title: pH-dependent structural and functional variations of the ß-galactoside-binding protein Galectin-3
title: pH-abhängige strukturelle und funktionelle Variationen des ß-Galactosid-bindenden Proteins Galectin-3
Creators: name: Mach, Tobias Maximilian Von
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2013
Subjects: lipids
Galectin-3 , GPMV
Medizin, Gesundheit
Membran
Galectin-3
membrane
glycans
Glykane
Lipide
GPMV

description: The cell has a complex apparatus
      to control the directed transport of proteins and lipids in
      the epithelium. To maintain this order controllers have been
      developed which assign a cargo protein into the right
      direction. One of these controllers is galectin-3, which
      belongs to the group of ß-galactoside-binding proteins and
      binds lactose or N-acetyllactosamine-containing glycoligands,
      preferably. As an important sorting signal different
      glycosylation sites have been identified that are critical
      for the apical or basolateral assignment. It is believed that
      after binding to a ligand galectin-3 forms a complex and
      associates within certain membrane areas to introduce sorting
      of the protein. A direct evidence for this process has not
      been provided yet. In this work, the binding to complex
      glycoligands and the association with specific membrane
      domains could be detected. These measurements were performed
      in a native plasma membrane in the form of giant plasma
      membrane vesicles (GPMVs) for the first time. GPMVs as model
      membranes originated from the apical part of MDCK II cells
      and have been established for different methodological
      issues. The vesicles showed a cell-like lipid- and
      protein-composition, which could be used to analyze
      physiological processes close to the native cellular system.
      With this model the effect of galectin-3 on the
      complex-glycosylated ligands asialofetuin and
      neurotrophinrezeptor p75 was specified, wherein the sorting
      process of proteins in the membrane and the binding capacity
      of galectin-3 as an oligomer have been observed. As a unique
      feature in the galectin family galectin-3 can form
      high-molecular clusters with its ligands. In in vitro
      studies, the size of the cluster with a free ligand and the
      direct influence of the avidity to the interaction with
      complex sugars have been described. The oligomerization
      started in a ligand-initiated fashion and the oligomer can be
      formed or dissolved dependent on the concentration of the
      ligand. Since galectin-3 traverses endosomal compartments,
      the influence of a more acidic environment in the interaction
      of the protein was analyzed for various sugar ligands. It was
      found that complex ligands lost the binding to galectin-3 at
      reduced pH generally, whereas binding to simple sugars such
      as lactose remained. Also the glycolipid sulfatide has been
      identified as a new potential interaction partner that could
      bind to the protein at reduced pH, solely. These
      specificities give new insights into the effect of
      galectin-3, as they can describe the exchange between binding
      of a cargo protein at the plasma membrane and its release
      into acidic endosomal compartments. In summary, this work
      opened new avenues in the mechanistic view of
      galectin-3-dependent sorting processes in epithelial
      cells.
description: Die Zelle besitzt einen komplexen
      Apparat, um den gerichteten Transport von Proteinen und
      Lipiden in einem Epithel zu steuern. Zur Aufrechterhaltung
      der Sortierung wurden Kontrolleure entwickelt, die einem
      Cargoprotein den richtigen Weg zuweisen. Einer dieser
      Kontrolleure ist das Protein Galectin-3, welches zur Gruppe
      der ß-Galactosid-bindenden Proteine gehört und bevorzugt
      Lactose- bzw. N-Acetyllactosamin-enthaltende Glykoliganden
      bindet. Als ein wichtiges Sortiersignal wurden
      unterschiedliche Glykosylierungen identifiziert, die
      entscheidend für die apikale bzw. basolaterale Zuweisung
      sind. Es wird vermutet, dass nach Bindung eines Liganden
      Galectin-3 einen Komplex mit diesem eingeht und durch
      Assoziation mit gewissen Membranarealen eine Sortierung des
      Proteins einleitet, wobei ein direkter Beweis bisher noch
      nicht erbracht wurde. In dieser Arbeit konnten sowohl die
      Bindung zu komplexen Glykoliganden als auch die Assoziation
      zu gewissen Membranarealen gezeigt werden, wobei diese
      Untersuchungen zum ersten Mal in einer nahezu nativen Membran
      in Form von giant plasma membrane vesicles (GPMVs)
      durchgeführt wurden. Diese Modellmembran stammte aus dem
      apikalen Teil von MDCK II Zellen und wurde für die Verwendung
      mit unterschiedlichen methodischen Fragestellungen etabliert.
      Die Vesikel zeigten eine Zell-ähnliche Lipid- und
      Proteinkomposition, wodurch physiologische Prozesse im
      Vergleich zu anderen Modellen gezielter analysiert werden
      konnten. So wurde mit den komplex-glyksoylierten Liganden
      Asialofetuin und dem Neurotrophinrezeptor p75 die Wirkung von
      Galectin-3 spezifiziert, wobei die Sortierung von Proteinen
      in der Membran und die Bindungskapazitäten von Galectin-3 als
      Oligomer untersucht wurden. Galectin-3 kann als einziges
      Protein der Galectin-Familie hoch-molekulare Cluster mit
      seinen Liganden eingehen. Es konnte in in vitro Studien die
      Größe des Clusters mit einem freien Liganden und einen
      direkten Einfluss der Avidität auf die Interaktion zu
      komplexen Zuckern beschrieben werden. Die Oligomerisierung
      fand Liganden-induziert statt, wobei konzentrationsabhängig
      das Oligomer gezielt geformt oder wieder aufgelöst werden
      konnte. Da Galectin-3 endosomale Kompartimente durchquert,
      wurde weiterhin der Einfluss einer azideren Umgebung bei der
      Interaktion des Proteins zu diversen Liganden analysiert. Es
      zeigte sich, dass komplexe Liganden die Bindung zu Galectin-3
      bei erniedrigtem pH verloren, wohingegen die Bindung zu
      einfachen Zuckern wie Lactose bestehen blieb. Ebenfalls wurde
      das Glykolipid Sulfatid als Bindungspartner identifiziert,
      das gezielt bei erniedrigtem pH an das Protein binden konnte.
      Diese Spezifitäten ergeben neue Einblicke in die Wirkung von
      Galectin-3, da sie den Wechsel zwischen Bindung von einem
      Cargoprotein an der Plasmamembran und Freisetzung in aziden
      endosomalen Kompartimenten beschreiben können.
      Zusammengefasst öffnen die Ergebnisse dieser Arbeit neue
      Einblicke in die Wirkungsweise von Galectin-3-abhängigen
      Sortierprozessen in epithelialen Zellen.