Identification of N-terminal amino acids of ApPDE4 involved in targeting to plasma membrane and cellular morphological change by expression of N-terminal peptide

PDE plays an important role in cAMP-mediated cellular signaling within the cells. The proper targeting of each PDE is mediated by unique N-terminal of each PDE isoform. It has been recently reported that supershort-, short- and long-forms of PDE4 in Aplysia were cloned in Aplysia. Long-form of ApPDE4 was localized at plasma membrane and presynaptic terminal in Aplysia sensory neurons. However, it remains elusive which part of ApPDE4 is minimal region for the proper targeting and what are the effects on the cell functions. Here, we identified that N-terminal 13 amino acids of ApPDE4 long-form is minimal regions for the plasma membrane targeting. In addition, overexpression of ApPDE4(N20)-mRFP could induce morphological changes in HEK293T cells. Interestingly, mRFP-$PLC{\delta}1$(PH), which selectively binds to PI4,$5P_2$, could induce morphological changes in similar with that by ApPDE4(N20)-mRFP. These results suggested that binding of ApPDE4(N20) to lipids including PI4,$5P_2$ might be responsible for targeting of ApPDE4 to plasma membrane and morphological changes in HEK293T cells.

원형질막 타기팅에 필요한 ApPDE4의 N-말단의 아미노산 서열 분석 및 발현에 의한 형태적 변화

Phosphodiesterase (PDE)는 세포내의 cAMP를 분해하는 효소로 세포의 신호 전달에 중요한 기능을 수행하는 것으로 알려져 왔다. 각각의 PDE들은 N-말단의 서열을 통해 세포 내 특정 부위로 이동되어 기능을 수행한다. 이전의 연구를 통해 바다달팽이인 군소에서 새롭게 클로닝된 ApPDE4 long-form이 원형질막과 시냅스전 뉴런의 말단에 발현됨을 확인하였다. 그러나, 현재까지 이러한 세포내 작용부위로의 이동, 즉 타겟팅(targeting)에 필요한 최소부위가 어디인지, 이러한 타겟팅이 세포에 미치는 영향은 무엇인지는 보고되지 않았다. 따라서, 본 연구에서는 이를 알아보기 위해 첫째, 원형질막으로 타겟팅에 필요한 최소부위를 알아 보고자 하였다. 이를 위해 다양한 결실돌연변이체를 제작하고, 이들의 이동과 분포를 확인한 결과, N-말단 13개의 아미노산만으로도 원형질막으로 타기팅에 충분하다는 것을 확인할 수 있었다. 또한, ApPDE4 N-말단의 20개 아미노산을 mRFP에 융합해서 만든 ApPDE4(N20)-mRFP를 HEK293T 세포에 과발현시킨 결과, 기포(bleb)가 생성되는 세포의 비정상적인 형태 변화가 관찰 되었다. 이러한 형태적 변화는 ApPDE4가 원형질막으로 타겟팅되는 것과 관련이 있었다. 대표적인 인지질의 하나인 PI4,$5P_2$에 선택적으로 결합함으로써 원형질막으로 타겟팅되는 단백질인 mRFP-$PLC{\delta}1$(PH)의 과발현도 ApPDE4(N20)-mRFP와 비슷한 세포의 형태적 변화가 유도됨을 확인할 수 있었다. ApPDE4의 N-말단은 PI4,$5P_2$와 같은 인지질과의 결합으로 원형질막으로 타겟팅될 수 있고, 형태적 변화를 유도하는 가능성을 제시한다.