title: Galectin-3: Endocytosis and recycling in polar epithelial cells and its role in clear cell renal cell carcinoma
title: Galectin-3: Endozytose und Recycling in polaren Epithelzellen sowie seine Rolle im klarzelligen Nierenzellkarzinom
Creators: name: Straube, Tamara
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2014
Subjects: Medizin, Gesundheit
clear cell renal cell carcinoma
polar epithelial cell
recycling
Endocytose
Recycling
endocytosis
klarzelliges Nierenzellkarzinom
Epithelzelle
Galectin-3

description: Polar epithelial cells are the
      prerequisite for a functional organ like the kidney. They
      build a monolayer on the outer surface of the organ forming a
      barrier and exchange system between the organ and its
      environment. The polarized structure of epithelial cells is
      characterized by apical and basolateral plasma membrane
      domains. These two membrane domains are separated by tight
      junctions and differ in their lipid and protein composition.
      The polarity of the cell is maintained by a directional
      transport of lipids and proteins to their target membrane. In
      apical protein transport the sorting pathways can be
      subdivided by the affinity of the transported protein to
      lipid rafts into a lipid raft dependent or independent
      pathway. The separation of the transport routes takes place
      in a post-Golgi compartment, based on the formation of high
      molecular clusters mediated by the sorting receptor
      galectin-3. Galectin-3 is a galactose-binding lectin acting
      as an apical sorting platform for raft independent
      glycoproteins. It is not only present intracellularly but can
      also be transported via an unconventional secretory pathway
      into the extracellular space. Presumably it can be taken up
      from the extracellular space into the cell again, but the
      exact mechanism of endocytosis is still unclear. In the
      present study a recycling process of endocytosed recombinant
      human galectin-3 could be observed by biochemical analyses.
      By using TGN-Exit analyses followed by DRM-isolation it could
      be shown that galectin-3 is present in the extracellular
      space 60 min after TGN-block. During its resumption this
      lectin is obviously associated with lipid rafts. Results of
      high-resolution microscopy and the use of a lipid raft
      inhibitor confirmed a lipid raft dependent endocytosis of
      galectin-3. Furthermore the binding affinity of galectin-3 to
      sugar residues on the cell surface seems to play a pivotal
      role in internalization of the lectin. Additionally the
      association of galectin-3 with lipid rafts and the
      endocytosis occur in a pHdependent manner. During the
      recycling process galectin-3 and its ligands pass different
      endosomal compartments with varying pH. Furthermore in the
      present work, first indications for the influence of the pH
      during apical protein transport of the p75 neurotrophin
      receptor and the glycoprotein gp80 could be collected. At the
      same time evidence of a pH dependent galectin-3 induced
      cluster formation was determined. Galectin-3 is involved in
      many cellular processes like cell cycle regulation, cell-cell
      adhesion, apoptosis and angiogenesis. Due to these functions
      it is possible that this lectin participates in tumor
      progression in renal cells. Confocal fluorescence microscopy
      of human renal tissue and clear cell renal cell carcinoma
      tissue were used to obtain new insights in the localization
      of galectin-3 as well as various apical and basolateral
      marker proteins. In normal kidney tissue galectin-3 can be
      observed in single epithelial cells in the distal tubules and
      collecting ducts while in tumor tissue the localization is
      diffuse and shifted into the cell Nucleus. The expression of
      galectin-3 increases in the tumor tissue compared to the
      normal kidney tissue in 75% of patients with clear cell renal
      cell carcinoma used in this study. This increase in protein
      expression during tumor differentiation correlates with the
      decrease in the expression of the cell-cell adhesion protein
      CEACAM1. Furthermore, some interaction partners of galectin-3
      during tumor progression could be identified by using a
      galectin-3 affinity column.
description: Polare Epithelzellen stellen die
      Voraussetzung für ein funktionierendes Organ, wie z.B die
      Niere, dar. Sie bilden ein Monolayer an der Organaußenseite,
      das als Barriere gegen die Umwelt fungiert aber auch als
      Austauschsystem mit der Umwelt dient. Die polarisierte
      Struktur einer Epithelzelle ist durch eine apikale und
      basolaterale Membrandomäne charakterisiert. Diese Domänen
      sind durch tight-junctions voneinander separiert und
      unterscheiden sich in ihrer Lipid- und
      Proteinzusammensetzung. Die Polarität der Zelle wird durch
      einen gerichteten Transport von Lipiden und Proteinen
      aufrechterhalten. Im apikalen Proteintransport existieren
      zwei Transportwege, die sich aufgrund der Affinität der darin
      transportierten Proteine zu lipid rafts in einen raft
      abhängigen und einen raft unabhängigen Transportweg
      untergliedern lassen. Die Trennung der Transportwege erfolgt
      in einem post-Golgi Kompartiment und beruht auf der
      Ausbildung hochmolekularer cluster, vermittelt durch den
      Sortierrezeptor Galectin-3. Galectin-3 ist ein Galactose
      bindendes Lectin und fungiert als apikale Sortierplattform
      für raft unabhängige Glykoproteine. Es ist nicht nur
      intrazellulär präsent, sondern wird auch über einen
      unkonventionellen Sekretionsweg in den Extrazellulärraum
      transportiert. Von dort kann es vermutlich erneut in die
      Zelle aufgenommen werden wobei der Endozytosemechanismus noch
      ungeklärt ist. In der vorliegenden Arbeit konnte zunächst mit
      Hilfe von biochemischen Analysen ein Rezyklierungsprozess von
      endozytiertem rekombinantem Galectin-3 beobachtet werden. Mit
      Hilfe von TGN-Exit Analysen und anschließender DRM-Isolation
      konnte gezeigt werden, dass Galectin-3 60 min nach TGN-Block
      im Extrazellulärraum vorliegt und bei Wiederaufnahme in die
      Zelle mit lipid rafts assoziiert. Ergebnisse der
      hochauflösenden Mikroskopie und die Verwendung eines lipid
      raft Inhibitors bestätigen eine lipid raft abhängige
      Endozytose von Galectin-3. Desweiteren konnten Hinweise
      darauf gewonnen werden, dass die Bindung von Galectin-3 an
      Zuckerreste auf der Zelloberfläche eine entscheidende Rolle
      bei der Internalisierung spielt. Zudem konnte gezeigt werden,
      dass die Assoziation mit lipid rafts und die Internalisierung
      des Lectins pH-abhängig erfolgen. Während seines
      Rezyklierungsprozesses passiert Galectin-3 mit seinen
      gebunden Liganden verschiedene endosomale Kompartimente mit
      unterschiedlichen pH-Werten. In der vorliegenden Arbeit
      konnten erste Hinweise auf den Einfluss des pH-Wertes während
      des apikalen Proteintransportes des Neurotrophinrezeptors p75
      und des Glykoproteins gp80 gesammelt werden. Zugleich konnten
      Anzeichen für eine pH-Abhängigkeit der durch Galectin-3
      induzierten Bildung hochmolekularer cluster ermittelt werden.
      Neben seiner Funktion als apikaler Sortierrezeptor ist
      Galectin-3 an zahlreichen weiteren zellulären Prozessen wie
      der Regulierung des Zellzyklus, der Zell-Zell- Adhäsion, der
      Apoptose und Angiogenese beteiligt. Aufgrund dieser
      Funktionen spielt es eine wichtige Rolle während der
      Tumorgenese in Nierenzellen. Unter Verwendung konfokaler
      Fluoreszenzmikroskopie von humanem Nierengewebe und
      klarzelligem Nierenzellkarzinomgewebe konnte Aufschluss über
      die Lokalisation von Galectin-3 sowie verschiedener apikaler
      und basolateraler Markerproteine gewonnen werden. Galectin-3
      konnte im gesunden Nierengewebe in einzelnen Epithelzellen
      des distalen Tubulus und Sammelrohres lokalisiert werden. Im
      Tumorgewebe zeigt es eine diffusere Verteilung und ist
      vermehrt im Zellkern zu beobachten. Mit Hilfe biochemischer
      Analysen konnte festgestellt werden, dass die Expression des
      Lectins bei 75% der untersuchten Patienten im klarzelligem
      Nierenzellkarzinom im Vergleich zum normalen Gewebe ansteigt.
      Dieser Expressionsanstieg korreliert während der
      Tumordifferenzierung mit dem Rückgang der Expression des
      Zell-Zell-Adhäsionmoleküls CEACAM1. Desweiteren konnten
      Interaktionspartner des Lectins während der
      Tumordifferenzierung mittels Galectin-3-Affinitätssäule
      identifiziert werden.