Balß, Jörg (2008)
Unterschiedliche zelluläre Sortierung zweier viraler K+-Kanäle.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Einige Membranproteine, so auch Kaliumkanäle, sind sowohl in der Plasmamembran wie auch in den Membranen diverser Organellen lokalisiert. In manchen Fällen ist ein und dasselbe Protein oder ein Isoform eines Proteins in der Plasmamembran und in unterschiedlichen Zellkompartimenten einschließlich der Mitochondrien vorzufinden. Dieses so genannte duale targeting ist vor allem vor dem Hintergrund bemerkenswert, dass Proteine der Plasmamembran und der Mitochondrien fundamental unterschiedliche Synthesewege haben. Zurzeit sind die genauen Mechanismen und Abläufe, die zur Sortierung ähnlicher Membranproteine in unterschiedliche Zielkompartimente führen noch weitgehend unverstanden und Erkenntnisziel zahlreicher Studien. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass zwei homologe virale Kaliumkanäle in heterologen Systemen wie Säugerzellen und Hefe einem unterschiedlichen targeting unterliegen. Aus der Analyse von Konfokalen-Laser-Mikroskopaufnahmen von HEK293 Zellen geht hervor, dass einer der beiden Kanäle, Kcv aus PBCV-1, in den sekretorischen Weg und zur PM gelangt, während der andere Kanal, Kesv aus EsV-1, in die Mitochondrien sortiert wird. Kesv trägt im N-Terminus eine typische mitochondriale Signalsequenz, die ein Reporterprotein (GFP) in die Mitochondrien leitet. Trotzdem benötigt Kesv dieses Signalpeptid nicht für seine Sortierung zu den Mitochondrien. Daher scheint ein weiteres dominantes Sortierungssignal im Protein enthalten zu sein. Vorhersagen über die Länge der Transmembrandomänen der untersuchten Kanäle deuten darauf hin, dass die zweite Membranhelix (TM2) von Kesv kürzer ist als die von Kcv. Verlängerungen der TM2 von Kesv mit mindestens einer Aminosäure führen dazu, dass das Kanalprotein nicht mehr in die Mitochondrien, sondern in den sekretorischen Weg sortiert wird. Als Folge des veränderten targetings konnte für einige Kesv-Mutanten, die in den sekretorischen Weg umgeleitet wurden, eine Kaliumkanalaktivität in der Plasmamembran in Hefekomplementationstest nachgewiesen werden. Da lediglich eine Verlängerung im C-terminalen Abschnitt von TM2 dazu in der Lage ist, eine solche Veränderung im Sortieren von Kesv hervorzurufen, scheint die Länge von TM2 alleine nicht ausschlaggebend für das veränderte targeting zu sein. Eine weitere Analyse von Chimären, die aus unterschiedlich großen Fraktionen der zwei Proteine zusammengesetzt waren, zeigte ferner, dass die TM2 des Proteins nicht alleine ausschlaggebend für die Proteinsortierung ist: Vielmehr wirkt die TM2 nur im Kontext von großen Teilen des gesamten Proteins als Sortierungssignal. Die gesammelten Daten lassen den Schluss zu, dass sowohl N- als auch C-terminale Bereiche im gefalteten Protein ein dreidimensionales Motiv bilden, das für das mitochondriale targeting verantwortlich ist. Bereits kleine strukturelle Veränderungen können bewirken, dass das targeting von Kesv von einer mitochondrialen Verteilung zu einer Sortierung in den sekretorischen Weg verändert wird. Da virale Proteine lediglich existierende zelluläre Mechanismen für ihre eigenen Bedürfnisse nutzen, ist anzunehmen, dass der hier gefundene Sortierungsvorgang auch für zelleigene Proteine relevant ist und dass somit kleinste strukturelle Unterschiede zwischen zwei Proteinen die Sortierung in unterschiedliche Zielkompartimente begründen.

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