Die Translokation von Galectin-3 in post Golgi Transportvesikel und seine Funktion im apikalen Proteintransport
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Epitheliale Zellen bilden die limitierende Grenze zwischen Organismen und ihrer Umwelt. Diese Zellen sind charakterisiert durch eine morphologische und funktionelle Unterteilung ihrer Membran in eine apikale (d.h. dem Lumen zugewandte) und eine basolaterale (d.h. benachbarten Zellen und der Basalmembran zugewandte) Domäne. Diese Aufteilung kann nur durch einen hochspezifischen, polarisierten Sortiervorgang von Lipiden und Proteinen an ihre jeweilige Zielmembran aufrechterhalten werden. Eine einfache Unterteilung in einen apikalen und einen basolateralen Transportweg ist jedoch nicht ausreichend um diesen Prozess befriedigend zu beschreiben. Im apikalen Transport geht man z.B. davon aus, dass eine Vielzahl verschiedener Transportwege existieren, die zudem noch aufgrund der Affinität der darin transportierten Proteine zu lipid rafts in einen raft abhängigen und einen raftunabhängigen Transport untergliedert werden können. Wir konnten in epithelialen MDCK- Zellen das Galactose-bindende Lectin Galectin-3 als Sortierrezeptor für den raftunabhängigen apikalen Transport identifizieren. Mit Hilfe von endogen exprimiertem als auch exogen zugegebenem Galectin-3 konnten wir zeigen, dass dieses Lectin in Vesikeln transportiert wird, die von endosomalen Organellen zur apikalen Membran der Epithelzellen gelangen. Durch Endozytose wird das Lectin von der Membran wieder zu Endosomen geleitet, die als intrazelluläre Sortierstation dienen. Der eigentliche Sortierprozess beruht auf der Bildung von Galectin-3 haltigen Glykoproteinclustern im Lumen des Sortierkompartiments. MDCK-Zellen, deren Glykoproteine keine endständige Galactose tragen, bilden keine Cluster aus und können das apikale Membranprotein gp114 nicht korrekt sortieren. Neueste Daten zeigen, dass der leicht saure pH-Wert der Endosomen für die Bildung Galectin-3 haltiger Proteincluster notwendig ist. Umgekehrt verhält es sich an der Plasmamembran an der die Aufnahme bei pH 6,5 inhibiert wird. Die zentrale Rolle von Galectin-3 beim apikalen Sortiervorgang wurde nicht nur im Zellkulturmodel an MDCK Zellen gezeigt, sondern konnte auch in Galectin-3 knockout Mäusen nachgewiesen werden. Dabei kommt es bei raft-unabhängigen Glykoproteinen des Dünndarms und der Niere zu einer Fehlsortierung an die basolaterale Membran. Histologische Studien an den Nierengeweben der Mäuse konnten auch Veränderungen in der Zellmorphologie nachweisen. Verschiedene Proteine des Zytoskeletts zeigten deutliche Abweichungen von ihrem normalen Aufenthaltsort und auch die primären Zilien der Nierenepithelzellen werden in Abwesenheit von Galectin-3 deutlich länger. Interessant ist in diesem Zusammenhang, dass Galectin-3 mit Centrin-2 im Basalköper des primären Ziliums interagiert. Daraus lässt sich ableiten, dass das Lectin auch bei der epithelialen Morphogenese eine zentrale Rolle einnimmt. Diese Beobachtungen wurden an MDCK-Zellen in Kultur bestätigt. Die Frage, wie das Lectin nach Synthese im Zytosol auf die extrazelluläre Seite der Plasmamembran gelangt, konnte im Rahmen dieses Projekts nicht endgültig geklärt werden. Wir haben Galectin-3 aus apikalen Exosomen aufgereinigt und eine aus der Virologie bekannte „late domain“ im Lectin nachgewiesen. Daraus lässt sich schließen, dass Galectin-3 ESCRT-abhängig in Exosomen gelangt. Mit welcher ESCRT-Komponente das Lectin dabei interagiert, wird derzeit im Labor untersucht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2007): Apical Sorting by Galectin-3 Dependent Glycoprotein Clustering. Traffic, 8, 379-388
D. Delacour, C. Greb, A. Koch, E. Salomonsson, H. Leffler, A. LeBivic und R. Jacob
- 1.-5. November 2007: Role of galectins in apical protein trafficking. Renal Week 2007, American Society of Nephrology (ASN), San Francisco, USA
Ralf Jacob
- (2008): Apical cargo traverses endosomal compartments on the passage to the cell surface. Traffic, 9, 2206-2220
C.I. Cramm-Behrens, M. Dienst und R. Jacob
- (2008): Loss of galectin-3 impairs membrane polarisation of mouse enterocytes in vivo. The Journal of Cell Science, 121, 458-465
D. Delacour, A. Koch, W. Ackermann, I. Eude-Le Parco, H.-P. Elsässer, F. Poirier und R. Jacob
- 11. Dezember 2008: Galectin-3, A Lectin Required for Apical Protein Sorting. Department of Physiology, David Greffen School of Medicine at UCLA, USA
Ralf Jacob
- 30. November 2009: Apical Sorting by Galectin-3 Dependent Glycoprotein Clustering. 20th International Symposium on Glycoconjugates, Puerto Rico, USA
Ralf Jacob
- (2010): Galectin-3, a novel centrosome-associated protein, required for epithelial morphogenesis. Molecular Biology of the Cell, 21, 219-231
A. Koch, F. Poirier, R. Jacob und D. Delacour
- (2010): Trafficking of galectin-3 through endosomal organelles of polarized and non-polarized cells. European Journal of Cell Biology, 89, 788-798
D. Schneider, C. Greb, A. Koch, T. Straube, A. Elli, D. Delacour und R. Jacob
- „Proteinkomponenten und Transportwege an der apikalen Membran von Epithelzellen“, Dissertation 2010, Philipps-Universität Marburg
Christoph Greb
- (2011): Changes in the expression and subcellular distribution of galectin-3 in clear cell renal cell carcinoma. Journal of Experimental & Clinical Cancer Research, 30, 89
T. Straube, A.F. Elli, C. Greb, A. Hegele, H.-P. Elsässer, D. Delacour und R. Jacob
- 29. Juni 2012: Exploring the secrets of galectins and apical transport logistics. Institut Curie, Paris, Frankreich
Ralf Jacob
- „Der nicht-klassische Sekretionsweg in polaren Epithelzellen“, Dissertation 2012, Philipps-Universität Marburg
Dominik Schneider
