Positive and negative regulation of the cytokinesis contractility controller

Johns Hopkins University, Baltimore MD

Investigators

Linked publications & trials

Abstract

PROJECT SUMMARY    Every biological process, ranging from cell migration to embryogenesis and tissue morphogenesis, relies on a  cell?s ability to adapt to changing mechanical environments.  While we understand many biochemical signaling  pathways  involved,  the  mechanisms  that  are  integrated  to  govern  a  cell?s  response  to  mechanical  forces  remain  a  mystery.    Deciphering  these  interactions  will  shed  light  on  the  mechanical  changes  that  drive  both  normal  and  disease  state  processes.    To  reveal  how  the  cell  responds  to  various  forces,  the  Robinson  lab  studies  Dictyostelium  cytokinesis,  a  model  shape  change  process  by  which  one  cell  divides  to  form  two  daughter cells.  The lab has discovered that cytokinesis is driven by an integrated control system composed of  proteins  that  modulate  their  behavior  in  response  to  both  mechanical  and  biochemical  signals.    Although  we  know  many  of  the  players  involved  in  the  cytokinetic  control  system,  their  biochemical  interactions  that  allow  force  propagation  through  the  cortical  network  are  still  unknown.    My  goal  is  to  characterize  the  regulatory  mechanisms  that  characterize  these  interactions,  which  will  be  critical  to  elucidate  the  mechanisms  of  a  cell?s  response  to  its  mechanical  environment.    To  identify  the  direct  interactions  that  govern  a  cell?s  mechanical  response,  we  performed  immunoprecipitation  followed  by  mass  spectrometry  on  two  key  nodes  of  the  cytokinetic control system, the scaffolding protein IQGAP2 and the actin crosslinker cortexillin I.  This approach  led to the discovery of potential binding partners of these nodes.  Using a combination of Fluorescence Cross-­ Correlation  Spectroscopy  (FCCS)  and  Single  Molecule  Pulldown  (SiMPull),  we  have  discovered  a  potential  mechanism  of  inhibition  by  a  negative  regulator  of  the  system,  IQGAP1.    To  further  understand  how  IQGAP1  mediates  inhibition,  I  will  purify  key  cytoskeletal  proteins  and  use  quantitative  biochemical  approaches  to  measure  binding  affinities  and  implement  a  chemically-­inducible  dimerization  system  to  assess  the  inhibitory  activity  of  IQGAP1.    In  addition,  I  will  use  super-­resolution  imaging  during  both  interphase  and  cytokinesis  to  characterize  alterations  in  complexes  formed  by  these  key  cytoskeletal  proteins that  allow  force  transduction  through  the  network.    Moreover,  I  will  determine  the  cellular  role  of  methylmalonate  semialdehyde  dehydrogenase  (mmsdh),  which  catalyzes  the  production  of  propionyl-­coA.    Mmsdh  was  identified  as  an  interactor  of  cortexillin  I,  but  was  also  previously  identified  in  a  genetic  selection  in  our  lab.    It  is  possible  that  proteins  may  modified  by  propionylation,  an  underappreciated  post-­translational  modification,  which  may  facilitate  positive  regulation  of  the  cytokinetic  control  system.    Through  a  combination  of  genetics,  mass  spectrometry,  and  biophysical  analyses,  I  will  elucidate  the  cellular  function  of  mmsdh.    The  work  proposed  here  will  decipher  the  molecular  mechanisms  of  positive  and  negative  regulation  of  the  contractile  network.   This  information  will  be  critical  for  understanding  the  cell?s  ability  to  sense  and  respond  to  mechanical  forces,  yielding insight into both normal developmental processes, as well as disease state progression.