Secretory proteins, including plasma membrane proteins, are generally known to be transported to the plasma membrane through the endoplasmic reticulum-to-Golgi pathway. However, recent studies have revealed that several plasma membrane proteins and cytosolic proteins lacking a signal peptide are released via an unconventional protein secretion (UcPS) route, bypassing the Golgi during their journey to the cell surface. For instance, transmembrane proteins such as the misfolded cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) protein and the Spike protein of coronaviruses have been observed to reach the cell surface through a UcPS pathway under cell stress conditions. Nevertheless, the precise mechanisms of the UcPS pathway, particularly the molecular machineries involving cytosolic motor proteins, remain largely unknown. In this study, we identified specific kinesins, namely KIF1A and KIF5A, along with cytoplasmic dynein, as critical players in the unconventional trafficking of CFTR and the SARS-CoV-2 Spike protein. Gene silencing results demonstrated that knockdown of KIF1A, KIF5A, and the KIF-associated adaptor protein SKIP, FYCO1 significantly reduced the UcPS of △F508-CFTR. Moreover, gene silencing of these motor proteins impeded the UcPS of the SARS-CoV-2 Spike protein. However, the same gene silencing did not affect the conventional Golgi-mediated cell surface trafficking of wild-type CFTR and Spike protein. These findings suggest that specific motor proteins, distinct from those involved in conventional trafficking, are implicated in the stress-induced UcPS of transmembrane proteins.
Acid-sensing ion channels (ASICs) are proton-gated cation channels widely expressed in the nervous system. Proton sensing by ASICs has been known to mediate pain, mechanosensation, taste transduction, learning and memory, and fear. In this study, we investigated the differential subcellular localization of ASIC2a and ASIC3 in heterologous expression systems. While ASIC2a targeted the cell surface itself, ASIC3 was mostly accumulated in the ER with partial expression in the plasma membrane. However, when ASIC3 was co-expressed with ASIC2a, its surface expression was markedly increased. By using bimolecular fluorescence complementation (BiFC) assay, we confirmed the heteromeric association between ASIC2a and ASIC3 subunits. In addition, we observed that the ASIC2a-dependent surface trafficking of ASIC3 remarkably enhanced the sustained component of the currents. Our study demonstrates that ASIC2a can increase the membrane conductance sensitivity to protons by facilitating the surface expression of ASIC3 through herteromeric assembly.
Fasciclin II (FasII), the Drosophila ortholog of neural cell adhesion molecule (NCAM), plays a critical role in synaptic stabilization and plasticity. Although this molecule undergoes constitutive cycling at the synaptic membrane, how its membrane trafficking is regulated to ensure proper synaptic development remains poorly understood. In a genetic screen, we recovered a mutation in Drosophila mical-like that displays an increase in bouton numbers and a decrease in FasII levels at the neuromuscular junction (NMJ). Similar phenotypes were induced by presynaptic, but not postsynaptic, knockdown of mical-like expression. FasII trafficking assays revealed that the recycling of internalized FasII molecules to the cell surface was significantly impaired in mical-like-knockdown cells. Importantly, this defect correlated with an enhancement of endosomal sorting of FasII to the lysosomal degradation pathway. Similarly, synaptic vesicle exocytosis was also impaired in mical-like mutants. Together, our results identify Mical-like as a novel regulator of synaptic growth and FasII endocytic recycling.
Increased intracellular levels of $Ca^{2+}$ are generally thought to negatively regulate lipolysis in mature adipocytes, whereas store-operated $Ca^{2+}$ entry was recently reported to facilitate lipolysis and attenuate lipotoxicity by inducing lipophagy. Transient receptor potential mucolipin1 (TRPML1), a $Ca^{2+}$-permeable non-selective cation channel, is mainly expressed on the lysosomal membrane and plays key roles in lysosomal homeostasis and membrane trafficking. However, the roles of TRPML1 in lipolysis remains unclear. In this study, we examined whether the channel function of TRPML1 induces lipolysis in mature adipocytes. We found that treatment of mature adipocytes with ML-SA1, a specific agonist of TRPML1, solely upregulated extracellular glycerol release, but not to the same extent as isoproterenol. In addition, knockdown of TRPML1 in mature adipocytes significantly reduced autophagic flux, regardless of ML-SA1 treatment. Our findings demonstrate that the channel function of TRPML1 partially contributes to lipid metabolism and autophagic membrane trafficking, suggesting that TRPML1, particularly the channel function of TRPML1, is as therapeutic target molecule for treating obesity.
Transient Receptor Potential, Melastatin-related, member 4 (TRPM4) channels are $Ca^{2+}$-activated $Ca^{2+}$-impermeable cation channels. These channels are expressed in various types of mammalian tissues including the brain and are implicated in many diverse physiological and pathophysiological conditions. In the past several years, the trafficking processes and regulatory mechanism of these channels and their interacting proteins have been uncovered. Here in this minireview, we summarize the current understanding of the trafficking mechanism of TRPM4 channels on the plasma membrane as well as heteromeric complex formation via protein interactions. We also describe physiological implications of protein-TRPM4 interactions and suggest TRPM4 channels as therapeutic targets in many related diseases.
Mothishri, M.S.;Umasuthan, Navaneethaiyer;Thulasitha, William Shanthakumar;Whang, Ilson;Lee, Jehee
Journal of fish pathology
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v.28
no.2
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pp.99-107
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2015
Despite its economic importance as an aquaculture species, the molecular and genetic information regarding physiologically important elements in rock bream (Oplegnathus fasciatus) is not completely understood. Rab proteins play a vital role in cellular mechanisms and immunity as one of the key regulators of membrane trafficking. In this investigation, a Rab gene, named as RbRab-5C-like, was identified from Oplegnathus fasciatus. RbRab-5C-like protein exhibited high homology with Rab proteins of other species and possessed signature characteristics of Rab proteins with four conserved cysteine residues. Phylogenetic analysis showed that RbRab-5C-like clustered with other fish counterparts. The RbRab-5C-like genomic sequence possesses six exons and five introns. Transcriptional analysis revealed that RbRab-5C-like was ubiquitously expressed in all examined tissues with the highest expression occurring in the liver. While the structural and homologic characteristics of RbRab-5C-like suggest a strong conservation of this element in different species, its mRNA distribution implies a wide range of biological significance in rock bream.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.12
no.1
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pp.312-317
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2011
Vanilloid receptor TRPV1 (known as capsaicin channel, transient receptor potential vanilloid 1) is known to be a key protein in the pain signal transduction. However, the proteins controlling the activity of the channel are not much known yet. Recently mouse Rab11-FIP3 (Rab11-family interaction protein 3) was found and reported to interact with rat TRPV1. Rab11 has been shown to play a key role in a variety of cellular processes including plasma membrane recycling, phagocytosis, and transport of secretory proteins from the trans-Golgi network. Therefore, Rab11-FIP3 was proposed to be involved in the membrane trafficking of TRPV1. In this study, the unreported rat Rab11-FIP3 was yet cloned in order to show the specific interaction of the TRPV1 and Rab11-FIP3 in the same species of rat and to examine the membrane trafficking of TRPV1. The result showed that rat Rab11-FIP3 is expected to have 489 amino acids and showed 80% identity with that of human and over 90% identity with that of mouse. Rab11-FIP3 was found to be expressed in heart, brain, kidney, testis using northern and western blot analyses. We also found that rat Rab11-FIP3 was colocalized with rat TRPV1 but not with TRPV2 of same family in the rat brain by using immunohistochemistry showing that two proteins interact specifically, suggesting the role of Rab11-FIP3 in the membrane trafficking.
Recent findings indicate that mechanical strain (deformation) exerted by the extracellular matrix modulates activation of airway smooth muscle cells. Furthermore, cytoskeletal organization in airway smooth muscle appears to be dynamic, and subject to modulation by receptor activation and mechanical strain. Mechanosensitive modulation of crossbridge activation and cytoskeletal organization may represent intracellular feedback mechanisms that limit the shortening of airway smooth muscle during bronchoconstriction. Recent findings suggest that receptor-mediated signal transduction is the primary target of mechanosensitive modulation. Mechanical strain appears to regulate the number of functional G-proteins and/or phospholipase C enzymes in the cell membrane possibly by membrane trafficking and/or protein translocation. Dense plaques, membrane structures analogous to focal adhesions, appear to be the primary target of cytoskeletal regulation. Mechanical strain and receptor-binding appear to regulate the assembly and phosphorylation of dense plaque proteins in airway smooth muscle cells. Understanding these mechanisms may reveal new pharmacological targets for control1ing airway resistance in airway diseases.
Le, Dai;Lim, Soyeon;Min, Kwang Wook;Park, Joon Woo;Kim, Youjoung;Ha, Taejeong;Moon, Kyeong Hwan;Wagner, Kay-Uwe;Kim, Jin Woo
Molecules and Cells
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v.44
no.3
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pp.168-178
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2021
The retinal pigment epithelium (RPE) forms a monolayer sheet separating the retina and choroid in vertebrate eyes. The polarized nature of RPE is maintained by distributing membrane proteins differentially along apico-basal axis. We found the distributions of these proteins differ in embryonic, post-natal, and mature mouse RPE, suggesting developmental regulation of protein trafficking. Thus, we deleted tumor susceptibility gene 101 (Tsg101), a key component of endosomal sorting complexes required for transport (ESCRT), in embryonic and mature RPE to determine whether ESCRT-mediated endocytic protein trafficking correlated with the establishment and maintenance of RPE polarity. Loss of Tsg101 severely disturbed the polarity of RPE, which forms irregular aggregates exhibiting non-polarized distribution of cell adhesion proteins and activation of epidermal growth factor receptor signaling. These findings suggest that ESCRT-mediated protein trafficking is essential for the development and maintenance of RPE cell polarity.
Eukaryotes transport biomolecules between intracellular organelles and between cells and the environment via vesicle trafficking. Soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptors (SNARE proteins) play pivotal roles in vesicle and membrane trafficking. These proteins are categorized as Qa, Qb, Qc, and R SNAREs and form a complex that induces vesicle fusion for targeting of vesicle cargos. As the core components of the SNARE complex, the SNAP25 Qbc SNAREs perform various functions related to cellular homeostasis. The Arabidopsis thaliana SNAP25 homolog AtSNAP33 interacts with Qa and R SNAREs and plays a key role in cytokinesis and in triggering innate immune responses. However, other Arabidopsis SNAP25 homologs, such as AtSNAP29 and AtSNAP30, are not well studied; this includes their localization, interactions, structures, and functions. Here, we discuss three biological functions of plant SNAP25 orthologs in the context of AtSNAP33 and highlight recent findings on SNAP25 orthologs in various plants. We propose future directions for determining the roles of the less well-characterized AtSNAP29 and AtSNAP30 proteins.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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