title: Die Serin/Threonin Proteinkinase SGK3 stimuliert das Recycling des Kaliumkanals Kir2.2
title: The serine/threonine protein kinase SGK3 stimulates endosomal recycling of the potassium channel Kir2.2.
Creators: name: Grothus, Katrin
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2016
Subjects: Ionenkanal
Trafficking
SGK3
Kir2.2
Recycling
Medical sciences, Medicine
Medizin, Gesundheit
Kaliumkanal

description: Die Serum- und
      Glucocorticoid-induzierbare Kinase 3 (SGK3) erhöht die
      Oberflächenexpression zahlreicher Membranproteine. In dieser
      Arbeit wurde der Mechanismus, durch den SGK3 die
      Oberflächenexpression des Kaliumkanals Kir2.2 erhöht, in
      Xenopus laevis Oozyten und einer Säugerzelllinie (COS-7)
      untersucht. Dazu wurden die Zwei-Elektroden-Spannungsklemme,
      luminometrische Oberflächen-Assays und
      Fluoreszenz-mikroskopie eingesetzt. Eine Vielzahl
      unterschiedlicher Mechanismen, durch die SGK3 die
      Oberflächenexpression von verschiedenen Membranproteinen und
      Transportern erhöht, wurde bereits beschrieben. Darunter die
      Phosphorylierung der Ubiquitin-Ligase Nedd4-2, die
      Phosphorylierung des Transkriptionsfaktors FOXO3a und die
      Phosphorylierung der Phosphoinositid-Kinase PIKfyve. Die
      Ergebnisse dieser Arbeit legen nahe, dass keiner dieser
      Mechanismen für die erhöhte Anzahl von Kir2.2-Kanälen in der
      Membran verantwortlich ist. Sie lassen weiterhin den Schluss
      zu, dass SGK3 weder einen Effekt auf die Anzahl der
      endozytierten Kir2.2-Kanäle, noch auf die Anzahl der neu
      synthetisierten Moleküle hat. Mit einem auf Antikörpern
      basierenden Recycling-Assay konnte gezeigt werden, dass ein
      Großteil der Kanäle während zweier dreißigminütiger
      Inkubationszeiten internalisiert und anschließend zurück an
      die Zellmembran transportiert wurde. Weiterhin wurde
      beobachtet, dass die Ko-Expression einer konstitutiv aktiven
      SGK3-Mutante im Vergleich zu der Ko-Expression einer
      dominant-negativen Mutante zu einer erhöhten Anzahl von
      recycelten Kir2.2 Kanälen führte.
      Fluoreszenzmikroskopie-Aufnahmen mit lebenden COS-7 Zellen
      und zwei verschiedenen Fluoreszenzfarbstoffen zeigten, dass
      der Kaliumkanal Kir2.2, die Kinase SGK3 und das kleine
      G-Protein Rab7 in hohem Maße in PI(3)P positiven, endosomalen
      Kompartimenten kolokalisiert waren. In Übereinstimmung mit
      diesen Ergebnissen konnte gezeigt werden, dass eine
      SGK3-Mutanten, die nicht mehr in der Lage ist an PI(3)P zu
      binden, einen deutlich geringeren Effekt auf die
      Oberflächenexpression von Kir2.2 hat, als die Wildtyp-Kinase.
      Diese Beobachtungen legen die Vermutung nahe, dass die
      intrazelluläre Lokalisation von SGK3 an endosomalen Membranen
      eine wichtige Rolle für ihren Effekt auf Kir2.2 spielt.
      Zusammengefasst lässt sich sagen, dass die in dieser Arbeit
      erzielten Ergebnisse darauf hinweisen, dass SGK3 das
      Recycling von Kir2.2-Kanälen aus einem PI(3)P und Rab7
      positiven Kompartiment stimuliert. Bei diesem Kompartiment
      handelt es sich um ein Zwischenstadium im Reifungsprozess von
      frühen zu späten Endosomen. Während des Recyclings zurück an
      die Zellmembrane werden die Kanäle wahrscheinlich durch das
      Rab11-positive Recycling Endosom geschleust.
description: Serum- and glucocorticoid-inducible
      kinase 3 (SGK3) increases the expression of various membrane
      proteins at the cell surface. In this study, the mechanism by
      which SGK3 increases the surface expression of the potassium
      channel Kir2.2 was investigated using two-electrode voltage
      clamp, luminometric surface expression measurements and
      fluorescence microscopy in a mammalian cell line (COS-7) and
      Xenopus laevis oocytes. A number of different mechanisms by
      which SGK3 increases the membrane expression of various
      channel and transporter proteins has been proposed, including
      phosphorylation of the ubiquitin ligase Nedd4-2,
      phosphorylation of the transcription factor FOXO3a and
      phosphorylation of the phosphoinositide kinase PIKfyve. The
      results obtained in this study suggest that none of these
      mechanisms is responsible for the increased surface
      expression of Kir2.2 induced by SGK3. They furthermore
      indicate that SGK3 neither affects the amount of endocytosed
      Kir2.2 channels nor the number of newly synthesized channel
      molecules. An antibody-based recycling assay showed that a
      substantial amount of Kir2.2 was internalized and recycled
      back to the plasma membrane during two 30 min time periods.
      It further indicated that coexpression of a constitutively
      active SGK3-mutant leads to an increased number of recycled
      channel proteins in comparison to coexpression of a dominant
      negative mutant.   Live-cell fluorescence imaging with two
      different colors revealed that Kir2.2 channels, SGK3 and the
      small G-protein Rab7 were extensively colocalized in a PI(3)P
      positive endosomal compartment. Furthermore, frequent
      interactions of Kir2.2-positive, SGK3-positive or
      Rab7-positive vesicles with the Rab11-positive recycling
      endosome were observed. I line with these results, a mutant
      of SGK3 that does not bind to PI(3)P had a much smaller
      effect on Kir2.2 surface expression than the wild-type
      kinase, suggesting that the intracellular localization of
      SGK3 to endosomal membranes plays a crucial role for its
      effect on Kir2.2. Taken together, the results obtained in
      this study suggest that SGK3 promotes the recycling of Kir2.2
      channels from a PI(3)P and Rab7-positive intracellular
      compartment that represents an intermediate stage of maturing
      early endosomes. The recycling of the channel back to the
      plasma membrane possibly occurs via Rab11 positive recycling
      endosomes.