Giessener Elektronische Bibliothek

GEB - Giessener Elektronische Bibliothek

Characterisation and functional analysis f novel genes in the striated musculature : LRRC39 and its role for muscle function

Charakterisierung und funktionelle Analyse neuer Gene der gestreiften Muskulatur

Jenniches, Katharina


Zum Volltext im pdf-Format: Dokument 1.pdf (10.888 KB)


Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-91053
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2012/9105/

Bookmark bei Connotea Bookmark bei del.icio.us


Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Max-Planck-Institut für Herz- u. Lungenforschung, W.G. Kerckhoff-Institut, Bad Nauheim
Fachgebiet: Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 29.08.2012
Erstellungsjahr: 2012
Publikationsdatum: 04.12.2012
Kurzfassung auf Englisch: The cross-striated musculature consists of highly organised structures with the sarcomere as the basic contractile unit. To allow efficient muscle function, exact formation of these structures is essential. The cellular processes, which are necessary to enable precise sarcomere organisation and their regulatory sequence of events, are not completely understood. In order to elucidate such complex processes in detail, all involved factors ought to be known. Aiming at the determination of previously unknown factors, a highly organised screening procedure has been developed to identify novel genes with still uncharacterised function in the striated muscle development. These genes were evolutionary conserved and foreseen to be expressed in the striated musculature, which suggested an important role for muscle function. One interesting candidate among them is the leucine-rich repeat containing protein 39 (LRRC39). This study is aimed to characterise this gene and analyses its impact on muscle functions. The data presented in this dissertation confirmed the expression patterns of LRRC39 in the heart and the skeletal muscle in model organisms. To address potential functions of this gene, loss-experiments in zebrafish were conducted. As result, deformations in the heart structure and skeletal muscle tissue were observed to indicate the importance of Lrrc39 for the muscle development of zebrafish. By electron microscopy, the disturbed sarcomere organisation of the zebrafish skeletal muscle was revealed to firmly confirm the functional role of Lrrc39. To elucidate the mechanisms behind the observed phenotypes upon the reduction of Lrrc39, transcriptomics and proteomics techniques were employed. A careful profiling by mass spectrometry was conducted, which showed drastic changes of essential proteins for the sarcomere assembly. Furthermore, subcellular localisation studies and protein-protein interaction analysis were conducted to identify the a-helical tail region of the well-known structure proteins myosin heavy chain (MHC) as interaction partners of LRRC39.
Over the years of researches in the field of muscle development and function revealed the importance of the head domain of MHC proteins in regards to their motor activity for muscle contraction. However, the properties of the a-helical tail region are less well-understood. To address this point, a set of experiments were performed to suggest the possible involvement of LRRC39 to the regulation of MHC proteins through altered phosphorylation patterns of MHC. This suggests a link between the sarcomere assembly and muscle contraction in the context of LRRC39 and MHC proteins. In sum, this study presented a novel protein of the sarcomere with its vital function for the sarcomere organisation.
Kurzfassung auf Deutsch: Die quergestreifte Muskulatur besteht aus hoch organisierten Strukturen mit dem Sarkomer als kleinste kontraktile Einheit. Um effiziente Muskelfunktion zu ermöglichen, ist ein exakter Aufbau dieser Strukturen essentiell. Die zellulären Prozesse die notwendig sind um den präzise Sarkomerbildung zu ermöglichen, sowie deren regulatorische Abläufe sind bislang nur unvollständig verstanden. Um einen derart komplexen Vorgang im Detail verstehen zu können, müssten alle beitragenden Faktoren bekannt sein. Mit dem Ziel bisher unbekannte Faktoren zu erfassen, wurde ein komplexer Screen entwickelt, mit dem neuartige Gene identifiziert werden können, die in der quergestreifte Muskulatur exprimiert werden und im Laufe der Evolution konserviert wurden und somit höchst wahrscheinlich eine wichtige Rolle für den Muskel darstellen. Die ermittelten Gene besitzen derzeit keine beschriebene Funktion im Bereich der Muskel Funktion. Ein Kandidat dieser neuartigen Gruppe ist leucine-rich repeat containing protein 39, kurz LRRC39. Ziel dieser Arbeit ist es dieses Gen zu charakterisieren und deren Bedeutung für die Muskulatur zu untersuchen. Mittels Expressionsstudien konnte die Lokalisation von LRRC39 im Herz-, sowie im Skelettmuskel bestätigt werden. Sie subzelluläre Lokalisation diese Proteins wurde im Bereich der sarcomerischen M-bande detektiert. Um eine mögliche funktionelle Rolle dieses Genes zu adressieren, wurden sogenannte loss-of-function-Experimente im Zebrabärblingsmodell durgeführt und resultierten in veränderten herzstrukturen und deformierter Skelettmuskulatur. Diese Beobachtungenweisen auf eine wichtige Bedeutung für die Muskelentwicklung lieferten. Detailierte Untersuchungen der Ultrastruktur des Skelettmuskels mittels Elektronenmikroskopie zeigten strukturelle Veränderungen in der Sarkomerorganisation. Um Einblick in den Entstehungsprozess dieses Phänotyps zu gewinnen, wurden Proteinexpressionsstudien mittels Massenspektrometrie durchgeführt, die drastische Veränderungen substanzieller Proteine der Sarkomerassemblierung zeigten. Um die primäre Rolle von Lrrc39 auf molekularer Ebende zu untersuchen, wurden Protein- Protein Interaktionsstudien durchgeführt, welche die α-helikale Region der Myosin schweren Ketten (MHC) als Bindungspartner identifizierten. Obgleich die Kopfdomäne der Myosine, mit ihrer kennzeichnenden Motorfunktion für die Muskelkontraktion intensiv beforscht wurde, sind die Eigenschaften der α-helikalen Region des Myosins nur wenig verstanden. Die Interaktion von Lrrc39 mit diesem Bereich des Myosins wurde in weiterführenden Experimenten untersucht und weist auf einen möglichen regulatorischen Einfluss von Lrrc39 auf MHC Proteine durch veränderte Phosphorylierung hin. Auch wenn der Mechanismus dieser Interaktion im zentralen Bereich des Sarkomers nicht final geklärt werden konnte, zeigen die Ergebnisse dieser Studie Lrrc39 als wichtigen Faktor in der Sarkomerassemblierung, möglicherweise durch Regulation der Myosin Funktion. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit ein neuartiges Protein des Sarkomers beschrieben werden, welches eine bedeutende Funktion in der Organisation der Sarkomere einnimmt.

Lizenz: Veröffentlichungsvertrag für Publikationen ohne Print on Demand