The regulation of RHEB subcellular localisation in early zebrafish myofibres

Der Signalweg „mechanistic target of rapamycin complex 1“ (mTORC1) ist eine treibende
Kraft des Skelettmuskulaturwachstums, dies wird durch die Förderung der Hypertrophie
der Muskelzellen, Muskelfasern genannt, erzielt. Verschiedene Signalwege
konvergieren, um im Zytosol den direkt vorgeschalteten Aktivator von mTORC1, die
kleine GTPase RHEB, zu aktivieren. RHEB ist durch seine C-terminale Farnesylierung
an Endomembranen verankert, insbesondere an der des Lysosoms. Darüber hinaus kann
RHEB auch im Zellkern vorhanden sein, zum Beispiel im Zellkern embryonaler
Muskelfasern von Zebrabärblingen. ... mehrDort fördert RHEB unabhängig von mTORC1 das
Muskelwachstum. In adulten Zebrabärblingen ist RHEB jedoch vorwiegend im Zytosol
vorhanden. Dies weist auf eine Regulierung der subzellulären Lokalisation von RHEB
während der Entwicklung hin. In dieser Arbeit habe ich zunächst die zeitliche
Koordinierung der Zellkernlokalisation von RHEB in den embryonalen Muskelfasern von
Zebrabärblingen untersucht. Ich konnte zeigen, dass RHEB vor dem Schlüpfen, in den
embryonalen Stadien, im Zellkern lokalisiert ist. Diese Präsenz im Zellkern nahm nach
dem Schlüpfen nach und nach ab. Da das Schlüpfen mit einem Anstieg der
Muskelaktivität verbunden ist, habe ich den Effekt von Muskelkontraktion auf die
Zellkernlokalisation von RHEB untersucht. Das Reduzieren der Muskelaktivität führte zu
einer verlängerten Zellkernlokalisation von RHEB, das Erhöhen zu einer beschleunigten
Reduktion. Vor dem Hintergrund der fördernden Wirkung von Muskelkontraktion auf die
Muskelfaserreifung wäre es möglich, dass die skizzierten Erkenntnisse auf einen
allgemeinen Prozess hinweisen, der in Verbindung mit Zellreifung zu einer Abnahme der
Zellkernlokalisation von RHEB führt. Letztlich führte die Hemmung der Farnesylierung in
den Muskelfasern geschlüpfter Zebrabärblingen zu einer Retention von nuklearem
RHEB. Aufgrund dieser Ergebnisse nehme ich an, dass RHEB in unreifen Zellen in zwei
Formen auftritt, einerseits farnesyliert und zytosolisch und andererseits unfarnesyliert und
nuklear. Vollständige Zellreifung würde demnach zu einer vollständigen Farnesylierung
von RHEB führen, welches vorwiegend im Zytosol vorhanden wäre. Dies deutet zudem
darauf hin, dass nukleares RHEB bei der Zelldifferenzierung und der Zellreifung eine
Rolle spielt.

The mechanistic target of rapamycin complex 1 (mTORC1) pathway is the main driver of
skeletal muscle growth, by promoting the hypertrophy of skeletal muscle cells, the
myofibres. Various signals converge to activate its direct upstream activator, the small
GTPase RHEB in the cytosol. RHEB is anchored to endomembranes, in particular that of
the lysosome, through its C-terminal farnesylation. Furthermore, RHEB can also be
present in the nucleus, for example in the nucleus of zebrafish embryonic myofibres,
where it promotes growth in an mTORC1-independent manner. However, RHEB is
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predominantly cytosolic in adult zebrafish myofibres, suggesting a regulation of RHEB
subcellular localisation during development. In this work I first investigated the timing of
RHEB nuclear localisation in embryonic zebrafish myofibres. I showed that RHEB is
present in the nucleus at embryonic stages, before hatching. This presence in the nucleus
then progressively decreased. Given that hatching is associated with an increased
skeletal muscle activity, I then studied the effect of contraction on RHEB nuclear
localisation. Reducing muscle activity in embryos prolonged the presence of RHEB in the
nucleus, while increasing muscle activity accelerated the reduction of nuclear RHEB. This
effect might be related to the maturation-promoting effect of contraction. This suggests
that the decrease in RHEB nuclear localisation is a general process linked to maturation.
Finally, inhibiting farnesylation resulted in the nuclear retention of RHEB in post-hatching
myofibres. Based on these results, I assume that in immature cells RHEB exists as two
pools, one farnesylated and cytosolic and the other non-farnesylated and nuclear. Upon
final maturation, all RHEB would be farnesylated and predominantly retained in the
cytosol. This also suggest a function for nuclear RHEB in cell differentiation and
maturation.