Nuclear localization of different talin forms and their influence on gene expression

Abstract

Talin is an indispensable part of integrin adhesion complexes, protein-based structures that enable a dynamic dialogue between the cell and extracellular matrix in a both biochemical and mechanical manner. This role is closely tied to the mechanosensitive rod domain of talin that mediates information between integrin and the actin cytoskeleton of the cell. The function of talin as an adaptor protein is well-studied and established, but recently talin has been discovered to also localize to the nucleus, where it interacts with chromatin and alters the gene expression profile of the cell. In this study we wished to find out whether heavily altered forms of talin could also enter the nucleus and influence gene expression. To do so, we introduced increasingly shortened Tln1 variants to cells with their genomic Tln1 eliminated. After this, we evaluated the gene expression profile of the cells by RNA sequencing, as well as observed the subcellular localization of talin forms by confocal microscopy. It turned out that ectopic talin is treated differently by the cell compared to genomic talin, and shortened talin forms generally cause more downregulation in gene expression compared to full-length wild-type talin. Regarding subcellular localization, all talin forms entered the nucleus, but the form with its entire rod domain removed localized to the nucleus significantly more efficiently than the less altered forms. This might be due to simply the smaller size or because the nuclear localization signal may be in the head domain of the talin molecule. Longer talin forms also probably localize better to the integrin adhesions at the plasma membrane, leaving less molecules to localize to the nucleus. This study gave a rather general view on the behaviour of altered talin within the cell. In the future, it’d be wise to quantify rRNA in addition to mRNA to find out the possible function of talin inside the nucleoli, as well as study the gene expression profile on the basis of individual genes. The exact location of the nuclear localization signal of talin is also yet to be discovered.

Taliini on korvaamaton osa integriiniadheesiokomplekseja, proteiinirakenteita, jotka mahdollistavat dynaamisen vuoropuhelun solun ja soluväliaineen välillä sekä biokemiallisesti että mekaanisesti. Tämä rooli on vahvasti sidoksissa taliinin mekanosensitiiviseen sauvadomeeniin, joka välittää tietoa integriinin ja solun aktiinitukirangan välillä. Taliinin toiminta adapteriproteiinina on hyvin tutkittu ja tieteellisesti perusteltu, mutta viime aikoina taliinin on havaittu lokalisoituvan myös tumaan, jossa se on vuorovaikutuksessa kromatiinin kanssa ja muuttaa solun geeniekspressioprofiilia. Tässä tutkimuksessa halusimme selvittää, voisivatko voimakkaasti muunnellut taliinin muodot myös siirtyä tuman sisään ja vaikuttaa geeniekspressioon. Tätä varten siirsimme lyhennettyjä Tln1-variantteja soluihin, joiden genominen Tln1 on eliminoitu. Tämän jälkeen arvioimme solujen geeniekspressioprofiilia RNA-sekvensoinnilla ja havainnoimme taliinimuotojen solunsisäistä lokalisaatiota konfokaalimikroskopialla. Selvisi, että solu kohtelee ektooppista taliinia eri tavalla kuin genomista taliinia, ja lyhennetyt taliinimuodot yleisesti ottaen aiheuttavat enemmän geeniekspression vaimentumista kuin tehostumista verrattuna täyspitkään villityypin taliiniin. Solunsisäisen lokalisaation kohdalla kaikki taliinimuodot siirtyivät tuman sisään, mutta muoto, josta oli poistettu koko sauvadomeeni siirtyi merkittävästi tehokkaammin tumaan kuin vähemmän muunnellut muodot. Tämä saattaa johtua yksinkertaisesti pienemmästä koosta tai siitä, että tumalokalisaatiosignaali saattaa olla taliinimolekyylin päädomeenissa. Pidemmät taliinimuodot myös luultavasti lokalisoituvat paremmin integriiniadheesioihin, jättäen vähemmän molekyylejä tumalokalisaatioon. Tämä tutkimus antoi varsin yleisen katsauksen muunnellun taliinin käyttäytymisestä solun sisällä. Tulevaisuudessa olisi viisasta määrittää myös rRNA mRNA:n lisäksi, jotta saataisiin selville taliinin mahdollinen toiminta tumajyvästen sisällä, ja myös tutkia geeniekspressioprofiilia yksittäisten geenien kohdalla. Taliinin tumalokalisaatiosignaalin täsmällinen sijainti on myös yhä selvittämättä.