GDI-Freisetzungsmechanismen: Nukleotidaustausch zur Regulation der Interaktion von prenylierten Rab-Proteinen und GDI
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2011-12-14
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Rab‐Proteine regulieren als molekulare Schalter eine Vielzahl von intrazellulären
Transportprozessen. Diese Regulation erfolgt in zwei miteinander verschalteten Zyklen. Im
ersten Zyklus wechseln die Rab‐Proteine zwischen einer membranständigen und einer
cytoplasmatischen Lokalisation. Die Interaktion mit der Membran erfolgt durch die
hydrophoben C‐terminalen Prenylanker der Rab‐Proteine, die – zur Erhöhung der Löslichkeit
– im Cytoplasma von dem Protein GDI gebunden werden. Im zweiten Regulationszyklus
werden die Rab‐Proteine aktiviert bzw. deaktiviert und so die Interaktion mit
Effektorproteinen und die Aktivierung von Signalkaskaden reguliert. Da die Aktivierung durch
Nukleotidaustausch zu GTP und die Deaktivierung der Rab‐Proteine durch
Nukleotidhydrolyse in der Regel durch membranlokalisierte Proteine erfolgt, sind die zwei
Regulationszyklen miteinander verschaltet. Die Aktivierung und Deaktivierung der Rab‐
Proteine wurde bis zum heutigen Zeitpunkt relativ detailliert charakterisiert, während
wenige Daten zur Regulation der Rab‐Lokalisation vorliegen. DrrA, ein Protein aus dem
Bakterium Legionella pneumophila, wurde als dual funktionaler Faktor identifiziert, der
sowohl die Lokalisation durch Dissoziation des Rab:GDI‐Komplexes als auch die Aktivierung
von Rab1 durch Nukleotidaustausch zu GTP beeinflussen kann (Machner und Isberg, 2007;
Ingmundson et al., 2007). Diese Aktivitäten wurden in dieser Arbeit näher charakterisiert
und es konnte gezeigt werden, dass es sich nicht um zwei separate Aktivitäten handelt.
Die Charakterisierung der Nukleotidaustauschaktivität zeigte, dass DrrA ein sehr effektiver
Nukleotidaustauschfaktor für Rab1 ist und es konnte gezeigt werden, dass diese
Nukleotidaustauschaktivität die Basis für die in der Literatur beschriebene GDIFreisetzungsaktivität
von DrrA ist. Aufgrund der Tatsache, dass die Affinität von GDI für GTPgebundenes
Rab deutlich geringer ist als für GDP‐gebundenes Rab (Wu et al., 2010), kann
DrrA durch Nukleotidaustausch verhindern, dass nach einer Dissoziation des Rab1:GDIKomplexes
eine Reassoziation erfolgt. Hierdurch verschiebt DrrA das Gleichgewicht zwischen
GDI‐gebundenem und freiem Rab‐Protein und bewirkt so indirekt eine vollständige
Dissoziation des Rab1:GDI‐Komplexes. Um zu demonstrieren, dass dieser
Freisetzungsmechanismus auf andere Rab‐Proteine und ihre Nukleotidaustauschfaktoren
übertragbar ist, wurde diese Studie systematisch auf weitere Rab‐Proteine und ihre
Nukleotidaustauschfaktoren erweitert. Der Nukleotidaustausch zu GTP nach der Dissoziation
eines Rab:GDI‐Komplexes konnte bei allen untersuchten Rab‐Proteinen die Reassoziation der
Komplexe inhibieren und so eine Freisetzung der Rab‐Proteine aus dem Komplex mit GDI
bewirken. Diese Daten zeigen, dass der Regulationszyklus der Aktivierung von Rab‐Proteinen
den Lokalisationszyklus prinzipiell beeinflussen kann, und somit die Lokalisation der Rab‐
Proteine durch ihre Aktivierung beeinflusst werden kann.
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Keywords
DrrA, GDI, Rab