Charakterisierung von Plakophilin 4 als zentraler Regulator des Rho-Signalweges in epidermalen Keratinozyten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Plakophilin 4 (PKP4, p0071) ist ein Protein der Adherens Junctions (AJ). Seine Expression ist auf die proliferierenden Zellen der Epidermis beschränkt. Um die spezifischen Funktionen von PKP4 in Keratinozyten zu entschlüsseln, haben wir ein Modellsystem entwickelt mit einer Wildtyp (WT), einer PKP4-Knockout (PKP4-KO) und einer „rescue“-Keratinozyten-Zelllinie (Reexpression von PKP4 in der PKP4-KO-Linie). So konnten wir zeigen, dass Keratinozyten ohne PKP4 keinen kortikalen Aktinring ausbilden. Dies verhinderte die Reifung der AJs und führte zu einem Verlust der Gewebespannung. Stattdessen wiesen PKP4-KO Zellen vermehrt Stressfasern auf. Um die zugrundeliegenden Mechanismen aufzudecken, haben wir untersucht, welche Rolle PKP4 bei der Regulierung der Rho-GTPasen, insbesondere RhoA spielt. PKP4 rekrutierte RhoA an die AJs, was zur lokalen Aktivierung einer RhoA-ROCK2-MLCK-MLC2-Achse und zur Ausbildung eines kortikalen Aktinringes führte. Darüber hinaus zeigen wir, dass PKP4 mit dem RhoA aktivierenden Guanin-Austauschfaktor ARHGEF2 und den RhoA-Effektoren MLCK und MLC2 an den AJs interagiert und so die räumlich-zeitliche Aktivierung des RhoA-Signalweges an den Zellverbindungen und als Folge die Bildung eines kortikalen Aktinringes und die Aktomyosinkontraktion erleichtert. Im Gegensatz dazu reduzierte die Assoziation von PKP4 mit dem Rho- Suppressor ARHGAP23 die Bindung von ARHGAP23 an RhoA, wodurch die RhoA-Aktivierung und die Bildung von Stressfasern reduziert wurde. Diese Daten zeigen, dass PKP4 mechanische Signale an den AJs in die Organisation des Zytoskeletts überträgt. Mechanosignaling steuert die Proliferation und Differenzierung über den Hippo-Signalweg. Der Verlust von PKP4 erhöhte die Proliferation, führte aber gleichzeitig zu einer vorzeitigen epidermalen Differenzierung. Mechanistisch gesehen interagierte PKP4 mit mehreren Komponenten des Hippo-Signalwegs, darunter die transkriptionellen Koaktivatoren YAP/TAZ, die als wichtige Regulatoren von Wachstum und Differenzierung bekannt sind. PKP4 kontrollierte die Lokalisation von YAP im Zellkern und die Expression von Zielgenen sowie die Assoziation mit Zellkontakten. Damit kann PKP die YAP Lokalisation und -Funktionen ins Gleichgewicht bringen. Ein Verlust von YAP hingegen reduzierte die PKP4 Expression und die Keratinozytenadhäsion. Das weist auf einen Rückkopplungsmechanismus hin, der Adhäsion, Proliferation und Differenzierung über die YAP-Funktionen steuert. Das ständige Gleichgewicht zwischen Proliferation und Differenzierung ist für die Homöostase der Haut von wesentlicher Bedeutung. Die Verknüpfung von PKP4 mit dem Hippo-Signalweg fügt einen wichtigen neuen Aspekt der AJs bei der Regulierung des Zellwachstums und der Zelldifferenzierung hinzu.
