Interpretation of the centromere epigenetic mark to maintain genome stability

Le centromère est la région chromosomique où le kinétochore s'assemble en mitose. Contrairement à certaines caractéristiques géniques, la séquence centromérique n'est ni conservée entre les espèces ni suffisante à la fonction centromérique. Il est donc bien accepté dans la littérature que le centromère est régulé épigénétiquement par une variante de l'histone H3, CENP-A. KNL-2, aussi connu sous le nom de M18BP1, ainsi que ces partenaires Mis18α et Mis18β sont des protéines essentielles pour l'incorporation de CENP-A nouvellement synthétisé aux centromères. Des évidences expérimentales démontrent que KNL-2, ayant un domaine de liaison à l'ADN nommé Myb, est la protéine la plus en amont pour l'incorporation de CENP-A aux centromères en phase G1. Par contre, sa fonction dans le processus d'incorporation de CENP-A aux centromères n'est pas bien comprise et ces partenaires de liaison ne sont pas tous connus. De nouveaux partenaires de liaison de KNL-2 ont été identifiés par des expériences d'immunoprécipitation suivies d'une analyse en spectrométrie de masse. Un rôle dans l'incorporation de CENP-A nouvellement synthétisé aux centromères a été attribué à MgcRacGAP, une des 60 protéines identifiées par l'essai. MgcRacGAP ainsi que les protéines ECT-2 (GEF) et la petite GTPase Cdc42 ont été démontrées comme étant requises pour la stabilité de CENP-A incorporé aux centromères. Ces différentes observations ont mené à l'identification d'une troisième étape au niveau moléculaire pour l'incorporation de CENP-A nouvellement synthétisé en phase G1, celle de la stabilité de CENP-A nouvellement incorporé aux centromères. Cette étape est importante pour le maintien de l'identité centromérique à chaque division cellulaire. Pour caractériser la fonction de KNL-2 lors de l'incorporation de CENP-A nouvellement synthétisé aux centromères, une technique de microscopie à haute résolution couplée à une quantification d'image a été utilisée. Les résultats générés démontrent que le recrutement de KNL-2 au centromère est rapide, environ 5 minutes après la sortie de la mitose. De plus, la structure du domaine Myb de KNL-2 provenant du nématode C. elegans a été résolue par RMN et celle-ci démontre un motif hélice-tour-hélice, une structure connue pour les domaines de liaison à l'ADN de la famille Myb. De plus, les domaines humain (HsMyb) et C. elegans (CeMyb) Myb lient l'ADN in vitro, mais aucune séquence n'est reconnue spécifiquement par ces domaines. Cependant, il a été possible de démontrer que ces deux domaines lient préférentiellement la chromatine CENP-A-YFP comparativement à la chromatine H2B-GFP par un essai modifié de SIMPull sous le microscope TIRF. Donc, le domaine Myb de KNL-2 est suffisant pour reconnaître de façon spécifique la chromatine centromérique. Finalement, l'élément reconnu par les domaines Myb in vitro a potentiellement été identifié. En effet, il a été démontré que les domaines HsMyb et CeMyb lient l'ADN simple brin in vitro. De plus, les domaines HsMyb et CeMyb ne colocalisent pas avec CENP-A lorsqu'exprimés dans les cellules HeLa, mais plutôt avec les corps nucléaires PML, des structures nucléaires composées d'ARN. Donc, en liant potentiellement les transcrits centromériques, les domaines Myb de KNL-2 pourraient spécifier l'incorporation de CENP-A nouvellement synthétisé uniquement aux régions centromériques.

Rôles des protéines d’échafaudage Gab dans la signalisation et l’angiogenèse médiées par le VEGF

La protéine d’échafaudage Gab1 amplifie la signalisation de plusieurs récepteurs à fonction tyrosine kinase (RTK). Entre autres, elle promeut la signalisation du VEGFR2, un RTK essentiel à la médiation de l’angiogenèse via le VEGF dans les cellules endothéliales. En réponse au VEGF, Gab1 est phosphorylé sur tyrosine, ce qui résulte en la formation d’un complexe de protéines de signalisation impliqué dans le remodelage du cytosquelette d’actine et la migration des cellules endothéliales. Gab1 est un modulateur essentiel de l’angiogenèse in vitro et in vivo. Toutefois, malgré l’importance de Gab1 dans les cellules endothéliales, les mécanismes moléculaires impliqués dans la médiation de ses fonctions, demeurent mal définis et la participation du second membre de la famille, Gab2, reste inconnue. Dans un premier temps, nous avons démontré que tout comme Gab1, Gab2 est phosphorylé sur tyrosine, qu’il s’associe de façon similaire avec des protéines de signalisation et qu’il médie la migration des cellules endothéliales en réponse au VEGF. Cependant, contrairement à Gab1, Gab2 n’interagit pas avec le VEGFR2 et n’est pas essentiel pour l’activation d’Akt et la promotion de la survie cellulaire. En fait, nous avons constaté que l’expression de Gab2 atténue l’expression de Gab1 et l’activation de la signalisation médiée par le VEGF. Ainsi, Gab2 semble agir plutôt comme un régulateur négatif des signaux pro-angiogéniques induits par Gab1. La migration cellulaire est une des étapes cruciales de l’angiogenèse. Nous avons démontré que Gab1 médie l’activation de la GTPase Rac1 via la formation et la localisation d’un complexe protéique incluant la GEF VAV2, la p120Caténine et la Cortactine aux lamellipodes des cellules endothéliales en réponse au VEGF. De plus, nous montrons que l’assemblage de ce complexe corrèle avec la capacité du VEGF à induire l’invasion des cellules endothéliales et le bourgeonnement de capillaires, deux phénomènes essentiels au processus angiogénique. La régulation des RhoGTPases est également régulée par des inactivateurs spécifiques les « Rho GTPases activating proteins », ou GAPs. Nous décrivons ici pour la première fois le rôle de la GAP CdGAP dans les cellules endothéliales et démontrons son importance dans la médiation de la signalisation du VEGF via la phosphorylation sur tyrosine de Gab1 et l’activation des RhoGTPases Rac1 et Cdc42. Ainsi, dù à son importance sur l’activation de voies de signalisation du VEGF, CdGAP représente un régulateur crucial de la promotion de diverses activités biologiques essentielles à l’angiogenèse telles que la migration cellulaire, et le bourgeonnement de capillaires in vitro et d’aortes de souris ex vivo. De plus, les embryons de souris CdGAP KO présentent des hémorragies et de l’œdème, et ces défauts vasculaires pourraient être responsables de la mortalité de 44% des souris CdGAP knock-out attendues. Nos études amènent donc une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires induits par le VEGF et démontrent l’implication centrale de Gab1 et des régulateurs des RhoGTPases dans la promotion de l’angiogenèse. Cette meilleure compréhension pourrait mener à l’identification de nouvelles cibles ou approches thérapeutiques afin d’améliorer le traitement des patients souffrant de maladies associées à une néovascularisation incontrôlée telles que le cancer.

Activation of p21-activated protein kinase alpha (alpha PAK) by hyperosmotic shock in neonatal ventricular myocytes.

The p21-activated protein kinases (PAKs) may participate in signalling from Cdc42/Rac1 to the stress-regulated MAPKs (SAPKs/JNKs and p38-/HOG-1-related-MAPKs). We characterized the expression and regulation of alpha PAK in cultured ventricular myocytes. alpha PAK was specifically immunoprecipitated from myocyte extracts. High basal alpha PAK activity was detected in unstimulated myocytes. Its activity was increased rapidly (<30 s) by hyperosmotic shock in the presence of okadaic acid, and was maximal by 3 min (187 +/- 7% relative to unstimulated cells). Endothelin-1 and interleukin-1beta, which also activate SAPKs/JNKs, did not increase alpha PAK activity and presumably act through different PAK isoforms or other mechanisms.

Small guanine nucleotide-binding proteins and myocardial hypertrophy.

The small (21 kDa) guanine nucleotide-binding protein (small G protein) superfamily comprises 5 subfamilies (Ras, Rho, ADP ribosylation factors [ARFs], Rab, and Ran) that act as molecular switches to regulate numerous cellular responses. Cardiac myocyte hypertrophy is associated with cell growth and changes in the cytoskeleton and myofibrillar apparatus. In other cells, the Ras subfamily regulates cell growth whereas the Rho subfamily (RhoA, Rac1, and Cdc42) regulates cell morphology. Thus, the involvement of small G proteins in hypertrophy has become an area of significant interest. Hearts from transgenic mice expressing activated Ras develop features consistent with hypertrophy, whereas mice overexpressing RhoA develop lethal heart failure. In isolated neonatal rat cardiac myocytes, transfection or infection with activated Ras, RhoA, or Rac1 induces many of the features of hypertrophy. We discuss the mechanisms of activation of the small G proteins and the downstream signaling pathways involved. The latter may include protein kinases, particularly the mitogen-activated or Rho-activated protein kinases. We conclude that although there is significant evidence implicating Ras, RhoA, and Rac1 in hypertrophy, the mechanisms are not fully understood.

Regulation of mitogen-activated protein kinases in cardiac myocytes through the small G protein Rac1.

Small guanine nucleotide-binding proteins of the Ras and Rho (Rac, Cdc42, and Rho) families have been implicated in cardiac myocyte hypertrophy, and this may involve the extracellular signal-related kinase (ERK), c-Jun N-terminal kinase (JNK), and/or p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) cascades. In other systems, Rac and Cdc42 have been particularly implicated in the activation of JNKs and p38-MAPKs. We examined the activation of Rho family small G proteins and the regulation of MAPKs through Rac1 in cardiac myocytes. Endothelin 1 and phenylephrine (both hypertrophic agonists) induced rapid activation of endogenous Rac1, and endothelin 1 also promoted significant activation of RhoA. Toxin B (which inactivates Rho family proteins) attenuated the activation of JNKs by hyperosmotic shock or endothelin 1 but had no effect on p38-MAPK activation. Toxin B also inhibited the activation of the ERK cascade by these stimuli. In transfection experiments, dominant-negative N17Rac1 inhibited activation of ERK by endothelin 1, whereas activated V12Rac1 cooperated with c-Raf to activate ERK. Rac1 may stimulate the ERK cascade either by promoting the phosphorylation of c-Raf or by increasing MEK1 and/or -2 association with c-Raf to facilitate MEK1 and/or -2 activation. In cardiac myocytes, toxin B attenuated c-Raf(Ser-338) phosphorylation (50 to 70% inhibition), but this had no effect on c-Raf activity. However, toxin B decreased both the association of MEK1 and/or -2 with c-Raf and c-Raf-associated ERK-activating activity. V12Rac1 cooperated with c-Raf to increase expression of atrial natriuretic factor (ANF), whereas N17Rac1 inhibited endothelin 1-stimulated ANF expression, indicating that the synergy between Rac1 and c-Raf is potentially physiologically important. We conclude that activation of Rac1 by hypertrophic stimuli contributes to the hypertrophic response by modulating the ERK and/or possibly the JNK (but not the p38-MAPK) cascades.

GTPases RhoA and Rac1 are important for amelogenin and DSPP expression during differentiation of ameloblasts and odontoblasts

Morphogenesis and cytodifferentiation are distinct processes in tooth development. Cell proliferation predominates in morphogenesis; differentiation involves changes in form and gene expression. The cytoskeleton is essential for both processes, being regulated by Rho GTPases. The aim of this study was to verify the expression, distribution, and role of Rho GTPases in ameloblasts and odontoblasts during tooth development in correlation with actin and tubulin arrangements and amelogenin and dentin sialophosphoprotein (DSPP) expression. RhoA, Rac1, and Cdc42 were strongly expressed during morphogenesis; during cytodifferentiation, RhoA was present in ameloblasts and odontoblasts, Rac1 and its effector Pak3 were observed in ameloblasts; and Cdc42 was present in all cells of the tooth germ and mesenchyme. The expression of RhoA mRNA and its effectors RockI and RockII, Rac1 and Pak3, as analyzed by real-time polymerase chain reaction, increased after ameloblast and odontoblast differentiation, according to the mRNA expression of amelogenin and DSPP. The inhibition of all Rho GTPases by Clostridium difficile toxin A completely abolished amelogenin and DSPP expression in tooth germs cultured in anterior eye chamber, whereas the specific inhibition of the Rocks showed only a partial effect. Thus, both GTPases are important during tooth morphogenesis. During cytodifferentiation, Rho proteins are essential for the complete differentiation of ameloblasts and odontoblasts by regulating the expression of amelogenin and DSPP. RhoA and its effector RockI contribute to this role. A specific function for Rac1 in ameloblasts remains to be elucidated; its punctate distribution indicates its possible role in exocytosis/endocytosis.

Distribution of small Rho GTPases in the developing rat submandibular gland

During the rat submandibular gland (SMG) development, organogenesis and cytodifferentiation depend on the actin cytoskeleton, which is regulated by small Rho GTPases. These proteins link cell surface receptors to pathways that regulate cell motility, polarity, gene expression, vesicular trafficking, proliferation and apoptosis. The aim of this study was to evaluate, by immunohistochemistry, the distribution pattern of RhoA, RhoB, RhoC, Rac1 and Cdc42 during cytodifferentiation of the rat SMG and in male adults. All GTPases were found in epithelial and mesenchymal tissues throughout gland development. Rac1 appeared to be important for parenchyma expansion at the beginning of cytodifferentiation, while RhoC, Cdc42 and the inactive phosphorylated form of Rac1 seemed associated with lumen formation and cell polarization in terminal tubules. RhoA and RhoB labeling was evident throughout development. All GTPases were differentially expressed in the adult gland, suggesting that they play specific roles during differentiation and function of the rat SMG.

Exploring the multifactorial nature of autism through computational systems biology: Calcium and the Rho GTPase RAC1 under the spotlight

Autism is a neurodevelopmental disorder characterized by impaired social interaction and communication accompanied with repetitive behavioral patterns and unusual stereotyped interests. Autism is considered a highly heterogeneous disorder with diverse putative causes and associated factors giving rise to variable ranges of symptomatology. Incidence seems to be increasing with time, while the underlying pathophysiological mechanisms remain virtually uncharacterized (or unknown). By systematic review of the literature and a systems biology approach, our aims were to examine the multifactorial nature of autism with its broad range of severity, to ascertain the predominant biological processes, cellular components, and molecular functions integral to the disorder, and finally, to elucidate the most central contributions (genetic and/or environmental) in silico. With this goal, we developed an integrative network model for gene-environment interactions (GENVI model) where calcium (Ca2+) was shown to be its most relevant node. Moreover, considering the present data from our systems biology approach together with the results from the differential gene expression analysis of cerebellar samples from autistic patients, we believe that RAC1, in particular, and the RHO family of GTPases, in general, could play a critical role in the neuropathological events associated with autism. © 2013 Springer Science+Business Media New York.

Estudo das interações de eIF5A com a maquinaria de tradução e com o complexo Ribosome Quality Control, utilizando modelo de Saccharomyces cerevisiae

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Post-translational modification of the RhoGTPase activating protein 21, ARHGAP21, by SUMO2/3

ARHGAP21 is a 217 kDa RhoGAP protein shown to modulate cell migration through the control of Cdc42 and FAK activities. In the present work a 250 kDa-ARHGAP21 was identified by mass spectrometry. This modified form is differentially expressed among cell lines and human primary cells. Co-immunoprecipitations and in vitro SUMOylation confirmed ARHGAP21 specific modification by SUMO2/3 and mapped the SUMOylation site to ARHGAP21 lysine K1443. Immunofluorescence staining revealed that ARHGAP21 co-localizes with SUMO2/3 in the cytoplasm and membrane compartments. Interestingly, our results suggest that ARHGAP21 SUMOylation may be related to cell proliferation. Therefore, SUMOylation of ARHGAP21 may represent a way of guiding its function. (C) 2012 Federation of European Biochemical Societies. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Immunohistochemical expression of Rho GTPases in ameloblastomas

Rho GTPases are proteins that regulate cell cycle, shape, polarization, invasion, migration, and apoptosis, which are important characteristics of normal and neoplastic cells. Rho GTPases expression has been reported in normal tooth germ and several pathologies; however, it has not been evaluated in ameloblastomas. The aim of this study was to analyze the expression and distribution of RhoA, RhoB, Rac1, and Cdc42 Rho GTPases in solid and unicystic ameloblastomas. Three-micrometer sections from paraffin- embedded specimens were evaluated by using an avidin- biotin immunohistochemical method with antibodies against the proteins mentioned above. RhoA and RhoB staining was observed in a high number of cells (P < 0.05) and greater intensity in non-polarized ones. Rac1 was not observed, andCdc42 didnot showany statistical differences between the number of non-polarized and basal positive cells (P > 0.05). Upon comparing the studied ameloblastomas, a higher number of positive cells in the unicystic variant was observed than that in the solid one (P < 0,05). The results obtained suggest that theseGTPases could play a role in the ameloblastoma neoplastic epithelial cell phenotype determination (polarized or non-polarized), as well as in variant (solid or unicystic) and subtype (follicular or plexiform) determination. Furthermore, they could participate in solid ameloblastoma invasion mechanisms. J Oral Pathol Med (2012) 41: 400-407

Suppression of Hypoxia-Inducible Factor-1 alpha Contributes to the Antiangiogenic Activity of Red Propolis Polyphenols in Human Endothelial Cells

Polyphenol-enriched fractions from natural sources have been proposed to interfere with angiogenesis in pathological conditions. We recently reported that red propolis polyphenols (RPP) exert antiangiogenic activity. However, molecular mechanisms of this activity remain unclear. Here, we aimed at characterizing molecular mechanisms to explain the impact of RPP on endothelial cells' (EC) physiology. We used in vitro and ex and in vivo models to test the hypothesis that RPP inhibit angiogenesis by affecting hypoxia-inducible factor-1 alpha (HIF1 alpha) stabilization in EC. RPP (10 mg/L) affected angiogenesis by reducing migration and sprouting of EC, attenuated the formation of new blood vessels, and decreased the differentiation of embryonic stem cells into CD31-positive cells. Moreover, RPP (10 mg/L) inhibited hypoxia- or dimethyloxallylglycine-induced mRNA and protein expression of the crucial angiogenesis promoter vascular endothelial growth factor (VEGF) in a time-dependent mariner. Under hypoxic conditions, RPP at 10 mg/L, supplied for 1-4 h, decreased HIF1 alpha protein accumulation, which in turn attenuated VEGF gene expression. In addition, RPP reduced the HIF1 alpha protein half-life from similar to 58 min to 38 min under hypoxic conditions. The reduced HIF1 alpha protein half-life was associated with an increase in the von Hippel-Lindau (pVHL)-dependent proteasomal degradation of HIF1 alpha. RPP (10 mg/L, 4 h) downregulated Cdc42 protein expression. This caused a corresponding increase in pVHL protein levels and a subsequent degradation of HIF1 alpha. In summary, we have elucidated the underlying mechanism for the antiangiogenic action of RPP, which attenuates HIF1 alpha protein accumulation and signaling. J. Nutr. 142: 441-447, 2012.

Untersuchungen zur Induktion von Filopodien durch das Amyloid Precursor Like Protein 1 (APLP1), ein Mitglied der APP-Genfamilie

Die Alzheimer Krankheit ist eine fortschreitendende Demenzerkrankung von der in Deutschland ca. 1,6 Millionen Menschen betroffen sind. Im Gehirn der Patienten finden sich sogenannte amyloide Plaques, deren Hauptbestandteil das Aβ-Protein ist. Dieses Peptid ist ein Spaltprodukt des APP-Proteins (engl. amyloid precursor protein). APP ist das namensgebende Mitglied der APP-Proteinfamilie zu der neben APP die beiden APP-Homologen APLP1 und APLP2 (engl. amyloid precursor like protein) gehören. Obwohl inzwischen über die pathologische Rolle dieser Proteinfamilie bei der Alzheimer Krankheit vieles bekannt ist, bleiben die physiologischen Funktionen dieser Proteine bisher größtenteils ungeklärt. Die vorliegende Arbeit beschreibt erstmals einen APLP1-spezifischen Effekt auf die Ausbildung von Filopodien. Sowohl das humane als auch das murine APLP1 induzierten nach transienter Überexpression die Bildung zahlreicher filopodialer Fortsätze auf der Membran von PC12-Zellen. Vergleichbare Resultate konnten mit beiden APLP1-Proteinen auch auf der Membran von embryonalen (E18.5), cortikalen Neuronen der Ratte gezeigt werden. Dass APLP1 einen derartigen Effekt auf Neuronen und PC12-Zellen zeigt, begründet die Annahme, dass APLP1 in vivo eine Funktion bei der Entwicklung und Differenzierung von Neuronen übernimmt. Anhand von Versuchen mit deletierten APLP1-Proteinen und APLP1/APLP2-Chimärproteinen konnte gezeigt werden, dass die von Exon 5 und Exon 6 codierten Bereiche des APLP1 für die Induktion der Filopodien essentiell sind. Unter Einbeziehung von in ihrer räumlichen Struktur bereits bekannten Domänen und aufgrund von Homologievergleichen der primären Aminosäuresequenz dieser Region mit entsprechenden Bereichen der APP- bzw. APLP2-Proteine wurde die wahrscheinliche Lage der Filopodien-induzierenden Domäne innerhalb des von Exon 6 codierten Bereiches diskutiert. Es konnte ferner gezeigt werden, dass die untersuchte Induktion von Filopodien durch die sogenannte α-Sekretierung moduliert werden kann. Unter den gewählten Versuchsbedingungen war nur membranständiges APLP1, nicht aber sekretiertes APLP1 in der Lage, Filopodien zu induzieren. Abschliessend wurden Ergebnisse gezeigt, die erste Einblicke in Signalkaskaden erlauben, die von APLP1 angesteuert werden und so die Enstehung der Filopodien auslösen. Bezüglich des primären Prozesses der Signalkaskade, der Bindung von APLP1 an einen bisher unbekannten Rezeptor, wurde die Möglichkeit diskutiert, ob APP oder APLP2 oder sogar APLP1 selbst als Rezeptor fungieren könnten. Die beobachteten Prozesse nach Überexpression von APLP1 entsprechen vermutlich einer physiologischen Funktion bei der Differenzierung von Neuronen, die mit der Interaktion einer extrazellulär gelegenen Domäne mit einem Rezeptor beginnt, die Aktivierung einer Signalkaskade zur Akrinreorganisation zu Folge hat und die Entstehung filopodialer Strukturen auslöst.

Nuove biotenologie per la produzione di piante micorrizate con tartufo

Il lavoro svolto durante questa tesi di dottorato pone le basi per lo sviluppo di nuove biotecnologie della micorrizazione di piante forestali con tartufi pregiati ed in particolare con Tuber magnatum. Durante questa tesi è stato possibile isolare e mantenere in coltura pura il micelio di T. magnatum, ad ottenere e descrivere le sue micorrize e quelle di altri tartufi “bianchi” (T. oligospermum, T. borchii) e a seguire l’evoluzione del micelio nel suolo utilizzando la tecnica della real time PCR. Sono stati disegnati primer specie specifici in grado di identificare T. oligospermum ed è stata verificata la possibiltà di utilizzare questi primers in PCR multiplex con quelli specifici di T. magnatum e di T. borchii già presenti in bibliografia, al fine di “scovare” sia frodi nella commercializzaione degli ascomi sia eventuali contaminazioni nelle piante micorrizate. Per migliorare lo sviluppo miceliare di tartufo abbiamo si è cercato di migliorare il mezzo nutritivo per la crescita del micelio utilizzando: fonti di carbonio diverse, estratti radicali di nocciolo e singole frazioni separate dagli stessi. Infine sono stati sviluppati protocolli di crioconservazione per miceli di tartufo. Gli estratti radicali sono in grado di stimolare le crescita miceliare del tartufo modello T. borchii e dimodificarne la morfologia ifale. Questo risultati sono stati confermati anche dall’aumento dell’espressione di geni CDC42 e Rho-GDI, due geni legati alla crescita apicale polarizzata delle ife dei funghi filamentosi. Inoltre è stato dimostrato che il mantenimento in coltura per numerosi anni dei miceli di tartufo provoca una perdita della capacità d’infettare le radici delle piante e quindi il loro potenziale utilizzo sia a scopo sperimentale sia a scopo colturale. Questo pone in risalto l’importanza della conservazione a lungo termine del materiale biologico a disposizione ed è stato dimostrato che la crioconservazione è applicabile con successo anche alle specie del genere Tuber.

Der Wirkungsmechanismus von Neurosteroiden auf das Cytoskelett neuronaler Zellen

Neurosteroide können langsame genomische und schnelle nicht-genomische Effekte zeigen. Die Synthese und der Metabolismus von Neurosteroiden werden entwicklungsbedingt reguliert. In den letzten Jahren sind immer mehr schnelle Steroideffekte bekannt geworden, die sowohl über klassische als auch über nicht-klassische Rezeptoren laufen. Zum heutigen Stand der Forschung sind die morphologischen Effekte von Neurosteroiden auf das neuronale Cytoskelett und die involvierten Signalkaskaden noch weitgehend unerforscht. In diesem Zusammenhang stellen sich auch die Fragen nach den verantwortlichen Rezeptoren und dem Transportmechanismus sowie der subzellulären Lokalisation der Steroide. Die im Rahmen meiner Promotion erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass die Steroide DHEA und Testosteron eine Reorganisation des Aktincytoskeletts in neuronalen Zellen induzieren und dass diese Effekte diesen Steroiden und nicht ihren Folgemetaboliten zuzuordnen sind. DHEA bewirkt die Kontraktion der Zellen, eine erhöhte Ausbildung von Stressfasern und fokalen Adhäsionskomplexen sowie die Bildung von Filopodien. Der diesen Effekten zu Grunde liegende Signalweg konnte eindeutig identifiziert werden. DHEA induziert in neuronalen Zellen die Aktivierung des Rho-Signalwegs. Diese Aktivierung führt zu einem erhöhten Phosphorylierungsstatus der regulatorischen leichten Kette von Myosin II (MRLC) an Serin 19 und der damit verbundenen erhöhten Myosin-Aktin-Interaktion. Die Ausbildung von Filopodien wird vermutlich über eine Aktivierung der GTPase Cdc42 vermittelt. Testosteron induziert das Auswachsen langer Neuriten sowie eine Verminderung von Stressfasern in neuronalen Zellen. Diese Effekte sind abhängig von der Aktivität der PI3-Kinase. Die im Rahmen dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse deuten darauf hin, dass Testosteron über die PI3-Kinase und FAK den Rac-Signalweg induziert, da es zu einer Inhibierung des Rho-Signalwegs kommt. Zahlreiche Erkenntnisse weisen darauf hin, dass DHEA und Testosteron die Aktivierung der beteiligten Signalwege über einen G-Protein gekoppelten Rezeptor induzieren. DHEA und Testosteron beeinflussen auch die Expression und die Lokalisation der regulatorischen leichten Ketten von Myosin II. Im Gegensatz zu DHEA (Lokalisation der MRLC in der kortikalen Region der Zelle), induziert Testosteron eine Umlokalisation der MRLC in den Zellkern. Daher ist es denkbar, dass die MRLCs, wie auch Aktin, als Transkriptionsfaktoren wirken können. Die Synthese eines funktionalen, fluoreszierenden DHEA-Derivats (DHEA-Bodipy) ermöglichte erstmals, den Transport und die subzelluläre Lokalisation von DHEA in neuronalen Zellen zu beobachten. DHEA-Bodipy wird in neuronalen Zellen in den Mitochondrien lokalisiert. Diese Lokalisation ergibt völlig neue Ansätze im Verständnis zellulärer Wirkungsorte von Steroiden und beteiligter Rezeptoren. Das in meiner Arbeit vorgestellte Verfahren zur Fluoreszenzmarkierung von Steroiden bietet vielfältige Möglichkeiten im Einsatz zellbiologischer Methoden. Nach diesem Verfahren hergestellte, fluoreszierende Steroide eignen sich aufgrund ihrer Stabilität sehr gut für die Untersuchung des Transports und der subzellulären Lokalisation von Steroiden an fixierten und lebenden Zellen sowie für Colokalisationsexperimente. Diese Methode grenzt somit auch die Anzahl möglicher molekularer Interaktionspartner ein. Für Testosteron konnte ebenfalls ein fluoreszierendes Testosteron-Derivat (Testosteron-Bodipy) synthetisiert werden. Die Aufklärung der Effekte von Steroiden auf das neuronale Cytoskelett und der beteiligten Signalkaskaden sowie die Identifizierung der zellulären Wirkungsorte ermöglichen therapeutische Ansätze zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen, deren Ursachen in Abnormitäten des Cytoskeletts oder fehlregulierter Neurosteroidogenese zu begründen sind.