Ap-3 adaptorkomplekset medierer sortering af gær og pattedyrs PQ-loop-familiens basiske aminosyretransportører til den vacuolære/lysosomale membran familie basiske aminosyretransportører til den vakuolære/lysosomale membran
Ypq1-proteinet kan nå den vakuolære membran via ALP- eller endosomalvejen
Har for nylig rapporteret, at et Ypq1-GFP-fusionsprotein lokaliseres til den vakuolære membran6, forsøgte vi at bestemme, ad hvilken trafikeringsvej Ypq1 når dette kompartment. Vacuolære membranproteiner kan nå vacuolen via to forskellige veje: ALP (alkalisk fosfatase) og CPY (carboxypeptidase Y)-vejen, hvor sidstnævnte indebærer passage af proteinerne via endosomer (Fig. 2A). For at teste, om Ypq1 følger CPY-vejen, undersøgte vi dens intracellulære fordeling i en pep12Δ-mutant, der mangler en t-SNARE, der er involveret i vesikelfusion med det sene endosom13. I denne mutant blev Ypq1-GFP udelukkende fundet ved den vakuolære membran (Fig. 2B). I en vps27Δ-mutant, der mangler en komponent af det endosomale ESCRT-0-kompleks, er membranproteiner, der transporteres via endosomer, typisk stablet i klart synlige klasse E-kompartmenter, der svarer til unormalt forstørrede endosomer, men Ypq1-GFP-proteinet blev rettet normalt mod den vacuolære membran i denne mutant (data ikke vist). Disse resultater viser, at Ypq1 ikke kræver en funktionel CPY-vej for at nå vacuolen. Vi testede derefter, om Ypq1 når den vacuolære membran via ALP-vejen. Det er veldokumenteret, at denne vej kræver AP-3 adaptorkomplekset, som antages at virke ved trans-Golgi for at sortere fragtproteiner i vesikler, der efterfølgende fusionerer med endosomerne. Dette kompleks er en heterotetramer, der består af to store underenheder (β3a og δ), en mellemstor underenhed (μ3a) og en lille underenhed (σ3), og fravær af en af disse underenheder resulterer i et mangelfuldt AP-3-kompleks14. Vi isolerede derfor to AP-3-deficiente stammer, apm3Δ (der mangler underenhed μ3a) og apl5Δ (der mangler underenhed δ). I disse mutanter blev Ypq1-GFP fundet ved den vacuolære membran såvel som i små punktstrukturer, der let blev mærket med FM4-64 og ikke observeret i wild-type celler (Fig. 2B). I amp3Δ- og apl5Δ-mutantceller, der også udtrykker et funktionelt Sec7-mCherry til mærkning af Golgi, blev en høj procentdel af disse punktstrukturer dekoreret med Sec7-mCherry (Fig. 2C) (for en kvantificering af sublokaliseringsmønstrene, se Supplementary Fig. S1 online). Disse resultater indikerer, at når ALP-vejen er mangelfuld, har Ypq1 en tendens til at akkumulere i Golgi, mens en betydelig del af proteinet når den vacuolære membran via en anden vej. For at teste, om sidstnævnte er CPY-vejen, bestemte vi placeringen af Ypq1-GFP i apm3Δ pep12Δ- og apl5Δ pep12Δ-dobbeltmutanter (Fig. 2B). Interessant nok var levering af Ypq1-GFP til vacuolen stort set nedsat i disse stammer, og proteinet blev fundet mest spredt i hele cytosolen såvel som i punktstrukturer mærket med Sec7-mCherry (Fig. 2B,C) (for en kvantificering af sublokaliseringsmønstrene, se Supplementary Fig. S1 online). Vakuolen i disse dobbeltmutanter kunne normalt mærkes med FM4-64. Disse resultater viser, at Ypq1 kan sorteres til den vacuolære membran via både ALP- og CPY-vejene. I wild-type celler bruger det hovedsageligt ALP-vejen, men når denne vej er mangelfuld, opholder proteinet sig længere i Golgi, men kan stadig effektivt nå den vakuolære membran via CPY-vejen. Når både ALP- og CPY-vejene er mangelfulde, kan en lille del af Ypq1-GFP påvises ved den vakuolære membran, hvilket tyder på, at proteinet kan bruge endnu en vej, men en vej, der er langt mindre effektiv til korrekt at målrette Ypq1 til vakuolen.
Et surt dileucinmotiv fremmer Ypq1-sortering til ALP-banen
AP-3-afhængig sortering af transmembranproteiner medieres ofte af tyrosinbaserede (YXXØ) eller dileucinbaserede (XXXL) signaler (hvor Ø er en voluminøs hydrofob rest og X en hvilken som helst aminosyre)15. Ypq1 indeholder en EQQPLL-sekvens i sin anden store løkke, der vender ud mod cytosolen. Dileucinet i dette motiv er forud for et prolin, et træk, der er observeret i flere fragtstoffer, der benytter ALP-vejen16. En dileucin-til-dialanin-substitutionsmutant af Ypq1 (Ypq1LL>AA) viste sig at være målrettet mod den vacuolære membran, men også at dekorere punktstrukturer (fig. 3A). Denne fænotype ligner den, der er observeret for wild-type Ypq1 i AP-3-deficiente celler, hvilket tyder på, at Ypq1LL>AA når frem til vacuolen via den alternative CPY-vej. Til støtte for dette synspunkt blev Ypq1LL>AA produceret i en pep12Δ-mutant ikke målrettet mod vacuolen og blev missorteret i cytosoliske punktstrukturer som observeret for Ypq1 i apm3Δ pep12Δ- og apl5Δ pep12Δ-mutanterne (Fig. 3A). Disse resultater viser, at det sure dileucinmotiv af Ypq1 er påkrævet for dets AP-3-afhængige sortering til vacuolen, men ikke for dets Pep12-afhængige levering til vacuolen. Disse konklusioner er i overensstemmelse med resultaterne af en nyere undersøgelse, der blev offentliggjort af S. Emr og medarbejdere under forberedelsen af dette manuskript17. Vi undersøgte derefter mere detaljeret, hvordan Ypq1LL>AA-varianten transporteres til vacuolen. Vi overvejede først den mulighed, at dette mutantprotein, fordi det ikke kan bruge ALP-vejen, først kunne blive missorteret til plasmamembranen, før det gennemgår hurtig endocytose og efterfølgende Pep12-afhængig levering til vacuolærmembranen. Denne model blev ikke understøttet af vores observationer: Ypq1LL>AA akkumulerede ikke ved celleoverfladen i en end3Δ-mutant defekt i endocytose, hvilket indikerer, at det når vacuolen via CPY-vejen (Fig. 3B). Vi antog derefter, at levering af Ypq1LL>AA til vacuolen kunne involvere dens sortering fra Golgi til endosomer takket være alternative adaptorer såsom AP-1-komplekset eller de monomere GGA-proteiner. Vi udtrykte Ypq1LL>AA-mutantproteinet i gga1Δ gga2Δ-celler, der mangler de redundante Gga1- og Gga2-adaptorer, og i amp1Δ, amp2Δ og apl4Δ-celler, der mangler underenheder af AP-1-komplekset. I hver af disse mutanter blev det konstateret, at proteinet stadig nåede frem til vacuolen (fig. 3B). Disse observationer tyder enten på, at disse adaptorer virker redundant for at fremme sortering af Ypq1LL>AA til vacuolen via CPY-vejen, eller at andre adaptorer er involveret.