Function of the {α1B1 [alpha1B1] subunit of Na_1hn+, K_1hn+ ATPase during zebrafish heart development [Elektronische Ressource] / von Elena Cibrián-Uhalte

Elena Cibrian-Uhalte

Description

+ +Function of the α1B1 subunit of Na ,K ATPase during zebrafish heart development DISSERTATION zur Erlangung des Akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) im Fach Biologie eingereicht an der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät I der Humboldt-Universität zu Berlin von Elena Cibrián-Uhalte Geboren am 12.02.1977 in Santander (Spanien) Präsident der Humboldt-Universität zu Berlin Prof. Dr. Christoph Markschies Dekan der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät I Prof. Dr.Christian Limberg Gutachter: 1. Prof. Dr. Harald Saumweber 2. Prof. Dr. Achim Leutz 3. Prof. Dr. Thomas Willnow Tag der mündlichen Prüfung: 21. July 2008 Abstract Abstract + +Na ,K ATPase is an essential ion pump involved in regulating ionic concentrations within epithelial cells. The zebrafish heart and mind ( had) + +mutation which disrupts the α1B1 subunit of Na ,K ATPase causes heart tube elongation defects and other developmental abnormalities that are reminiscent of several epithelial cell polarity mutants including nagie oko (nok) and heart and soul (has). In this work, I investigated the function and regulatory + +mechanisms of Had/Na ,K ATPase during zebrafish cardiac morphogenesis, as well as its´ possible interactions with Has/Prkci and Nok/Mpp5.

Sujets

• Biologie

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• Publié le: 01 janvier 2008
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• Langue: English
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Extrait

Function of the α1B1 subunit of Na+,K+ ATPase

during zebrafish heart development

ION TRTADISSEemischen Grades ng des Akadzur Erlangum naturalium doctor reru(Dr. rer. nat.) im Fach Biologie

der eingereicht an I lichen Fakultätch-NaturwissenschaftMathematisdt-Universität zu Berlin der Humbol

von Elena Cibrián-Uhalte in Santander (Spanien) Geboren am 12.02.1977

-Universität zu Berlin er HumboldtPräsident dProf. Dr. Christoph Markschies ch-NaturwissenschaftDekan der Mathematis I lichen Fakultättian Limberg sProf. Dr.Chri

Gutachter: 1. Prof. Dr. Harald Saumweber 2. Prof. Dr. Achim Leutz 3. Prof. Dr. Thomas Willnow

ly 2008 fung: 21. JuTag der mündlichen Prü

Abstract Abstract Na+,K+ ATPase is an essential ion pump involved in regulating ionic
mutation which disrupts the concentrations within epithelαial cells. Th1B1 subunit of Na+e zebrafish,K+ ATPase c heart and mauses heart tind (hadube )
of several epithelial celongation defects and otherell developmentpolarity mutants including al abnormalitiesnagie oko (nok) that are reminisc and heartent
mechanismand soul (has)s of Had/Na+,K+. In this work, I investigated the fu ATPase during zebrafish cardiac morphogenesnction and regulatory is,
ions with Has/Prkci and Nok/Mpp5. as well as its´ possible interact in nok and hadIn this study, I demonstrate genetic interactions between maintaining Zonula occells during heart development. My results cludens-1 (ZO-1) positstrongly suggest that the interaction ive junction belts within myocardial
ZO-1 junctibetween Nok/Mpp5 and Had/Naon belts requires the Na pum+,K+ ATPasp fe in the maintenancunction and that the correct ionic e of myocardial
balancimmunohiste contributes to the maintenance of ological experiments suggests that Has/Prmyocardial integritkci affects Had/Nay. Biochemical and +,K+
phogenesis. The analysis of apical-basal ATPase during zebrafish heart morpolarity in regulate Had/Nahas and +,K+nok ATPase ac morphants suggest that Has/Prcki and Notivity by directing its´ subcellular localizk/Mpp5 could ation. To
study mechanisms of Had/Na+,K+ ATPase regulation during zebrafish heart
ylation-deficient form of a phosphordevelopment, subcellular distribution ofHad/Na+during heart tube el,K+ ATPase was analyongation, Had/Nazed. The r+,K+esult ATPase acs of this analysis suggest that, tivity is regulated at the
an amino-terminal site. membrane via phosphorylation at++My results show phosphorylation of the N-terminal intracellular tail of
Had/Na,Kregulation of the Na pump ATPase by PKCs. PKCs have prfunction via phosphorylation eviously been implicated in the of N-terminal residues.
y that this mechanism is conserved in Therefore, my results raise the possibilitare required to understand hough further experiments the zebrafish embryo. Altestablished in this study will be usthe genetic interactions found in this woreful for the analysisk, the experimental model system of regulatory
ion pump in the context of heartphosphorylations of this important morphogenesis and development in general. phosphorylation of Has/Prkci Previous studies suggest that heart targets. Therefore, idenmorphogenesis is drivtification of Has/Prkcen via directi
phosphorylation targets in the contcontribute to better understand this process. For thiext of cardiac morphogenesis would s purpose, a chemical
targets. The experiments performed in genetic approach was designed to identthis study show the suitabilitify Has/Prcki direct phosphorylation y of
creen. Has/Prkci to be used in a chemical genetic s

II

Zusammenfassung

Zusammenfassung Die Na+,K+ ATPase ist eine essenzielle Ionenpumpe, die an der Regulation der
heart teiligt ist. Die Zebrafischmutation entration epithelialer Zellen beIonenkonzand mind (had), welche die α1B1-Untereinheit der Na+,K+ ATPase betrifft,
Entwicklungsanomalien,verzögert die Streckung des Herzs die an andere Zellpolchlauchesaritätsmutanten wie und führt zu weiteren nagie oko
(nok) und heart and soul (has) erinnern. In dieser Arbeit habe ich die Funktion
und Regulation von Had/Na+,K+ ATPase während der Herzmorphogenese des
pp5 Has/Prkci und Nok/Mhen Interaktionen mit öglicZebrafisches und seine muntersucht. In konnte nachweisen, dass genetische Interaktionen zwischen had und nok in
ven a-Occludens-1-(ZO-1)-positionulder Aufrechterhaltung von ZAdhäsionsHerzentwicbändern Adhäsionsbäklung nachweisen. Meine Ergebndern in myokardialen nisse deutZellen währenden darauf hin, dass die der
Interaktion zwischen Nok/Mpp5 und Had/Na+,K+ ATPase zur Aufrechterhaltung
der myokardialen ZO-1-Adhäsionsbändern die Funktion der Na-Pumpe
erfordert und dass die korrekte Ionengradienten zur Aufrechterhaltung der
ische und immunzytochemische ochemmyokardialen Integrität beiträgt. BiExperimente legen nahe, dass Has/Prkci Had/Na+,K+ ATPase während der
Die Analyse der apiko-basalen Zebrafisch-Herzmorphogenese beeinflusst. Polarität der has- und nok-Morphanten deutet darauf hin, dass Has/Prkci und
Nok/Mpp5 die Na+,K+ ATPase-Aktivität möglicherweise durch die Regulation
ihrer subzellulären Lokalisation regelt. Um die Mechanismen von Had/Na+,K+
ATPase-Regulation während der Herzentwicklung des Zebrafisches zu
alisation einer Phosphorylierungs-Lokstudieren, wurde die subzelluläre defizienten Form von Had/Na+,K+ ATPase analysiert. Die Ergebnisse dieser
Analyse legen nahe, dass während Herzschlauch-elongation die Had/Na+,K+
ch die Phosphorylierung an einerivität an der Zellmembran durtATPase-Aksäure reguliert wird. amino-terminalen Amino- N-terminalen Endes von ylierung desMeine Ergebnisse zeigen eine PhosphorHad/ Na+,K+ ATPase durch PKCs. PKCs wurden bereits mit der Regulation der
in ierung von N-terminalen RestenNa-Pumpen-Funktion durch Phosphoryl e legen die Möglichkeit nahe, dassVerbindung gebracht. Meine Ergebnissviert ist. Obwohl weitere Experimente dieser Mechanismus im Zebrafisch konsert gefundenen genetischen Interaktionen zu um die in dieser Arbeinötig sind,e experimentelle Modellsystem für abliertverstehen, wird das in dieser Arbeit etdie Analyse von regulatorischen Phosphorylierungen dieser wichtigen
rphogenese und der Entwicklung im Ionenpumpe im Kontext der Herzmoallgemeinen nützlich sein.

III

Zusammenfassung

Frühere Studien legen nahe, dass die

Phosphorylierung von Has/Prkci-Zielen

Herzmorphogenese d

rch direktu

gesteuert wird. Die Identifikation von

e

rzmorphogenese k-Zielen im Kontext der HeHas/Prkci-Phosphorylierungsnnte ö

zu verstehen. Aus diesem Grund wurde en Prozess besser dazu beitragen, dies

ckelt, um direkte Phosphher Ansatz entwich-genetiscein chemis

perimente dieser Ar Exifizieren. DieZiele von Has/Prkci zu ident

. he Screenshemisch-genetiscEignung von Has/Prkci für c

IV

-orylierungs

beit zeigen die

Table of contents

Table of Contents ABSTRACT......................................................................................................................................................II
ZUSAMMENFASSUNG...............................................................................................................................III
1 INTRODUCTION...................................................................................................................................1
++1.1 1.1.1 THE The NA,KP-type ATP ATASEPase family...................................................................................................................................................................................................................................11
1.1.2 Na+,K+ ATPase structure..........................................................................................................3
1.1.3 Na+,K+ ATPase regulation..........................................................................................................4
1.2 TIGHT JUNCTIONS AND EPITHELIAL POLARITY..................................................................................6
1.2.1 Composition of the tight junction................................................................................................7
1.3 1.2.2 INVOLVTight jEMunEcNTtion OF aNAssemb+,K+ ly ATanPd estaASE IbN CElishmenLLt o JUNCTIf epON FitheliaORMl poATIOlarityN............................................................................................1310
1.4 THE NA+,K+ ATPASE AND HEART DEVELOPMENT..........................................................................14
1.5 ZEBRAFISH HEART DEVELOPMENT..................................................................................................15
1.5.1 Heart morphogenesis................................................................................................................15
1.5.2 Molecular mechanisms of heart morphogenesis.......................................................................16
2 AIM OF THIS STUDY........................................................................................................................