Structural Biology of Membrane Proteins

Salom, David; Palczewski, Krzysztof

doi:10.1002/9783527634521.ch9

Cited by 4 publications

(7 citation statements)

References 120 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…Different heterologous expression systems have been shown to introduce varying PTMs in the same protein. For example, rhodopsin is heavily and heterogeneously glycosylated when expressed in HEK293 and COS-1 cells, yeast, NIH 3T3 cells (this work), and mouse liver, in contrast to a more sparse and homogeneous glycosylation pattern seen in its native retinal tissue …”

Section: Resultsmentioning

confidence: 86%

See 1 more Smart Citation

Post-Translational Modifications of the Serotonin Type 4 Receptor Heterologously Expressed in Mouse Rod Cells

Salom

Wang²,

Dong

et al. 2011

Biochemistry

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

The G–protein–coupled serotonin receptor type 4 (5–HT4R) is a pharmacological target implicated in a variety of gastro-intestinal and nervous system disorders. Like many other integral membrane proteins, structural and functional studies of this receptor could be facilitated by its heterologous overexpression in eukaryotic systems that can perform appropriate post–translational modifications (PTMs) on the protein. We previously reported the development of an expression system that employs rhodopsin’s biosynthetic machinery in rod cells of the retina to express heterologous G–protein coupled receptors (GPCRs) in a pharmacologically functional form. In this study, we analyzed the glycosylation, phosphorylation, and palmitoylation of 5–HT4R heterologously expressed in rod cells of transgenic mice. We found that the glycosylation pattern in 5–HT4R was more complex than in murine and bovine rhodopsin. Moreover, overexpression of this exogenous GPCR in rod cells also affected the glycosylation pattern of coexisting native rhodopsin. These results highlight not only the occurrence of heterogeneous PTMs on transgenic (TG) proteins, but also the complications that non–native PTMs can cause in the structural and functional characterization of both endogenous and heterologous protein targets.

show abstract

Section: Resultsmentioning

confidence: 86%

“…For example rhodopsin is heavily and heterogeneously glycosylated when expressed in HEK293 and COS–1 cells (17), yeast (18), NIH 3T3 cells ( this work ) and mouse liver (11), in contrast to more sparse and homogeneous glycosylation pattern seen in its native retinal tissue (19). …”

Section: Resultsmentioning

confidence: 93%

Post-Translational Modifications of the Serotonin Type 4 Receptor Heterologously Expressed in Mouse Rod Cells

Salom

Wang²,

Dong

et al. 2011

Biochemistry

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…17 Of all proteins encoded by the human genome, more than one-third are associated with the cell membrane. 18,19 Most cell-surface and secreted proteins are translated by ribosomes docked to the endoplasmic reticulum (ER) membrane and enter the interior (lumen) of the ER by crossing its membrane during translation, a process that is known as co-translational translocation. 20−27 CD4 is targeted to the ER membrane by the SP, which comprises the first 15− 40 amino acids at the N-terminus of the nascent protein (preprotein).…”

Section: ■ Introductionmentioning

confidence: 99%

“…Cyclotriazadisulfonamide (CADA) and its analogues (CADA compounds) reduce (down-modulate) expression of the cell-surface cluster of differentiation 4 (CD4) protein on primate cells and inhibit replication of human immunodeficiency virus (HIV). − CD4 expressed on T cells and other immune cells is required for the entry of HIV into host cells. , Hence, CADA compounds act as HIV entry inhibitors. ,− It has been found that the lead compound (CADA, 1 , Figure ) down-modulates cell-surface CD4 by binding the signal peptide (SP) of the CD4 preprotein . Of all proteins encoded by the human genome, more than one-third are associated with the cell membrane. , Most cell-surface and secreted proteins are translated by ribosomes docked to the endoplasmic reticulum (ER) membrane and enter the interior (lumen) of the ER by crossing its membrane during translation, a process that is known as co-translational translocation. − CD4 is targeted to the ER membrane by the SP, which comprises the first 15–40 amino acids at the N-terminus of the nascent protein (preprotein) . CADA binds to the SP of the human CD4 preprotein, preventing co-translational translocation of CD4 into the ER lumen, drastically reducing cell-surface expression of this protein .…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Reduction of Progranulin-Induced Breast Cancer Stem Cell Propagation by Sortilin-Targeting Cyclotriazadisulfonamide (CADA) Compounds

et al. 2021

View full text Add to dashboard Cite

Cyclotriazadisulfonamide (CADA) compounds selectively down-modulate two human proteins of potential therapeutic interest, cluster of differentiation 4 (CD4) and sortilin. Progranulin is secreted from some breast cancer cells, causing dedifferentiation of receiving cancer cells and cancer stem cell proliferation. Inhibition of progranulin binding to sortilin, its main receptor, can block progranulin-induced metastatic breast cancer using a triple-negative in vivo xenograft model. In the current study, seven CADA compounds (CADA, VGD020, VGD071, TL020, TL023, LAL014, and DJ010) were examined for reduction of cellular sortilin expression and progranulin-induced breast cancer stem cell propagation. In addition, inhibition of progranulin-induced mammosphere formation was examined and found to be most significant for TL020, TL023, VGD071, and LAL014. Full experimental details are given for the synthesis and characterization of the four new compounds (TL020, TL023, VGD071, and DJ010). Comparison of solubilities, potencies, and cytotoxicities identified VGD071 as a promising candidate for future studies using mouse breast cancer models.

show abstract

“…Membrane proteins are targeted by about 60% of approved drugs, because of their central role in almost every physiological process (Salom and Palczewski, 2011;Yildirim et al, 2007).…”

Section: Membrane Proteinsmentioning

confidence: 99%

A study of membrane protein trafficking, endocytosis and degradation through the development of new genetic and biochemical tools

Μαρτζούκου¹

View full text Add to dashboard Cite

Οι διαμεμβρανικές πρωτεΐνες στα ευκαρυωτικά κύτταρα ενσωματώνονται στη μεμβράνη του Ενδοπλασματικού Δικτύου (ΕΔ) συμμεταφραστικά. Προκειμένου να εξέλθουν από το ΕΔ με κυστίδια τύπου COPII, απαιτείται μία σειρά ελέγχων που αφορά τόσο παράγοντες που εντοπίζονται στο πρωτεϊνικό μόριο, όπως για παράδειγμα η παρουσία συντηρημένων μοτίβων εξόδου από το ΕΔ, όσο και η αλληλεπίδραση με ρυθμιστικές πρωτεΐνες που διασφαλίζουν τη σωστή αναδίπλωση του μορίου. Μετά την έξοδο από το ΕΔ, οι πρωτεΐνες διακινούνται μέσω του Golgi δικτύου, πακετάρονται σε κυστίδια, μεταφέρονται στον τελικό τους υποκυτταρικό προορισμό (πλασματική μεμβράνη και μεμβράνες οργανιδίων) και ενσωματώνονται στην κατάλληλη μεμβράνη. Επίσης, πολικά ευκαρυωτικά κύτταρα, όπως οι νευρώνες, τα μυϊκά ή οι παθογόνοι νηματοειδείς μύκητες (πχ. Aspergillus) διαθέτουν μηχανισμούς που διαφοροποιούν την στόχευση και τοπολογία κάθε πρωτεΐνης σε διακριτά σημεία της πλασματικής μεμβράνης. H εύρυθμη κυτταρική λειτουργία βασίζεται επίσης στη συνεχή μετακίνηση μορίων μεταξύ των διάφορων υποκυτταρικών οργανιδίων. Σε αρκετά βήματα αυτής της ενδοκυτταρικής κυκλοφορίας, συμμετέχουν ειδικά μεταφορικά ‘καλυμμένα’ κυστίδια τα οποία μεταφέρονται κατά μήκος των μικροσωληνίσκων σε μια διαδικασία βάδισης που διεξάγεται από σχετιζόμενες κινητήριες πρωτεΐνες (κινεσίνη, δυνεΐνη). Τα πρωτεϊνικά σύμπλοκα προσαρμογής (Αdaptor Proteins, APs) φαίνεται να κατέχουν εξέχοντα ρόλο για τη δημιουργία κυστιδίων με κάλυμμα κλαθρίνης, στους περισσότερους ευκαρυωτικούς οργανισμούς, ενώ τα τρία μυκητιακά AP σύμπλοκα εμφανίζουν υψηλή ομολογία με τα αντίστοιχα των υπόλοιπων ευκαρυωτών (AP-1, AP-2, AP-3). Κατέχουν βασικό ρόλο στην επιλογή, διακίνηση, ενδοκύτωση και ανακύκλωση διαμεμβρανικών φορτίων, ενώ τόσο η παρουσία λειτουργικών υπομονάδων αυτών, όσο και της ίδιας της κλαθρίνης έχει αναδειχθεί ως απαραίτητη για την ομοιόσταση και επιβίωση των κυττάρων. Ωστόσο, υπό το φως ανακαλύψεων των τελευταίων 10 ετών υπάρχει εξαιρετικά έντονο επιστημονικό ενδιαφέρον, που αφορά στην ύπαρξη και ανεξαρτήτων της κλαθρίνης, μονοπατιών διακίνησης πρωτεϊνών. Από τις πιο σημαντικές διαμεμβρανικές πρωτεΐνες είναι οι μεταφορείς υδατοδιαλυτών ουσιών και οι πρωτεΐνες που εμφανίζουν πολική εναπόθεση και συμμετέχουν σε διαδικασίες απαραίτητες για τη φυσιολογική ανάπτυξη του οργανισμού. Στη διατριβή αυτή μελετάται η σημασία του διμερισμού πριν την έξοδο από το ΕΔ και διερευνάται η συμμετοχή των AP συμπλόκων στη στόχευση των διαμεμβρανικών πρωτεϊνών στην πλασματική μεμβράνη, αλλά και στην ακόμη πιο ταχεία απομάκρυνσή τους από αυτήν μέσω της διαδικασίας της ενδοκύτωσης, καθώς και ο ρόλος της κλαθρίνης σε αυτές τις διαδικασίες, μέσω της ανάπτυξης νέων γενετικών και βιοχημικών προσεγγίσεων. Ο νηματοειδής μύκητας Aspergillus nidulans, έχει αναδειχθεί ως μοναδικό σύστημα μελετών όπου εφαρμόζονται συνδυαστικές προσεγγίσεις γενετικής και μικροσκοπίας επιφθορισμού. Ο εκτενώς μελετημένος μεταφορέας ουρικού οξέος-ξανθίνης, UapA, χρησιμοποιήθηκε ως το βασικό μόριο για τη διερεύνηση βασικών ερωτημάτων που σχετίζονται με τους μηχανισμούς που διέπουν την ενδοκυτταρική διακίνηση των μεταφορέων και το ρόλο του διμερισμού στην έξοδο από το ΕΔ, ενώ συγκεκριμένες πρωτεΐνες που εμφανίζουν πολική κατανομή στην κορυφαία περιοχή της πλασματικής μεμβράνης χρησιμοποιήθηκαν ως μόρια για τη μελέτη των γενικών μονοπατιών διακίνησης στα οποία εμπλέκονται τα AP σύμπλοκα. Συγκεκριμένα, διερευνούμε το ρόλο του AP-1 συμπλόκου στη διακίνηση φορτίων και δείχνουμε ότι είναι απαραίτητο για την αύξηση, λόγω της συμμετοχής του στη μετακίνηση κυστιδίων μέσω μικροσωληνίσκων, προς την κορυφαία περιοχή της αναπτυσσόμενης υφής. Ακόμη, ταυτοποιούμε μοτίβα δέσμευσης της κλαθρίνης στην καρβοξυτελική περιοχή της β1 υπομονάδας και παρέχουμε αποδείξεις για την εμπλοκή του AP-1 τόσο στην ορθόδρομη μεταφορά εκκριτικών κυστιδίων που περιέχουν το RabE, όσο και στην ανάδρομη, εξαρτώμενη από τα RabA/RabB, ανακύκλωση ενδοσωμάτων. Επίσης δείχνουμε πως το AP-1 είναι σημαντικό για την οργάνωση των μικροσωληνίσκων και των σεπτινών, ερμηνεύοντας έτσι την αναγκαιότητα του για τα κύτταρα που αντιμετωπίζουν την πρόκληση της εξαρτώμενης από τον κυτταροσκελετό, πολικής αύξησης. Μελετάμε επίσης τον ρόλο του AP-2 συμπλόκου, ο οποίος φαίνεται πως είναι ανεξάρτητος τοπολογικά και λειτουργικά από αυτόν της κλαθρίνης και σχετίζεται με τη διατήρηση της πολικής αύξησης στον A. nidulans. Παρέχουμε ακόμη κυτταρικές και γενετικές αποδείξεις πως το AP-2 αλληλεπιδρά με τους παράγοντες ενδοκύτωσης SlaB/End4 και SagA/End3 καθώς και τις λιπιδικές φλιππάσες, DnfA και DnfB, στην περιοχή συνεχούς ενδοκύτωσης των αναπτυσσόμενων υφών. Ο ρόλος του AP-2 στη διατήρηση της φυσιολογικής λιπιδικής σύστασης της κορυφαίας μεμβράνης και του κυτταρικού τοιχώματος, ενισχύεται από την αλληλεπίδρασή του με ένζυμα/πρωτεΐνες απαραίτητα για τη βιοσύνθεση σφιγγολιπιδίων, για το σχηματισμό λιπιδικών περιοχών πλούσιων σε στερόλη και για τη φυσιολογική εναπόθεση χιτίνης. Τα ευρήματα μας αποδεικνύουν, για πρώτη φορά, την ύπαρξη ενός μονοπατιού ενδοκυτταρικής μεταφοράς των πιο εξελιγμένων μυκήτων που λειτουργεί βασιζόμενο αποκλειστικά στην ύπαρξη του AP-2 συμπλόκου, χωρίς τη συμβολή κλαθρίνης. Το σύνολο της διατριβής αυτής συνεισφέρει σημαντικά στην πρόωθηση της γνώσης που αφορά στην κατανόηση της λειτουργίας των ευκαρυωτικών κυττάρων τα οποία εμφανίζουν πολική αύξηση, με πιθανές προεκτάσεις και σε πολικά κύτταρα ανώτερων θηλαστικών, όπως οι νευρώνες. Ακόμη, δεδομένης της υψίστης σημασίας της μεμβρανικής διακίνησης στην εύρυθμη λειτουργία των κυττάρων, ανοίγονται νέοι δρόμοι στη εύρεση στοχευμένων προσεγγίσεων αντιμετώπισης παθογόνων μυκήτων.

show abstract

Structural Biology of Membrane Proteins

Cited by 4 publications

References 120 publications

Post-Translational Modifications of the Serotonin Type 4 Receptor Heterologously Expressed in Mouse Rod Cells

Post-Translational Modifications of the Serotonin Type 4 Receptor Heterologously Expressed in Mouse Rod Cells

Reduction of Progranulin-Induced Breast Cancer Stem Cell Propagation by Sortilin-Targeting Cyclotriazadisulfonamide (CADA) Compounds

A study of membrane protein trafficking, endocytosis and degradation through the development of new genetic and biochemical tools

Contact Info

Product

Resources

About