NDR2 and filamin A as modulators of integrin activation during dendritic growth

Abstract

Ndr2 and Filamin A as modulators of integrin activation during dendritic growth During maturation newborn neurons polarize and start extending neurites. In the adult brain, as dendrites and axons are precisely wired, numerous synapses are formed between them. The architecture of the neural circuitry is essential since it lays the foundation of signal transmission in brain. Therefore, dendritic branching patterns are pivotal for regulating the specificity and capacity of the synaptic input in the developing and the adult brain. In this study, two intracellular components, Ndr2 kinase and its recently identified substrate Filamin A, are examined for their critical role in neurite extension and dendritic arborization during neuronal development in vitro. Ndr2 kinase has been previously shown to increase 1 integrin activity and to be involved in neurite growth mechanisms. In the present study, experiments using primary neurons and neurally differentiated pheochromacytoma (PC12) cells further demonstrated that Ndr2 kinase also determines the substrate specificity of neurite extension via surface expression of α1β1 integrins. Secondly, given that the Ndr2 mediated modulation of β1 integrins is not direct, its recently identified substrate FlnA was tested in detail regarding its role during dendritic branching. FlnA manipulations in neurons resulted in significant dendritic hypertrophies, which are mediated by β1 integrin receptor activity and actin cytoskeleton crosslinking. Finally, biochemical analysis of the FlnA silenced neurons revealed a disturbance in Akt signaling that might be the downstream mediator of the observed differential neuronal growth effects in FlnA manipulated neurons. Together, these results suggest that Ndr2 and FlnA are involved in integrin receptor activation and downstream cascades and play critical roles during dendritic arborization.

Ndr2 and Filamin A as modulators of integrin activation during dendritic growth Neugeborene Neurone polarisieren sich während der Reifung und verlängern ihre Neuriten. Im adulten Gehrin reifen Neuriten zu Dendriten und Axonen, die über Synapsen präzise miteinander verschaltet sind. Da die Architektur solcher neuronalen Schaltkreise die Grundlage der Signalübertragung im Gehirn bildet, sind dendritische Verzweigungsmuster sowohl im adulten als auch im sich entwickelnden Gehirn entscheidend für die Regulierung der Spezifität und Kapazität des synaptischen Inputs. In dieser Studie werden zwei intrazelluläre Komponenten, die Ndr2 Kinase und ihr kürzlich identifiziertes Substrat Filamin A, auf ihre grundlegende Rolle bei der Neuritenausdehnung und der dendritischen Verästelung während der neuronalen Entwicklung in vitro untersucht. Es wurde bereits früher gezeigt, dass die Ndr2 Kinase die Aktivität von 1-Integrin erhöht und dadurch am Wachstumsn von Neuriten beteiligt ist. In der vorliegenden Studie wird mittels Experimenten mit primären Neuronen und neural differenzierten Phäochromazytom-Zellen (PC12) außerdem gezeigt, dass auch die Substratspezifität der Neuritenausdehnung durch die Ndr2 Kinase bestimmt wird. Dies erfolgt über die Oberflächenexpression von α1β1 Integrinen. Da die Ndr2-vermittelte Modulation der β1 Integrine indirekt erfolgt, wurde das kürzlich identifizierte Substrat FlnA hinsichtlich seiner Rolle bei der dendritischen Verzweigung eingehend getestet. FlnA Manipulationen in Neuronen führt zu signifikanten dendritischen Hypertrophien, die durch β1 Integrinrezeptor-Aktivität und Aktin-Zytoskelett-Vernetzung vermittelt werden. Die biochemische Analyse von FlnA defizienten Neurone ergibt außerdem, dass der Akt Signalweg gestört ist, der als nchgeschaltetere Mediator für die beobachteten differentiellen neuronalen Wachstumseffekte in FlnA manipulierten Neuronen in Frage kommt. Zusammengenommen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass Ndr2 und FlnA an der Aktivierung der Integrinrezeptoren und den nachgeschalteten Kaskaden beteiligt sind und während der dendritischen Arborisierung eine entscheidende Rolle spielen.