Modulation der β1-Integrin-Lokalisation an der apikalen Plasmamembran durch Galektin-3

Epithelien bilden das Deck- und Abschlussgewebe aller äußerer und innerer Oberflächen von mehrzelligen Organismen. Epithelzellen zeichnen sich durch ihren polaren Aufbau und ihre morphologisch und funktionell zu unterscheidende apikale und basolaterale Membrandomänen aus. Um dies zu gewährleisten, b...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
1. Verfasser: Hönig, Ellena
Beteiligte: Jacob, Ralf (Prof. Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Deutsch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2017
Medizin
Ausgabe:http://dx.doi.org/10.17192/z2017.0209
Schlagworte:
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description Epithelien bilden das Deck- und Abschlussgewebe aller äußerer und innerer Oberflächen von mehrzelligen Organismen. Epithelzellen zeichnen sich durch ihren polaren Aufbau und ihre morphologisch und funktionell zu unterscheidende apikale und basolaterale Membrandomänen aus. Um dies zu gewährleisten, besitzen Epithelzellen eine spezifische Transportmaschinerie, die den gerichteten Proteintransport an die jeweilige Membrandomäne bewerkstelligt. Ein wichtiger Sortierrezeptor im apikalen Proteintransport ist das Lektin Galektin-3. Dieses lösliche, im Zytosol synthetisierte Protein wird in polaren MDCK-Zellen präferentiell über die apikale Membran sekretiert, ehe es mittels Endozytose ins endosomale System eintritt und dort als Sortierrezeptor für neu synthetisierte apikale Glykoproteine dienen kann. Während die Bindung von Galektin-3 an die Plasmamembran prinzipiell an beiden Membrandomänen erfolgen kann, wurde in der vorliegenden Arbeit eine Clusterbildung sowie die Endozytose des Lektins interessanterweise nur an der apikalen Domäne beobachtet. Mittels Massenspektrometrie wurden Integrine als Interaktionspartner von Galektin-3 an der apikalen Plasmamembran von MDCK-Zellen identifiziert. Aus dieser Beobachtung ergab sich die Fragestellung, ob Galektin-3 auch zur apikalen Lokalisation von Integrinen in Epithelzellen beiträgt. Dies wurde Anhand des am weitesten verbreiteten Vertreters dieser Familie, β1-Integrin, untersucht. Mit Hilfe biochemischer und fluoreszensmikroskopischer Methoden wurde die Oberflächenverteilung von β1-Integrin in Galektin-3-überexprimierenden und Galektin-3-depletierten MDCK Zellen analysiert. In Galektin-3 überexprimierenden Zellen, sowie unter Einfluss von exogenem, rekombinaten Galektin-3 wurde eine verstärkte apikale Lokalisierung des Integrins beobachtet. Demgegenüber hatten eine Depletion des Lektins wie auch die Inhibierung seiner Endozytose verminderte apikale Expressionslevel von β1-Integrin zur Folge. Mittels metabolischer Markierung und Transportstudien konnte gezeigt werden, dass Galektin-3 die Sortierung von neu synthetisiertem β1-Integrin in den apikalen Transportweg vermittelt. So konnte in der vorliegenden Arbeit erstmals eine Rolle des Lektins Galektin-3 bei der Oberflächenverteilung eines Vertreters der Integrin-Familie, β1-Integrin, in polaren Epithelzellen aufgezeigt werden.
author Hönig, Ellena
spellingShingle Hönig, Ellena
Epithelzellen
Medizin, Gesundheit
Galektin-3
Integrin
Modulation der β1-Integrin-Lokalisation an der apikalen Plasmamembran durch Galektin-3
Epithelia line the outer and inner surfaces of multicellular organisms. Epithelial cells are characterized by their polar structure and their morphologically and functionally distinct apical and basolateral membrane domains. To establish and maintain their polarity, epithelial cells possess a specific transport machinery that ensures directional transport to the respective membrane domains. An important sorting receptor in apical protein transport is galectin-3. This soluble lectin is synthesized in the cytosol and secreted in polarized MDCK cells preferentially at the apical membrane. Here, it enters the endosomal compartment via endocytosis and assists in the sorting of newly synthesized apical glycoproteins. While binding of galectin-3 can occur at both plasma membrane domains, clustering and endocytosis of the lectin were observed exclusively at the apical domain. Integrins were identified as interaction partners of galectin-3 at the apical plasma membrane of MDCK cells by mass spectrometry. This interesting observation raised the question whether galectin-3 is involved in the apical localization of integrins in epithelial cells. To test this, the surface distibution of the most widespread family member, β1-integrin was analysed in galcetin-3 overexpressing and galectin-3 depleted MDCK cells by biochemical assays and fluorescence microscopy. In galectin-3 overexpressing cells as well as in the presence of exogenous, recombinant galectin-3 the apical localization of β1-integrin was enhanced. Conversely, depletion of the lectin decreased apical expression leves of β1-integrin. Moreover, inhibition of galectin-3 endocytosis had the same effect. Using metabolic labeling and transport experiments it was shown, that galectin-3 mediates sorting of newly synthesized β1-integrin in the apical transport pathway. This study shows for the first time, that galectin-3 is able to modulate the surface distribution of the integrin family member β1-integrin in polarized epithelial cells.
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contents Epithelia line the outer and inner surfaces of multicellular organisms. Epithelial cells are characterized by their polar structure and their morphologically and functionally distinct apical and basolateral membrane domains. To establish and maintain their polarity, epithelial cells possess a specific transport machinery that ensures directional transport to the respective membrane domains. An important sorting receptor in apical protein transport is galectin-3. This soluble lectin is synthesized in the cytosol and secreted in polarized MDCK cells preferentially at the apical membrane. Here, it enters the endosomal compartment via endocytosis and assists in the sorting of newly synthesized apical glycoproteins. While binding of galectin-3 can occur at both plasma membrane domains, clustering and endocytosis of the lectin were observed exclusively at the apical domain. Integrins were identified as interaction partners of galectin-3 at the apical plasma membrane of MDCK cells by mass spectrometry. This interesting observation raised the question whether galectin-3 is involved in the apical localization of integrins in epithelial cells. To test this, the surface distibution of the most widespread family member, β1-integrin was analysed in galcetin-3 overexpressing and galectin-3 depleted MDCK cells by biochemical assays and fluorescence microscopy. In galectin-3 overexpressing cells as well as in the presence of exogenous, recombinant galectin-3 the apical localization of β1-integrin was enhanced. Conversely, depletion of the lectin decreased apical expression leves of β1-integrin. Moreover, inhibition of galectin-3 endocytosis had the same effect. Using metabolic labeling and transport experiments it was shown, that galectin-3 mediates sorting of newly synthesized β1-integrin in the apical transport pathway. This study shows for the first time, that galectin-3 is able to modulate the surface distribution of the integrin family member β1-integrin in polarized epithelial cells.
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