Mammalian patatin-like phospholipase domain containing proteins (PNPLAs) play critical roles in triglyceride hydrolysis, phospholipids metabolism, and lipid droplet (LD) homeostasis. PNPLA7 is a lysophosphatidylcholine hydrolase anchored on the endoplasmic reticulum which associates with LDs through its catalytic region (PNPLA7-C) in response to increased cyclic nucleotide levels. However, the interaction of PNPLA7 with LDs through its catalytic region is unknown. Herein, we demonstrate that PNPLA7-C localizes to the mature LDs ex vivo and also colocalizes with pre-existing LDs. Localization of PNPLA7-C with LDs induces LDs clustering via non-enzymatic intermolecular associations, while PNPLA7 alone does not induce LD clustering. Residues 742-1016 contains four putative transmembrane domains which act as a LD targeting motif and are required for the localization of PNPLA7-C to LDs. Furthermore, the N-terminal flanking region of the LD targeting motif, residues 681-741, contributes to the LD targeting, whereas the C-terminal flanking region (1169-1326) has an anti-LD targeting effect. Interestingly, the LD targeting motif does not exhibit lysophosphatidylcholine hydrolase activity even though it associates with LDs phospholipid membranes. These findings characterize the specific functional domains of PNPLA7 mediating subcellular positioning and interactions with LDs, as wells as providing critical insights into the structure of this evolutionarily conserved phospholipid-metabolizing enzyme family.
Kim, Jin-Ik;Kaufman, Randal J.;Back, Sung Hoon;Moon, Ja-Young
Molecules and Cells
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제42권11호
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pp.783-793
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2019
When endoplasmic reticulum (ER) functions are perturbed, the ER induces several signaling pathways called unfolded protein response to reestablish ER homeostasis through three ER transmembrane proteins: inositol-requiring enzyme 1 (IRE1), PKR-like ER kinase (PERK), and activating transcription factor 6 (ATF6). Although it is important to measure the activity of ATF6 that can indicate the status of the ER, no specific cell-based reporter assay is currently available. Here, we report a new cell-based method for monitoring ER stress based on the cleavage of $ATF6{\alpha}$ by sequential actions of proteases at the Golgi apparatus during ER stress. A new expressing vector was constructed by using fusion gene of GAL4 DNA binding domain (GAL4DBD) and activation domain derived from herpes simplex virus VP16 protein (VP16AD) followed by a human $ATF6{\alpha}$ N-terminal deletion variant. During ER stress, the GAL4DBD-VP16AD(GV)-$hATF6{\alpha}$ deletion variant was cleaved to liberate active transcription activator encompassing GV-$hATF6{\alpha}$ fragment which could translocate into the nucleus. The translocated GV-$hATF6{\alpha}$ fragment strongly induced the expression of firefly luciferase in HeLa Luciferase Reporter cell line containing a stably integrated 5X GAL4 site-luciferase gene. The established double stable reporter cell line HLR-GV-$hATF6{\alpha}$(333) represents an innovative tool to investigate regulated intramembrane proteolysis of $ATF6{\alpha}$. It can substitute active pATF6(N) binding motif-based reporter cell lines.
We identified the $Na^+-K^+-2Cl^-$ cotransporter 2 (NKCC2) cDNA isoform from starry flounder, Platichthys stellate. The NKCC2 cDNA encoded a polypeptide of 1,043 amino acids representing 12 putative transmembrane domains based on the bioinformatic topology prediction. In addition, starry flounder NKCC2 possessed highly conserved residues within transmembrane domain 4, known as an essential site for its function. End-point reverse transcription-polymerase chain reaction analysis revealed that the NKCC2 transcript was moderately expressed only in the anterior and posterior intestines and the rectum. The NKCC2 mRNA level in the rectum, but not in other segments, was significantly induced 3 days post Streptococcus parauberis challenge, indicating that excess salt may be transported into the rectum. Taken together, our data indicate that an S. parauberis infection could tip the intestinal fluid balance in favor of fluid accumulation, indicating that bacterial pathogens can interfere with intestinal osmotic balance and normal mucosal immune homeostasis.
PKR-like endoplasmic reticulum (ER) kinase (PERK) is a type I transmembrane ER-resident protein containing a cytoplasmic catalytic domain with a Ser/Thr kinase activity, which is most closely related to the eukaryotic translation initiation factor-$2{\alpha}$ ($eIF2{\alpha}$) kinase PKR involved in the antiviral defense pathway by interferon. We cloned and expressed the PERK C-terminal kinase domain (cPERK) in Escherichia coli. Like PERK activation in cells under ER stress, wild-type cPERK underwent autophosphorylation when overexpressed in E. coli, whereas the cPERK(K621M) with a methionine substitution for the lysine at amino acid 621 lost the autophosphorylation activity. The activated form cPERK which was purified to near homogeneity, formed an oligomer and was able to trans-phosphorylate specifically its cellular substrate $eIF2{\alpha}$. Two-dimensional phosphoamino acids analysis revealed that phosphorylation of cPERK occurs at the Ser and Thr residues. The functionally active recombinant cPERK, and its inactive mutant should be useful for the analysis of biochemical functions of PERK and for the determination of their three-dimensional structures.
한국자기공명학회 2002년도 International Symposium on Magnetic Resonance
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pp.90-90
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2002
Syndecans, transmembrane heparan sulfate proteoglycans, are coreceptors with integrin in cell adhesion process. It forms a ternary signaling complex with protein kinase C and phosphatidylinositol 4,5 bisphosphate (PIP2) for integrin signaling. NMR data indicates that cytoplasmic domain of syndecan-4 (4L) undergoes a conformational transition in the presence of PIP2, forming oligomeric conformation. The structure based on NMR data demonstrated that syndecan-4L itself forms a compact intertwined symmetric dimer with an unusual clamp shape for residues Leu$^{186}$ -Ala$^{195}$ . The molecular surface of the syndecan-4L dimer is highly positively charged. In addition, no inter-subunit NOEs in membrane proximal amino acid resides (Cl region) has been observed, demonstrating that the Cl region is mostly unstructured in syndecan-4L dimmer. However, the complex structure in the presence of PIP2 induced a high order multimeric conformation in solution. In addition, phosphorylation of cytoplasmic domain induces conformational change of syndecan-4, resulting inhibition of PKC signaling. The NMR structural data strongly suggest that PIP2 promotes oligomerization of syndecan-4 cytoplasmic domain for PKC activation and further induces structural reorganization of syndecan for mediating signaling network in cell adhesion procedure.
BEST family is a class of Ca2+-activated Cl- channels evolutionary well conserved from bacteria to human. The human BEST paralogs (BEST1-BEST4) share significant amino acid sequence homology in the N-terminal region, which forms the transmembrane helicases and contains the direct calcium-binding site, Ca2+-clasp. But the cytosolic C-terminal region is less conserved in the paralogs. Interestingly, this domain-specific sequence conservation is also found in the BEST1 orthologs. However, the functional role of the C-terminal region in the BEST channels is still poorly understood. Thus, we aimed to understand the functional role of the C-terminal region in the human and mouse BEST1 channels by using electrophysiological recordings. We found that the calcium-dependent activation of BEST1 channels can be modulated by the C-terminal region. The C-terminal deletion hBEST1 reduced the Ca2+-dependent current activation and the hBEST1-mBEST1 chimera showed a significantly reduced calcium sensitivity to hBEST1 in the HEK293 cells. And the C-terminal domain could regulate cellular expression and plasma membrane targeting of BEST1 channels. Our results can provide a basis for understanding the C-terminal roles in the structure-function of BEST family proteins.
Park, Jun bae;Yoo, Youngki;Ong, Belinda Xiang Yu;Kim, Juyeon;Cho, Hyun-Soo
Biodesign
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제5권3호
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pp.122-125
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2017
Receptor for advanced glycation end products (RAGE) is one of the single transmembrane domain containing receptors and causes various inflammatory diseases including diabetes and atherosclerosis. RAGE extracellular domain has three consecutive IgG-like domains (V-C1-C2 domain) which interact with various soluble ligands including heparan sulfate or HMGB1. Studies have shown that each ligand induces different oligomeric forms of RAGE which results in a ligand-specific signal transduction. The structure of mouse RAGE bound to heparan sulfate has been previously determined but the electron density map of heparan sulfate was too ambiguous that the exact position of heparin sulfate could not be defined. Furthermore, the complex structure of human RAGE and heparin sulfate still remains elusive. Therefore, to determine the structure, human RAGE was overexpressed using bacterial expression system and crystallized using the sitting drop method in the condition of 0.1 M sodium acetate trihydrate pH 4.6, 8 % (w/v) polyethylene glycol 4,000 at 290 K. The crystal diffracted to 3.6 Å resolution and the space group is C121 with unit cell parameters a= 206.04 Å, b= 68.64 Å, c= 98.73 Å, α= 90.00°, β= 90.62°, γ= 90.00°.
$M_1$과 $M_2$ 무스카린성 수용체의 두 번째 transmembrane domain의 C-말단에는 leucine(L), tyrosine(Y), threonine(T)로 구성된 3중체(triplet)가 있다. 이 3중체는 $M_2$ 무스카린성 수용체에서는 두 번째 transmembrane domain과 첫 번째 세포외 고리사이의 연접부위에서 LYT-LYT의 반복구조로 존재하며 $M_1$ 무스카린성 수용체에서는 흥미롭게도 LYT-TYL의 역상구조로 존재한다. 본 연구에서는 site-directed mutagenesis방법을 사용하여 이와 같은 특이한 구조적차이가 두 subtype의 수용체의 기능상 차이와 관련한 역할을 가지고 있는지를 확인하고자 하였다. $M_1$ 수용체에서는 LYTTYL서열을 $M_2$ 수용체의 서열에 해당하는 LYTLYT로 mutation시켰으며 $M_2$ 수용체에서는 LYTLYT8서열을 $M_1$ 수용체의 서열에 해당하는 LYTTYL로 mutation시켰다. 이와같은 mutation은 $M_1$과 $M_2$ 수용체에서 효능제 carbachol의 수용체 결합친화력에 유의한 변화를 주지 않았다. 또한 $M_1$ 수용체에서의 mutation은 cyclic AMP 증가작용에 대한 coupling은 변화시키지 않고 phosphoinositides (PI) hydrolysis 촉진작용과 세포내 $Ca^{2+}$ 농도 상승을 현저히 증가시켰다. 또한 $M_2$ 수용체에서의 mutation은 adenylate cyclase 억제에 대한 coupling은 변화시키지 않고 PI hydrolysis 촉진을 약간 증가 시켰다. 이상의 결과는 $M_1$과 $M_2$ 수용체에서 LYTTYL/LYTLYT 아미노산 서열의 차이는 두 수용체의 PI hydrolysis에 대한 coupling을 조절하는 역할을 하지만, 두 수용체 사이에서 ligand 결합과 신호전달계의 차이를 구분하는데 중요한 역할을 하지는 않는다.
진핵세포의 소포체는 분비를 담당하는 첫 번째 기관이다. 대부분의 분비단백질과 막 형성단백질은 소포체에서 세포질/핵으로 전달되는 신호전달에 의한 번역후수식에 의해서 소포체를 통해서 분비된다. 그 결과 완전하게 접 힘이 일어난 단백질만 세포 밖으로 분비된다. 소포체내에서 완전하게 접힘이 일어나지 않아 축적된 단백질은 세 포내스트레스(소포체스트레스)가 되어 unfolded protein response (UPR)시스템을 작동시킨다. UPR을 작동시키는 3종류의 소포체막단백질은 inositol requiring 1 (IRE1), PKR-like ER kinase (PERK), activating transcription factor 6 (ATF6)이 존재한다. 최근에 새로운 종류의 ATF6이 동정되었다. 이들은(Luman, OASIS, BBF2H7, CREBH, CREB4) 공통적으로 소포체막관통영역, 전사활성영역, bZIP영역을 가지며 특이조직과 세포내기관에서 기능을 가 진다. 현재로서는 OASIS family의 정확한 분자기전 설명은 어렵지만, 본 리뷰에서 이들 분자신호를 포괄적으로 소개할 것이다
Seo, Jin-Won;Yang, Eun-Jeong;Kim, Se Hoon;Choi, In-Hong
BMB Reports
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제48권12호
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pp.696-701
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2015
Toll-like receptor 3 (TLR3) recognizes viral double-stranded RNA. It stimulates pro-inflammatory cytokine and interferon production. Here we reported the expression of a novel isoform of TLR3 in human astrocyte cell lines whose message is generated by alternative splicing. The isoform represents the N-terminus of the protein. It lacks many of the leucine-rich repeat domains, the transmembrane domain, and the intracellular Toll/interleukin-1 receptor domain of TLR3. Type I interferons (interferon-α and interferon-β) induced the expression of this isoform. Exogenous overexpression of this isoform inhibited interferon regulatory factor 3, signal transducers and activators of transcription 1, and Inhibitor of kappa B α signaling following stimulation. This isoform of TLR3 also inhibited the production of chemokine interferon-γ-inducible protein 10. Our study clearly demonstrated that the expression of this isoform of TLR3 was a negative regulator of signaling pathways and that it was inducible by type I interferons. We also found that this isoform could modulate inflammation in the brain.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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