Mechanisms of sorting and targeting of transmembrane proteins
Authors: Διονυσοπούλου Αγγελική-Μαρία 
Published: April 2022

Οι διαμεμβρανικές πρωτεΐνες αποτελούν τουλάχιστον το 1/3 των κυτταρικών προϊόντων στους περισσότερους οργανισμούς. Οι πλειοψηφία αυτών των πρωτεϊνών είναι σημαντικές για την επικοινωνία μεταξύ των κυττάρων ή των οργανιδίων με το περιβάλλον τους (π.χ., κανάλια, μεταφορείς), ή εμπλέκονται σε σημαντικές μεμβρανικές λειτουργίες (π.χ., ένζυμα). Στα ευκαρυωτικά κύτταρα, το πρώτο βήμα βιογένεσης διαμεμβρανικών πρωτεϊνών της κυτταρικής μεμβράνης είναι η μετάφρασή τους από τα ριβοσώματα και η παράλληλη μεταφορά τους στο ενδοπλασματικό δίκτυο. Οι νεοσυντιθέμενες πρωτεΐνες υποβάλλονται σε έλεγχο ποιότητας και συγκεντρώνονται σε πύλες εξόδου του ενδοπλασματικού δικτύου. Έπειτα πακετάρονται σε COPII κυστίδια τα οποία ενσωματώνονται στο cis-Golgi και διακινούνται ως το trans-Golgi μέσω ωρίμανσης του Golgi. Οι πρωτεΐνες τελικά μεταφέρονται στην πλασματική μεβράνη είτε άμεσα είτε έμμεσα με τη βοήθεια ενδοσωμάτων.Παρόλα αυτά, νέα επιστημονικά δεδομένα προτείνουν την ύπαρξη μη συμβατικών εκκριτικών μονοπατιών πρωτεϊνών σε διάφορους οργανισμούς. Μελέτες προηγούμενων ετών σε νηματώδεις μύκητες σχετικά με την έκκριση πρωτεϊνών αναφέρονται σε πρωτεΐνες τοπολογία στην άκρη της υφής (polar cargo) λόγω της σημαντικότητας της διατήρησης πολικότητας για την επιβίωση του κυττάρου. Οι πολικές αυτές πρωτεΐνες φαίνεται να ακολουθούν τη "συμβατική εκκριτική οδό" που προαναφέρθηκε. Επομένως, η ύπαρξη μη συμβατικών εκκριτικών μονοπατιών δεν είχε αναφερθεί ως τώρα για τους νηματώδεις μύκητες. Στο εργαστήριό μας, πρόσφατα ανακαλύψαμε ένα νέο μονοπάτι έκκρισης πρωτεϊνών στον οργανισμό μοντέλο Aspergillus nidulans, η οποία αμφισβητεί το συμβατικό μονοπάτι. Πιο συγκεκριμένα, παραθέσαμε πειραματικά δεδομένα που αποδεικνύουν ότι οι μεταφορείς θρεπτικών συστατικών στον A. nidulans, οι οποίοι βρίσκονται σε όλο το μήκος της μεμβράνης του κυττάρου και όχι μόνο στο ακραίο τμήμα της, μεταφέρονται στη μεμβράνη παρακάμπτοντας το Golgi. Επομένως, ήταν λογικό να αναρωτηθούμε αν αυτό το μη συμβατικό μονοπάτι έκκρισης πρωτεϊνών αφορά μόνο τους μεταφορείς θρεπτικών συστατικών ή αποτελεί ένα κύριο μονοπάτι έκκρισης για όλες τις μη πολικές πρωτεΐνες στα ευκαρυωτικά κύτταρα. Μέσω αυτής της διδακτορικής διατριβής, αποκτήσαμε πληροφορίες για τους μηχανισμούς που εμπλέκονται στην μεταφορά των μη πολικών πρωτεϊνών στη μεμβράνη του κυττάρου. Στο πρώτο τμήμα της διατριβής, χρησιμοποιήσαμε το PalI, μία πρωτεΐνη που εμπλέκεται στην ανίχνευση του περιβαλλοντικού pH, ως πρωτεΐνη-μοντέλο έτσι ώστε να απαντήσουμε στο ερώτημα που προαναφέρθηκε. Μέσω ανάλυσης μικροσκοπίας φθορισμού μελετήσαμε την υποκυτταρική μεταφορά του νεοσυντιθέμενου PalI και αποκτήσαμε πληροφορίες σχετικά με το ρόλο πρωτεϊνών σημαντικών για το συμβατικό εκκριτικό μονοπάτι, στην έκκριση του PalI. Συνολικά, τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι οι διαμεμβρανικές πρωτεΐνες που τοποθετούνται σε όλο το μήκος της μεμβράνης του κυττάρου μεταφέρονται στον τελικό τους προορισμό παρακάμπτοντας το Golgi. Επιπλέον, αυτή η νέα εκκριτική οδός απαιτεί το λειτουργικό δίκτυο ακτίνης αλλά όχι τους μικροσωληνίσκους σε αντίθεση με τη συμβατική οδό.Το δεύτερο τμήμα της διατριβής εστιάζει στο ρόλο κύριων λιπιδικών ομάδων στη διακυτταρική μεταφορά δύο εξαιρετικά μελετημένων μεταφορέων θρεπτικών συστατικών του A. nidulans, των UapA και AzgA. Συγκεκριμένα, δείξαμε ότι η μεταγραφική μείωση εργοστερόλης, φωσφολιπιδίων και σφιγγολιπιδίων αναστέλλει την ανάπτυξη του μύκητα, όμως είχε σοβαρά αρνητικά αποτελέσματα στην τοποθέτηση των μεταφορέων στη μεμβράνη του κυττάρου μόνο όταν διακόπτουμε το μονοπάτι σύνθεσης εργοστερόλης στα αρχικά του βήματα. Επιπλέον, παρατηρήσαμε ότι ο UapA ήταν πιο ευαίσθητος στις αλλαγές της λιπιδικής σύστασης της μεμβράνης σε σχέση με τον AzgA. Παραδόξως, η ικανότητα μεταφοράς υποστρώματος και των δύο μεταφορέων δεν επηρεάστηκε σε καμία από τις μεταλλαγές λιπιδίων. Συνολικά, τα αποτελέσματά μας επισημαίνουν ότι ο ρόλος συγκεκριμένων μεμβρανικών λιπιδίων στη βιογένεση και λειτουργία μεταφορέων in vivo εξαρτάται από τον ίδιο το μεταφορέα.