Analysis of the Effects of Overexpression of Specific Phospholipid Binding Proteins on Cellular Morphological Changes in HEK293T Cells

The plasma membrane plays a crucial role in relaying signals from the outside environment to the inside of the cells. In eukaryotic cells, the inner leaflets of the plasma membrane are composed mostly of phospholipids, including phosphatidylethanolamine (PE), phosphatidylserine (PS), and phosphatidylinositides (PIs). In this study, we tried to analyze the morphological changes induced by EGFP-fused membrane binding proteins, which are targeted to the plasma membrane via specific phospholipids binding. As a result, we found that overexpression of EGFP-P4M-SidM, a specific PI4P binding protein, or EGFP alone, did not induce any morphological changes. On the other hand, overexpression of EGFP-PLCδ1(PH), which is a specific PI(4,5)P₂ binding protein, EGFP-AKT1(PH) which binds to PI(3,4,5)P₃, or EGFP-OSH2(PH)×2 which binds to PI4P and PI(4,5)P₂, could induce the filopodia and lamilapodia formation as well as cell shrinkage. Overexpression of Lact-C2-EGFP which is a specific PS-binding probe, EGFP fused Aplysia phosphodiesterase 4 (ApPDE4) long-form (L(N20)-EGFP) which is localized to the plasma membrane via hydrophobic interaction, or EGFP fused Aplysia PDE4 short-form (S(N-UCR1-2)-EGFP) which is localized to the plasma membrane via electrostatic interaction, could induce cell shrinkage, but not filopodia or lamilapodia formation. Taken together, our data support that the different phospholipid bindings in the plasma membrane could induce different characteristic morphological changes. Thus, we can analyze, characterize, and classify the cellular morphological changes induced by the various phospholipid binding proteins.

특정 인지질 결합 단백질의 과발현이 HEK293 세포모양에 미치는 영향 분석

진핵세포의 원형질막은 외부환경으로부터 세포를 격리하는 물리적인 장벽뿐만 아니라, 선택적 물질수송, 신호전달등 중요한 기능을 수행한다. 원형질막의 세포질쪽 지질층은 주로 Phosphatidylethanolamine (PE), Phosphatidylserine (PS), Phosphatidylinositides (PIs) 등의 인지질로 구성되어 있는데, 다양한 단백질들이 이들과 직접 결합하거나 이들의 성질을 이용해 원형질막으로 위치된다. 본 연구에서는 원형질막의 안쪽 지질층에 존재하는 특정 인지질과 결합하여, 원형질막에 위치되는 단백질을 과발현시켰을 때 나타나는 세포의 모양변화를 분석하였다. 이를 위해 PS와 PI등과의 선택적 결합으로 원형질막에 위치하는 단백질들과 소수성 또는 정전기적 상호작용으로 원형질막으로 위치되는 단백질들을 HEK293T세포에 과발현시켜 보았다. 그 결과, 대조군으로 사용한 EGFP 단백질과 PI4P에 선택적으로 결합하는 EGFP-P4M-SidM단백질의 발현은 세포의 모양변화를 유도하지 않았다. 반면, PI(4,5)P₂에 결합하는 EGFP-PLCδ1(PH), PI(3,4,5)P₃에 결합하는 EGFP-AKT1(PH), PI4P와 PI(4,5)P₂에 결합하는 OSH2(PH)x2-EGFP의 발현은 세포의 크기가 줄어드는 수축현상이 일어나면서, Lamilapodia나 Filopodia가 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 반면에, PS결합을 통해 원형질막에 위치되는 Lact-C2-EGFP과 소수성결합에 의해 원형질막에 위치되는 ApPDE4 long-form인 L(N20)-EGFP이나, 정전기적인 결합을 통해 원형질막으로 위치되는 ApPDE4 short-form인 S(N-UCR1-2)-EGFP단백질의 경우는 세포의 크기가 줄어드는 수축현상은 일어나지만 Lamilapodia나 Filopodia와 같은 모양변화는 나타나지 않는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해, 특정 인지질에 결합하여 원형질막에 위치되는 단백질들이 각각의 인지질 결합 특성에 따라 분류 가능한 세포의 모양변화가 일어남을 확인할 수 있었다.