Vesicular roles of Arp2/3 nucleation-promoting factors

Abstract

F-actin is involved in key aspects of vesicular traffic, such as membrane deformation, tubulation and vesicle motion. Branching of F-actin is mediated by Arp2/3 but this complex must first be activated by so-called nucleation-promoting factors (NPFs). These factors play an essential role in the decision where and when branched actin should form on the membrane surface. The thesis focuses on the mechanisms which underlie localization and activation of NPFs, especially in terms of the phosphoinositide composition of the vesicle membranes. I show that one of the NPFs, the WASH complex, does not exclusively depend on the retromer complex for its membrane anchoring, as previously theorized. Rather, its understudied subunit SWIP enables the complex to independently bind to the membrane. I also present data showing that the WASH complex has essential roles in maintaining lysosomal function. Additionally, I elucidate the function of another NPF known as WHAMM in the ERGIC compartment, showing that it depends on the presence of myotubularin 9 for its ability to form membrane tubules. The thesis improves our understanding of the interface between the actin cytoskeleton and intracellular membrane system.

F-aktin hraje klíčovou roli v různých aspektech vezikulárního transportu, jako je deformace membrány, tvorba tubulů a pohyb. Větvení F-aktinu je zajištěno komplexem Arp2/3, ten však musí být nejprve aktivován prostřednictvím tzv. nukleaci podporujících faktorů (NPF). Tyto faktory rozhodují o tom, kdy a kde by mělo dojít k tvorbě větveného F-aktinu na vnitřních membránách. Cílem této disertační práce je přispět k pochopení mechanismů, které řídí lokalizaci a aktivaci NPF v buňkách, především s důrazem na fosfoinositidové složení membrán váčků. Mé výsledky ukazují, že jeden z NPF, tzv. komplex WASH, není pro svou vazbu na membránu zcela odkázán na komplex retromeru, jak se původně předpokládalo. Komplex WASH se na membránu váže také pomocí své vlastní podjednotky SWIP. Kromě toho přináším nové informace o funkci komplexu WASH na lysosomech. Dále se věnuji funkci NPF známého jako WHAMM v kompartmentu ERGIC. Demonstruji, že schopnost proteinu WHAMM tvořit zde membránové tubuly závisí na přítomnosti myotubularinu 9. Práce jako celek přináší nové informace o procesech na rozhraní mezi aktinovým cytoskeletem a vnitrobuněčným membránovým systémem.