Funktion von Diaphanous-Related Formins (DRFs)
Final Report Abstract
Das im Rahmen des Emmy-Noether-Programms geförderte Projekt „Funktionen von Diaphanous-Related Formins (DRFs)" beruhte zum grossen Teil auf dem Ansatz, Interaktionspartner für das prototypische Formin mDia1 zu identifizieren, um so prinzipielle Regulationen und zelluläre Funktionen dieser Proteinfamilie zu beschreiben. Diese waren zum damaligen Zeitpunkt (Ende 2003) weitgehend unbekannt. Mit Hilfe der Massenspektroskopie konnten wir mehrere Interaktionspartner für mDia1 aus verschiedenen Zellsystemen isolieren. Das Zytoskelett-regulierende Gerüstprotein IQGAP1 war wegen seiner bekannten Rolle in der Zellpolarität und Zellmotilität ein interessanter Interaktionspartner und wir konnten in der Folge zeigen, dass IQGAP1 als intrazellulärer Rezeptor für Dia1 agierte, um so die lokalisierte Aktinpolymerisation durch Dia1 in der Zellbewegung und in der Phagozytose zu steuern. Dies war ein neues Prinzip der Kontrolle von Formin-vermittelter Aktindynamik und klärte ebenfalls die bis dahin weniger verstandene Rolle von IQGAP1 in der Zytoskelettregulation. Ein weiterer Interaktionspartner, den wir beschreiben konnten, ist der RhoA-Guaninnukleotid-Austauschfaktor LARG. Dies war von besonderem Interesse zum einen, da LARG als Onkogen der Akuten Leukämie bekannt war, und zum anderen da dies ein RhoA-GTPase-Regulator war. In unseren Untersuchungen stellte sich heraus, dass Dia1 über direkte Aktivierung von LARG eine positive Rückkopplung vermittelte, welche essentiell ist für die Aktomyosin-vermittelte Kontraktilität in der Tumorzellinvasion. Dieser Mechanismus stellte ein völlig neues Konzept der Signalregulation dar, in der ein GTPase-Effektorprotein wiederum selbst die GTPase-Aktivität reguliert. Über den Ansatz des Formin-Interaktionsscreens konnten wir ein bislang uncharakterisiertes Protein isolieren, welches wir Suppressor of Cancer Cell Invasion, SCAI, nannten. Dieser Faktor stellte sich als transkriptioneller Regulator des durch Dia1 vermittelten MAL-SRF Signalweges heraus, der wenn dereguliert, die Tumorzellinvasivität stimuliert. Unsere Untersuchungen zeigten ebenfalls, dass SCAI in vielen Tumoren herunterreguliert ist und somit ein potentieller Tumorsuppressor ist. Eine weitere Eigenschaft einiger Formine ist es, neben der Aktinpolymerisation auch die Funktion des Mikrotubuliskeletts zu beeinflussen. Wir konnten zeigen, dass die lokalisierte Aktivität von mDia1 essentiell ist für die Ausbildung stabiler Mikrotubuli bei der gerichteten Zellmigration und Wundheilung. Im weiteren Vertauf konnten wir zusätzlich feststellen, das mDia1 auch direkt die Mikrotubulidynamik beeinflusst und dadurch offenbar die Zellpolarität für die gerichtete und erfolgreiche Zellbewegung steuert. Zusammenfassend, konnten unsere Untersuchungen einen Beitrag zum besseren Verständnis der molekularen Funktton der Proteinfamilie der Formine und damit zu den Grundlagen der Regulation der Zellbewegung leisten. Diese Befunde könnten relevant sein für die Entwicklung neuer pharmakologischer und therapeutischer Strategien zur Beeinflussung invasiver und entzündlicher Erkrankungen wie Tumormetastasierung und -infiltration.
Publications
- HIV-1 Nef interferes with host cell motility by deregulation of cofilin. Cell Host Microbe, 6:174-186
Stolp B., Raichman-Fried M., Libin A., Giese S., Hannemann S., Goulimari P., Raz E., Grosse R. and Fackler O.T.
- (2005) Gα12/13 is essential for directed cell migration and localized Rho-Dia1 function. J. Biol. Chem. 280: 42242-42251
Goulimari P., Kitzing T., Knieling H., Brandt D., Offermanns S. and Grosse R.
- (2006) Staying in shape with formins. Dev. Cell 10: 693-706
Faix J. and Grosse R.
- (2007) Dia1 and IQGAP1 interact in cell migration and phagocytic cup formation. J. CellBiol. 178: 193-200
Brandt D.T., Marion, S., Griffiths G., Watanabe T., Kaibuchi K. and Grosse R.
- (2007) Differential activation of dendritic cells by nerve growth factor and brain-derived neurotrophic factor. Clin. Exp. Allergy 37: 1701-1708
Noga O., Reiser M., Altenähr M., Knieling H., Wanner R., Hanf G., Grosse R., Suttorp N.
- (2007) Get to grips: steering local actin dynamics with IQGAPs. EMBO Rep. 8:1019-1023
Brandt D.T. and Grosse R.
- (2007) Positive feedback between Dia1, LARG and RhoA regulates cell morphology and invasion. Genes Dev. 21:1478-1483
Kitzing T.M., Sahadevan A., Brandt, D.T., Knieling H., Hannemann S., Fackler O.T., Großhans J. and Grosse R.
- (2007) SH4 domain-induced membrane dynamization promotes bleb-associated cell motility. J. Cell Sci. 120: 3820-3829
Tournaviti S., Hannemann S., Terjung S., Kitzing T.M., Stegmayer C., Ritzerfeld J., Grosse R., Nickel W. and Fackler G.T.
- (2007). Fibroblast led collective invasion of carcinoma cells with different roles for RhoGTPases in leading and following cells. Nat. Cell Biol. 9:1392-1400
Gaggioli C., Hooper S., Hidalgo-Carcedo C., Grosse R., Marshall J.F., Harrington K. and Sahai E
- (2008) A GBD uncovered: the FHOD1 N-terminus is formin'. Structure 16:1287-1288
Baarlink C. and Grosse R.
- (2008) Cell motility through plasma membrane blebbing. J. Cell Biol. 181:879-884
Fackler O.T. and Grosse R.
- (2008) Effects of mycophelonic acid on human fibroblast proliferation, migration and adhesion in vitro and in vivo. Am. J. Transplant. 8:1786-1797
Morath C., Reuter H., Simon V., Krautkramer E., Muranyi W., Schwenger V., Goulimari P., Grosse R., Hahn M., Lichter P. and Zeier M.
- (2008) Integrin traffic by Rab21 is necessary for cytokinesis. Dev. Cell, 15:371-385
Pellinen T., Tuomi S., Arjonen A., Wolf M., Edgren H., Meyer H., Grosse R., Kitzing T., Rantala J.K., Kallioniemi O., Fässler R., Kallio M. and Ivaska J.
- (2008) LARG and mDia1 link Gα12/13 to cell polarity and microtubule dynamics. Mol. Biol. Cell 19:30-40
Goulimari P., Knieling H., Engel U. and Grosse R.
- (2008) The Diaphanous related Formin FHOD1 associates with ROCK1 and promotes Src-dependent plasma membrane blebbing. J. Biol. Chem. 283:27891:27903
Hannemann S., Madrid R., Stastna J., Kitzing T., Gasteier J., Schönichen A., Bouchet J., Jimenez A., Geyer M., Grosse R., Benichou S. and Fackler O.T.
- (2009) Detection of activated Rho in fixed Xenopus tissue. Dev. Dyn. 238:1407-1411
Berger C.D., März M., Kitzing T.M., Grosse R. and Steinbeisser H.
- (2009) G proteins of the G12/G13 family shape immune functions by controlling CD4+ T-cell adhesiveness. Immunity, 30:708-720
Herroeder S., Sassmann S., Zimmennann B., Hogg N., Hollmann M.W., Fischer K.-D., Vogt S., Grosse R., Offermanns S. and Wettschureck N.
- (2009) SCAI acts as a suppressor of cancer cell invasion through the transcriptional control of β1 integrin. Nat. Cell Biol. 11:557-568
Brandt D.T., Baarlink C., Kitzing T., Kremmer E., Ivaska J., Nollau P. and Grosse R.
- (2010) Formin-like 2 drives amoeboid invasive cell motility downstream of RhoC. Oncogene, epub ahead of print
Kitzing T.M., Ying W., Pertz O., Copeland J.W. and Grosse R.
(See online at https://doi.org/10.1038/onc.2009.515)
