Titelaufnahme

Titel
Distinct motifs in the human serotonin transporter carboxyl-terminus direct protein folding and trafficking / submitted by Florian Koban
VerfasserKoban, Florian
Begutachter / BegutachterinFreissmuth, Michael
Erschienen2015
UmfangXI, 112 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Med. Univ., Diss., 2015
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Proteinexport / Proteinfalting / Monoamintransporter
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-1711 Persistent Identifier (URN)
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Distinct motifs in the human serotonin transporter carboxyl-terminus direct protein folding and trafficking [20.06 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die Aufgabe der Neurotransmittertransporter besteht in der Wiederaufnahme freigesetzter Neurotransmitter in das Innere der präsynaptischen Endigung. In diesem Raum können synaptische Vesikel mit dem zurückgewonnen Neurotransmitter gefüllt werden, so dass ausreichende Mengen des Neurotransmitters für die Signalübertragung zur Verfügung stehen. Neurotransmittertransporter sind daher sowohl für die Beendigung als auch für die Aufrechterhaltung der Neurotransmission entscheidend.

Um ihre Funktion wahrzunehmen, müssen Transporter zunächst synthetisiert und in die Membran des Endoplasmatischen Retikulums (ER) eingebaut werden. Im nächsten Schritt werden sie mit Hilfe von COPII-Proteinen, aus dem ER exportiert. Bevor dies geschieht, werden Proteine auf Faltungsfehler geprüft. Diese Qualitätskontrolle wird mittels molekularer Chaperone durchgeführt. Der Arbeitshypothese dieser Dissertation liegt ein Chaperon/COPII-Austauschmodell zugrunde. Dieses schlägt vor, dass cytosolische Chaperone an diejenigen Segmente der Transportproteine bzw. in deren Nähe binden, die auch für die Bindung der COPII-Proteine notwendig sind. Daher müssen die Chaperone zuerst von den korrekt gefalteten Substraten freigesetzt werden, bevor COPII-Proteine mit dem Transporter assoziieren können. Dieses Modell beruht unter anderem auch auf der Beobachtung, dass der Carboxy-Terminus von Monoamintransporter essenzielle Bedeutung für die Faltung und den ER-Export des gesamten Proteins hat. Mutationen im C-terminus des Serotonintransporters (SERT) führen zu Faltungsfehlern. Des weiteren wurde ein R/K-I/L Motiv als Kontaktstelle für die COPII-Untereinheit Sec24 identifiziert. Die SEC24-Familie besteht aus vier Mitgliedern (SEC24A-D) und interessanterweise wird SERT ausschließlich von SEC24C erkannt. Die vorliegende Arbeit beschreibt definierte Proteinmotive im C-terminus des humanen Serotonintransporters, die sich maßgeblich auf die Proteinfaltung und den ER-export auswirken:

(i) Ein hydrophobes Proteinmotiv bildet die Bindungsstelle für das molekulare Chaperon HSP70-1A. (ii) Eine amphipathische Helix und eine intramolekulare ionische Bindung begünstigen und stabilisieren die native Proteinkonformation. (iii) Ein Lysin, das zwei Positionen distal des R/K-I/L-Motivs liegt, vermittelt die spezifische Rekrutierung von SEC24C.

Diese Arbeit bietet einen Einblick in Faktoren, welche die Faltung und den Export des Serotonintransporters beeinflussen, aber sie sind auch auf andere verwandte Proteine übertragbar, z.B., den Dopamintransporter und den Glyzintransporter-2. Mutationen in diesen Transportern führen zur Fehlfaltung der Proteine und lösen damit klinisch relevante Erkrankungen aus. Es ist zu hoffen, dass das in dieser Dissertation gewonnene Verständnis der Faltung und des ER Exports zur Entwicklung von Strategien führt, mit denen die Fehlfaltung korrigiert werden kann und damit in Zusammenhang stehende Erkrankungen behandelt werden können.

Zusammenfassung (Englisch)

Neurotransmitter transporters are responsible for the reuptake of released neurotransmitters into the presynaptic interior. There, synaptic vesicles can be filled with the retrieved neurotransmitter to participate in another round of neurotransmission. Hence the essence of these transporters consists in the termination and the maintenance of neurotransmission. In order to fulfill this function, transporters have to be synthesized and integrated into the membrane of the endoplasmic reticulum (ER); in the next step they are exported from the ER by the action of COPII proteins. Prior to ER export, proteins are examined for correct folding by a stringent quality control machinery, consisting of molecular chaperones. A hypothetical chaperone/COPII exchange model posits that cytosolic chaperones occupy the same or adjacent segments of the proteins, which are required for binding of the COPII coat. Thus chaperones must be released first before the COPII coat can be recruited. This arrangement precludes the export of misfolded or partially folded membrane proteins. This model is based - in part - on the observation that the carboxyl-terminus of monoamine transporters is essential for protein folding and ER export. Mutations in the C-terminus of the serotonin transporter (SERT) lead to folding defects and a C-terminal R/K-I/L motif was identified as recognition site for the COPII-subunit SEC24. The SEC24 family comprises 4 isoforms (SEC24A-D) and the serotonin transporter (SERT) is exclusively recognized by SEC24C.

The present thesis describes distinct motifs in the human SERT carboxyl-terminus, which are essential for protein folding and trafficking: (i) A hydrophobic motif provides a landing platform for the molecular chaperone HSP70-1A. (ii) An amphipathic helix and a salt bridge facilitate and stabilize the native conformation of the transporter. (iii) A lysine downstream of the R/K-I/L export signal mediates the exclusive recruitment of SEC24C.

This work provides insights into folding and trafficking of SERT, but it is applicable to related transporters, e.g., the dopamine transporter or the glycine transporter-2. Mutations in these two transporters cause diseases, which are mechanistically accounted for by misfolding of the transporters. It is hoped that the insights generated in this thesis may eventually translate into therapeutic strategies, which correct the folding defect.