Networking Notch : regulation of Notch traffic and signaling crosstalk

Abstract

Utvecklingen av flercelliga organismer är en mångfacetterad process som kräver kommunikation celler emellan. Under utvecklingen av en organism måste cellerna göra vissa val, vilket bestämmer riktningen för deras fortsatta utveckling. Utgående från dessa val erhåller cellerna egenskaper som är karaktäristiska för olika celltyper. Notch-signalräckan är en viktig reglerare av valet mellan olika cellöden. Notch-signalräckan aktiveras när Notch-receptorer som uttrycks på ytan av en cell binder till Notch-ligander som uttrycks på ytan av en annan närliggande cell. Denna avhandling belyser mekanismerna som reglerar omsättningen av såväl Notch-receptorer som -ligander till och från cellmembranen, samt ökar förståelsen för hur dessa mekanismer påverkar Notch-medierade cellöden i stamceller. Internalisering av Notch receptorer anses nödvändigt för fullständig aktivering av Notch-signalvägen. De bakomliggande molekylära mekanismerna är dock fortfarande oklara. Vi har upptäckt att atypiskt protein kinas Cζ (aPKCζ) reglerar internaliseringen av Notch-receptorer. aPKCζ fosforylerar Notch, vilket leder till receptorns internalisering, men effekten är beroende av receptorns signaleringsstatus. Vi visar att aPKCζ reglerar Notch-signaleringen och styr både neuroners och muskelcellers differentiering. Ytterligare har vi analyserat samspelet mellan cellskelettet och Notch-signalvägen. Våra resultat visar att intermediärfilamenten, en del av cellskelettet, är viktiga reglerare av Notch-signaleringen både under neuronal och vaskulär utveckling. Intermediärfilamenten vimentin och GFAP reglerar uttrycket av Notch-ligander vid cellmembranen i hjärnans stödceller, astrocyterna, och påverkar därmed neuronala stamcellers cellödesbeslut. Vimentin är även viktigt reglerare av Notch-signalräckan vid angiogenesen. Celler som saknar vimentin uppvisar avvikande Notch-signalering emedan möss som saknar vimentin påvisar en fördröjd utveckling av vaskulaturen under embryonalstadiet. ------------------------------------------------- Monisoluisten organismien kehittyminen on monimutkainen prosessi, joka vaatii viestintää solujen välillä. Kehittymisen aikana solut joutuvat tiettyjen valintojen eteen, mitkä tulevat määrittämään niiden erilaistumisen suunnan. Solut omaksuvat solutyypille ominaisia ominaisuuksia näihin valintoihin perustuen Notch-signalointireitti säätelee solujen erilaistumista eri suuntiin. Notch-signalointireitti aktivoituu, kun Notch-reseptori yhden solun pinnalla sitoo Notch-ligandin toisen, viereisen solun solukalvolla. Tutkimukseni lisää tuntemusta Notch-reseptoreiden ja ligandien solun sisäisestä liikennöinnistä ja sitä säätelevistä mekanismeista, sekä tämän säätelyn vaikutuksista kantasulojen erilaistumiseen. Notch-signalointireitin aktivoituminen vaatii reseptoreiden ja ligandien sisäistämisen solukalvolta, mutta taustalla olevat ja sisäistymistä säätelevät mekanismit ovat vielä epäselviä. Tutkimukseni osoittaa, että atyyppinen proteiinikinaasi Cζ (aPKCζ) säätelee Notch-reseptoreiden endosytoosia. Endosytoosin lopputulos riippuu siitä onko reseptori aktivoitunut ligandin välityksellä vai ei. Tuloksemme osoittavat aPKCζ säätelevän Notch-signalointia ja kontrolloivan sekä hermosolujen, että lihassolujen erilaistumista. Analysoimme myös Notch-signaloinnin ja solun tukirangan vuorovaikutuksia. Välikokoiset filamentit, jotka ovat osa tukirankaa, säätelevät Notch-signalointia neuronaalisen erilaistumisen sekä verisuonten uudismuodostumisen aikana. Vimentiini ja GFAP ovat välikokoisia säikeitä, jotka säätelevät Notch-ligandien ekspressiota astrosyyttien, eli aivojen hermotukisolujen solukalvolla. Vimentiini säätelee myös Notch-signalointireittiä angiogeneesin aikana. Vimentiiniä vailla olevilla soluilla ilmenee heikentynyttä Notch-signalointia, joka voidaan liittää hiirillä ilmenevään vimenttiinin puutteesta johtuvaan viivästyneeseen verisuonien kehitykseen.