composition, function and regulation of stress fibers have been studied quite extensively, we do not have a comprehensive understanding of how they are generated and maintained in various cells and tissues displaying diverse morphology and notable plasticity in the means of utilizing these contractile structures. In this thesis work, I studied the formation, maintenance and recycling of stress fiber structures in human osteosarcoma (U2OS), mouse embryonic fibroblast (MEF) as well as in canine kidney epithelial (MDCK) cells. First, I revealed that stress fiber assembly does not always need pre-existing stress fiber precursors as previously documented, but they can also coalesce directly from the actin cortex driven by non-muscle myosin II (NMII) pulses. Secondly, in-depth analysis of NMII assembly and its recruitment to stress fibers unraveled the role of a chaperone UNC-45a in regulating both of these events, and further extended its chaperone activity to assist the cortical myosin 1C assembly. Thirdly, we uncovered that stress fiber precursors are reorganized and packed into peripheral thin bundles upon epithelial cell-cell contact formation and this can be reversed by inhibiting AMPK-VASP pathway. Lastly, we demonstrated that actin stress fibers have an intimate and reciprocal, plectin-mediated relationship with vimentin intermediate filaments that extends to controlling the morphogenesis and nucleus positioning in migrating cells. Taken together, these studies bring forth the principal protein controlling the NMII-filament assembly and stability, broaden our understanding on the versatility in generating contractile actomyosin structures in different cell types and demonstrate how interconnected stress fibers are to other cytoskeletal elements.Myosiinikimppujen sitoutuminen aktiinisäikeisiin ja näiden kahden rakenteen liikkuminen toistensa lomaan muodostaa perustan kaikille aitotumallisten solujen keskeisille mekanistisille toiminnoille. Tyypin II myosiinia sisältävien lihassolujen supistuminen perustuu peräkkäin järjestäytyneiden perusyksikköjen, sarkomeerien, täsmälliseen ja samanasteiseen lyhentymiseen. Muissa solu- ja kudostyypeissä, voimantuotto pohjautuu stressisäikeiden toimintaan. Stressisäikeet lisäksi kiinnittävät solut ympäröivään kudokseen ja välittävät solulle tietoa kudoksen mekaanisesta tilasta. Vaikka stressisäikeiden rakenne muistuttaa sarkomeereja ne ovat vähemmän organisoituneita, selkeästi dynaamisempia ja sisältävät keskeisenä komponenttina non-muscle myosiini II (NMII) proteiinia. Vaikkakin stressisäikeiden rakenne ja toimintaperiaatteet tunnetaan jo varsin hyvin, niiden muodostumismekanismit ja säätely eri solu- ja kudosympäristöissä ovat vielä varsin puutteellisesti ymmärrettyjä. Tässä väitöskirjassa esitetyissä tutkimuksissa olen tutkinut stressisäikeiden muodostumista, niiden kierrätystä rakennettaessa uusia kudosspesifisiä stressisäikeitä ja vuorovaikutusta muiden solun tukirakenteiden kanssa. Julkaisussa I, kuvatessamme solun pohjan aktiini-tukiverkkoa, huomasimme stressisäikeitä muodostuvan suoraan tästä aktiinisäikeiden verkostosta. Verkoston organisoituminen stressisäikeeksi tapahtui NMII-pulssin kautta. Pulssista peräisin olevan myosiinin lomittuminen aktiinisäikeisiin järjesti erisuuntaiset tukiverkon säikeet enemmän lineaarisiksi, mahdollistaen myöhemmin myös uuden stressisäikeen kiinnittymisen alustaansa. Itse NMII:n proteiinitason säätely ja sen integroituminen muodostuviin stressisäikeisiin ovat luonnollisesti oleellisia tekijöitä stressisäikeiden synnyssä mutta edelleen puutteellisesti tunnettuja. Julkaisussa II, selvitimme UNC-45a saperonin kriittisen roolin sekä NMII:en laskostumisessa että tämän myosiinin integroinnissa stressisäikeisiin, jotka mielenkiintoisesti tapahtuvat UNC-45a saperonin eri domeenien ohjaamana. Epiteelisolukon solu-solukontakteja kiertävät vyöliitokset jotka yhdistyvät solujen laidoilla oleviin solunsisäisiin supistumiskykyisiin säikeisiin. Julkaisussa III, osoitimme miten nämä epiteelispesifiset säikeet muodostuvat stressisäikeiden kierrätyksen tuloksena. Epiteelisolujen kohdatessa, stressisäikeet pakkautuvat kohti solujen reunoja ja yhdistyvät paksummiksi, vyöliitoksiin liittyviksi stressisäikeiksi. Samanaikaisesti stressisäikeiden supistumiskyky lisääntyy AMPK-VASP signalointipolun välityksellä. Viimein, julkaisussa IV, havaitsimme kuinka stressisäikeet ja keskikokoiset säikeet vuorovaikuttavat keskenään vaikuttaen solun liikkumiseen sekä määrittävät tuman solunsisäisen sijainnin. Yhdessä nämä tulokset osoittavat stressisäikeiden laajan muunneltavuuden ja kuinka monin eri tavoin niitä voidaan muodostaa eri solu ja kudostyypeissä. Lisäksi se tuo myös ilmi UNC-45a saperonin roolin ensisijaisena säätelijänä NMII:ta sisältävien rakenteiden muodostumisessa ja kuinka laajassa vuorovaikutuksessa stressisäikeet ovat myös muiden solun tukirakenteiden kanssa.
Subject: molekyyli- ja solubiologia
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
lehtimäki_jaakko_dissertation_2020.pdf 7.686Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record