Authors:	Brücker, Lena
Advisor:	May-Simera, Helen
Title:	Ciliary and non-ciliary functions of Bardet-Biedl syndrome proteins
Online publication date:	20-Oct-2022
Year of first publication:	2022
Language:	english
Abstract:	Primary cilia are microtubule-based cell organelles that are required for the communication between cells in a tissue and the regulation of intracellular signalling pathways. They are important for tissue development and homeostasis, which is why defects in primary cilia are often associated with genetic disorders, collectively termed ciliopathies. Bardet-Biedl syndrome (BBS) as a flagship ciliopathy combines many clinical features such as retinopathies, kidney disease, obesity and polydactyly. Responsible for the occurrence of BBS are mutations in BBS genes, encoding proteins that are required for primary cilia development, maintenance and function. Although the ciliary function of BBS proteins has been largely discussed, recent research also suggests non-ciliary functions of BBS proteins, indicating more complex mechanisms being involved in the development of human ciliopathies. The knowledge of these complex processes is inevitable to understand ciliopathies in a broader context, enabling a better diagnosis and the potential for development of therapeutics that target these pathways. In the current thesis, the ciliary and non-ciliary functions of BBS proteins were investigated in more detail, demonstrating complex tissue-dependent mechanisms that shed light on the signalling networks of BBS proteins on a cellular level. Publication I suggested that the function of BBS proteins could possibly be tissue-dependent, indicating previously unidentified regulations in specific tissues that need to be examined in more detail. While analysing the ciliarelated function of BBS proteins more closely in Publication II, the BBS proteins BBS6 and BBS8 were found to cooperate with the Wnt signalling protein Inversin in regulating Wnt signalling and ciliary disassembly pathways. These data shed light on how BBS proteins regulate ciliogenesis in addition to their classical defined ciliary function and elucidate their role in Wnt signalling. Since Wnt signalling affects the downstream actin network, the implication on important actin-based structures such as filopodia was investigated in more detail in Manuscript I. These data showed that BBS6 affects filopodia via interaction with the actin regulator Fascin-1. Contrary, Fascin-1 localises to primary cilia and its loss provoked a ciliary phenotype, indicating a feedback regulation of Fascin-1 and actin in ciliogenesis. The ciliary phenotype further led to alterations of Wnt signalling, enlightening how actin proteins affect ciliogenesis and cilia-related signalling. In summary, this thesis demonstrates how ciliary BBS proteins affect ciliogenesis and cilia related Wnt signalling potentially in a tissue-dependent manner and provide a better understanding in how cilia, Wnt and actin regulators affect each other in complex feedback mechanisms. These data provide a basis for studying cilia-related and unrelated functions of BBS proteins in the context of different tissues. They further emphasise the tight connection between ciliogenesis and actin proteins that should be considered in future studies to understand the complex molecular background of human ciliopathies. Primärzilien sind Mikrotubuli-basierte Zellorganelle, die für die interzelluläre Kommunikation in Geweben und die Regulation von intrazellulären Signalwegen wichtig sind. Daher sind Primärzilien insbesondere für die Entwicklung und Homöostase von Organen bedeutsam, weshalb Defekte in ihrem Aufbau und ihrer Funktion oftmals mit genetischen Erkrankungen, den Ziliopathien, einhergehen. Das Bardet-Biedl-Syndrom (BBS) vereinigt viele der symptomalen Erscheinungen von Ziliopathien, wie beispielsweise Retinopathien, Nierenerkrankungen, Adipositas und Polydaktylie, weshalb die Forschung an BBS auch Rückschlüsse auf andere Ziliopathien zulässt. Verantwortlich für das Auftreten von BBS sind Mutationen in den BBS-Genen, welche Proteine kodieren, die für Aufbau, Instandhaltung und Funktion des Primärziliums verantwortlich sind. Die ziliären Funktionen von BBS-Proteinen sind seit langem Bestandteil der Forschung, jedoch weisen neuere Daten auch auf alternative Funktionen in der Zelle hin, die möglicherweise nicht mit dem Zilium in Verbindung stehen. Das genaue Verständnis der ziliären und nicht-ziliären Funktionen von BBS-Proteinen ist daher unabdingbar, um das Gesamtbild von Ziliopathien besser verstehen zu können, die Diagnose zu erleichtern und Behandlungsmöglichkeiten zu entwickeln. In der vorliegenden Arbeit wurden die ziliären und nicht-ziliären Funktionen von BBSProteinen genauer beleuchtet, wobei neue komplexe Mechanismen und Signalwege identifiziert wurden, in denen BBS-Proteine involviert sind. Publikation I konzentrierte sich dabei auf die Untersuchung von möglichen Gewebe-abhängigen Mechanismen, was auf potenzielle, bislang nicht identifizierte Regulationen von BBS-Proteinen in unterschiedlichen Organen hinweist. In Publikation II wurde die Zilien-abhängige Funktion der BBS-Proteine näher untersucht, wobei die Regulation der BBS-Proteine BBS6 und BBS8 im Wnt-Signalweg im Zusammenhang mit ihrer Interaktion mit dem Wnt-Regulator Inversin identifiziert wurde. Diese Daten erläutern, wie BBS-Proteine die Ziliogenese alternativ zu ihrer bisher bekannten ziliären Funktion regeln können und schlüsseln ihre Rolle im Wnt-Signalweg genauer auf. Da der Wnt-Signalweg nachgeschaltete Aktin-Netzwerke reguliert, wurde in Manuskript I die Auswirkung der BBSProteine auf Aktin-basierte Zellstrukturen wie Filopodien näher untersucht. Dabei wurde gezeigt, dass BBS6 Filopodien mittels Interaktion mit dem Aktin-Regulator Fascin-1 reguliert. Fascin-1 lokalisiert an Primärzilien und seine Abwesenheit bedingt einen ziliären Phänotypen, was ebenfalls den nachgeschalteten Wnt-Signalweg verändert. Diese Daten lassen auf Feedback-Mechanismen schließen, mit denen Fascin-1 und Aktin die Ziliogenese und ziliäre Signalwege steuern können. Zusammenfassend konnte im Rahmen der vorliegenden Thesis gezeigt werden, wie BBSProteine die Ziliogenese und den ziliären Wnt-Signalweg in Gewebe-abhängigen Mechanismen steuern. Diese Arbeit bedingt dabei ein besseres Verständnis der komplexen Mechanismen, in denen Primärzilien, der Wnt-Signalweg und Aktin-Regulatoren sich gegenseitig beeinflussen. Dabei schafft diese Arbeit die Basis für weitere Studien, die die genaue Funktion der BBSProteine insbesondere in unterschiedlichen Organen näher beleuchtet. Weiterhin wird die enge Beziehung zwischen Aktin-Regulatoren und dem Primärzilium herausgestellt, welche in zukünftigen Studien berücksichtigt werden sollte, um die komplexen Hintergründe in der Entstehung von Ziliopathien besser zu verstehen.
DDC:	500 Naturwissenschaften 500 Natural sciences and mathematics 570 Biowissenschaften 570 Life sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 10 Biologie
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-7547
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-openscience-361eaa3c-95e6-4a38-ba48-59b6b3444e161
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	VI, 79 Seiten, Illustrationen, Diagramme
Appears in collections:	JGU-Publikationen