Regulation of actin dynamics by PI(4,5)P-2 in cell migration and endocytosis

The actin cytoskeleton is indispensable for several cellular processes, including migration, morphogenesis, polarized growth, endocytosis, and phagocytosis. The organization and dynamics of the actin cytoskeleton in these processes are regulated by Rho family small GTPases and kinase-phosphatase pathways. Moreover, membrane phospholipids, especially the phosphatidylinositol phosphates have emerged as important regulators of actin dynamics. From these, PI(4,5)P-2 is the most abundant at the plasma membrane, and directly regulates the activities and subcellular localizations of numerous actin-binding proteins. Here, we discuss recent studies demonstrating that actin-binding proteins interact with PI(4,5)P-2-rich membranes through drastically different affinities and dynamics correlating with their roles in cytoskeletal dynamics. Moreover, by using mesenchymal cell migration and clathrin-mediated endocytosis as examples, we present a model for how interplay between PI(4,5)P-2 and actin-binding proteins control the actin cytoskeleton in cells.Peer reviewe

Individual identification of Black-throated Divers (Gavia arctica)

The potential to identify individual Black-throated Divers (Gavia arctica) on the basis of breeding plumage features was explored using 278 photos, including two paired birds followed during the years 2007-2015 at a specific breeding location. Observations were focused on: 1) white lines on the sides of neck, 2) mantle having rows of sharply contrasting white squares, and 3) small white spots on lesser andmedian coverts. In photos, the number ofwhite lines on the sides of neck varied from four to seven (mean = 5.0, n = 278), and the second line from the head was the highest in 92.1% of the photos. The number of " white square" rows on the mantle varied from 11 to 14 and the small white spots on coverts from 27 to 67. Identification of individual Black-throated Divers was potentially easiest if the plumage had some special patterns (19.4% of birds, n = 278). Plumage remained the same in the followed pair between years, as was also shown by the discriminant analysis, since the followed pair was correctly classified by sex but not by sides showing that sides are similar. To estimate whether it is possible to separate these two birds from other birds, a second discriminant analysis was accomplished. Thus, 125 other birds were added to analysis as a third group together with the followed pair (female andmale, nine years and n = 18 per sex). The linear discriminant analysis yielded a classification rate of 70.8% in original analysis and 69.6% based on the leave-one-out analysis (n = 161). These analyses were based on the relative height of the neck lines, their average relative height and standard deviation. When the number ofwhite spotswere added to this discriminant analysis, a correct classification rate of 77.4% in original analysis and 75.7% in the leave-one-out analysis was obtained (n = 115). These following nesting pairs during their breeding seasons in different years. Presumed female andmaleBlack-throatedDiver could be distinguished based on the shape of the forehead.Peer reviewe

Yksilöllinen vaihtelu kuikkien (Gavia arctica) reviirihuudoissa

Kuikkien (Gavia arctica) kuuluva reviirihuuto on tunnetuimpia luonnonääniä pohjoisilla alueilla. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, voidaanko koiraskuikkia tunnistaa yksilöllisesti huudon perusteella. Vuosina 2018–2021 äänitettiin 19 urospuolisen kuikan reviirihuuto, 10 niistä 2–4 peräkkäisenä vuotena ja yhdeksän yhtenä vuotena. Äänitykset tehtiin samalla järvialueella Suomessa. Huuto koostuu yhdestä johdanto-osasta ja yhdestä tai useammasta toisto-osasta. Johdanto-osan ja ensimmäisen toisto-osan spektrogrammeista mitattiin 17 eri parametriä. Nämä koostuivat spektrogrammin eri osien taajuuksista ja kestoista. Valitut parametrit analysoitiin tilastollisesti. Erotteluanalyysiä käytettiin tutkittaessa kuikkayksilöiden yksilöllistä tunnistamista reviirihuutojen (n = 297) spektrianalyysin perusteella eri reviireillä (n = 19). Analyysit osoittivat, että käytettäessä 14 muuttujaa ja ristiinvalidointia, pystyttiin reviirit luokittelemaan huudon perusteella lähes 98 prosenttisesti oikein. Tämä viittaa siihen, että samat yksilöt puolustavat reviiriään vuodesta toiseen.The intention of the study was to determine whether male Black-throated Divers (Gavia arctica) can be distinguished individually by their vocalization. The songs of 19 male Black-throated Divers (BTDs) were recorded in their territories in the same lake area in 2018–2021 in Finland. The songs were recorded in one year in nine territories and in 2–4 consecutive years in ten territories. The song consists of one introductory phrase and one or more repeat phrases. Seventeen variables were measured from the spectrograms of the introductory phrase and the first repeat phrase. These variables included the frequencies and duration of different parts of the spectrogram. The discriminant analyses were used to examine the recognition of individual BTDs based on the spectral analysis of the male yodels (n = 297) in different territories (n = 19). The discriminant analysis showed that when using 14 of the variables of the yodels, the discriminant analysis classified the yodels to correct territories at a rate of almost 98% based on the cross-validation of all data. This suggests that the same individuals defend their territory from year to year.Peer reviewe

Stress fibers are generated by two distinct actin assembly mechanisms in motile cells

Stress fibers play a central role in adhesion, motility, and morphogenesis of eukaryotic cells, but the mechanism of how these and other contractile actomyosin structures are generated is not known. By analyzing stress fiber assembly pathways using live cell microscopy, we revealed that these structures are generated by two distinct mechanisms. Dorsal stress fibers, which are connected to the substrate via a focal adhesion at one end, are assembled through formin (mDia1/DRF1)–driven actin polymerization at focal adhesions. In contrast, transverse arcs, which are not directly anchored to substrate, are generated by endwise annealing of myosin bundles and Arp2/3-nucleated actin bundles at the lamella. Remarkably, dorsal stress fibers and transverse arcs can be converted to ventral stress fibers anchored to focal adhesions at both ends. Fluorescence recovery after photobleaching analysis revealed that actin filament cross-linking in stress fibers is highly dynamic, suggesting that the rapid association–dissociation kinetics of cross-linkers may be essential for the formation and contractility of stress fibers. Based on these data, we propose a general model for assembly and maintenance of contractile actin structures in cells

CaMKK2 Regulates Mechanosensitive Assembly of Contractile Actin Stress Fibers

Stress fibers are contractile actomyosin bundles that guide cell adhesion, migration, and morphogenesis. Their assembly and alignment are under precise mechanosensitive control. Thus, stress fiber networks undergo rapid modification in response to changes in biophysical properties of the cell's surroundings. Stress fiber maturation requires mechanosensitive activation of 5 0 AMP-activated protein kinase (AMPK), which phosphorylates vasodilator- stimulated phosphoprotein (VASP) to inhibit actin polymerization at focal adhesions. Here, we identify Ca2+-calmodulin-dependent kinase kinase 2 (CaMKK2) as a critical upstream factor controlling mechanosensitive AMPK activation. CaMKK2 and Ca2+ influxes were enriched around focal adhesions at the ends of contractile stress fibers. Inhibition of either CaMKK2 or mechanosensitive Ca2+ channels led to defects in phosphorylation of AMPK and VASP, resulting in a loss of contractile bundles and a decrease in cell-exerted forces. These data provide evidence that Ca2+, CaMKK2, AMPK, and VASP form a mechanosensitive signaling cascade at focal adhesions that is critical for stress fiber assembly.Peer reviewe

Ulkopuolinen suunnitelmien tarkastus Seinäjoki-Oulu-ratahankkeessa

Seinäjoki–Oulu-ratahanke lukeutuu Suomen suurimpiin käynnissä oleviin infrahankkeisiin. Hanke toteutetaan vuosina 2007–2017 ja sen kustannusarvio on 880 M€. Yhteysväli on yksi Suomen vilkkaimmin liikennöidyistä yksiraiteisista rataosuuksista ja sen pituus on 335 km. Hankkeen mittakaavasta ja haastavuudesta johtuen käytetään ratahankkeessa ulkopuolista rakennussuunnitelmien tarkastajaa. Kokkola–Ylivieska-rataosuuden rakennussuunnitelmista kaikki ja hankkeen toteutusvaiheen II suunnitelmista osa tarkastetaan ulkopuolisen tarkastajan toimesta. Tilaaja pyrkii tällä menettelytavalla saavuttamaan asetetut aikataulutavoitteet, vähentämään rakentamisen aikaisia lisä- ja muutostöitä ja rakentamisvirheitä sekä varmistamaan kaikin puolin laadukas lopputuote koko yhteiskunnan käyttöön. Menettelytapa, jossa rakennussuunnitelmat tarkastetaan näin laajasti ulkopuolisen tarkastajan toimesta, on uusi Suomen infrahankkeissa. Hanke toimii sen osalta pilottikohteena. Tämän diplomityön tarkoituksena on tutkia ulkopuolisen suunnitelmien tarkastuksen hyödyt ratahankkeen laatuun, aikatauluun ja kustannuksiin. Tutkimuksessa on tarkoitus selvittää hankkeessa esiintyneet parhaat käytännöt ja kehittämistarpeet tulevia hankkeita varten. Työn tärkeimpänä tutkimusmenetelmänä ovat hankkeeseen osallistuvien avainhenkilöiden haastattelut. Tehdyn tutkimuksen perusteella ulkopuolisen suunnitelmien tarkastajan käytöllä oli merkittävästi rakennussuunnitelmien laatua parantava vaikutus. Suunnitelmien laadun parantumisella on suora vaikutus lopputuotteen laatuun. Tarkastuksella estettyjen muutostöiden määrän osoittaminen on hyvin vaikea arvioida, mutta tarkastuksessa esiin tulleiden virheiden määrän ja niiden laadun perusteella voidaan arvioida, että muutostöitä on voitu vähentää. Ulkopuolisen suunnitelmien tarkastuksen aikataululliset vaikutukset hankkeelle olivat hyvin vähäiset. Ulkopuolisen suunnitelmien tarkastajan käytöllä on paikoin ollut suunnitteluaikaa kasvattava vaikutus, joka nostaa suunnitteluvaiheen kustannuksia. Tilaajan näkökulmasta ulkopuolisen tarkastajan vaikutus on ollut elinkaarikustannuksia alentava. Voidaan todeta, että ulkopuolisen suunnitelmien tarkastajan hyödyt hankkeelle ovat olleet merkittävästi siitä aiheutuneita kustannuksia suuremmat. Tästä pilottihankkeesta saatujen kokemusten avulla tulee suunnitelmien tarkastusmenetelmiä ja siihen liittyvää ohjeistusta edelleen kehittää tulevia hankkeita varten. Ulkopuolisen suunnitelmien tarkastajan käyttöä on mahdollista hyödyntää tehokkaammin lisäämällä tarkastajan ja suunnittelijan välistä yhteistyötä toimintatapoja kehittämällä. Uusien toimintatapojen kehittäminen vaatii ideointia, jatkokehittelyä ja pilotointia