Blog

Oct 21, 2023

Luogo

Scientific Reports volume 13, numero articolo: 13609 (2023) Cita questo articolo 220 Accessi 1 Dettagli metriche altmetriche Diversi processi cellulari, incluso il traffico di membrana, l'omeostasi dei lipidi,

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13609 (2023) Citare questo articolo

220 accessi

1 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Diversi processi cellulari, tra cui il traffico di membrana, l'omeostasi dei lipidi, la citocinesi, il posizionamento mitocondriale e la motilità cellulare, dipendono in modo critico dal fattore di scambio nucleotidico guanina GBF1 del dominio Sec7. Tuttavia, non è noto come sia regolata la partecipazione di GBF1 in una particolare funzione cellulare. Qui, mostriamo che la fosforilazione di specifici residui di serina e tirosina altamente conservati all'interno del dominio N-terminale di GBF1 regola in modo differenziale la sua funzione nel mantenere l'omeostasi del Golgi e facilitare la secrezione rispetto al suo ruolo nella citocinesi. Nello specifico, i mutanti GBF1 contenenti sostituzioni di singoli aminoacidi che imitano S233, S371, Y377 e Y515 stabilmente fosforilati o il mutante S233A che non può essere fosforilato sono pienamente in grado di mantenere l'architettura del Golgi e supportare il traffico merci attraverso il percorso secretorio quando valutati in test funzionali multipli. Tuttavia, gli stessi mutanti causano multinucleazione quando espressi nelle cellule e sembrano inibire la progressione attraverso la mitosi e la risoluzione dei ponti citocinetici. Pertanto, GBF1 partecipa a reti interattive distinte quando media l'omeostasi e la secrezione del Golgi rispetto alla facilitazione della citocinesi, e l'integrazione di GBF1 in tali reti è regolata in modo differenziale dalla fosforilazione di specifici residui GBF1.

L’omeostasi cellulare dipende da circuiti strettamente controllati che impegnano e coordinano diversi processi in risposta a segnali interni ed esterni. L'integrazione dello stato metabolico cellulare, genetico e fisiologico/biochimico viene continuamente monitorata e trasmessa tra loro per la sincronizzazione a livello di sistema. Punti di controllo e meccanismi di controllo distinti si sono evoluti per garantire che i processi siano coordinati nel tempo e nello spazio. La via secretoria, composta da un numero di compartimenti distinti, è strettamente regolata per garantire un traffico anterogrado e di riciclo compensativo di membrana e proteine ​​selezionate per garantire un trasporto continuo.

Uno dei regolatori chiave della via secretoria sono le piccole GTPasi della superfamiglia Arf che facilitano il traffico all'interfaccia ER-Golgi1,2,3,4,5. Gli Arf sono essenziali per reclutare i complessi di rivestimento del coatomero eptamericano nelle membrane del Golgi per formare vescicole COPI che riciclano le proteine ​​e la membrana dal Golgi all'ER6,7,8,9. Tutti gli Arf circolano tra gli stati legati al GDP e allo stato legato al GTP e sono funzionali e associati alla membrana solo quando si trovano nello stato legato al GTP (attivo)10. Lo scambio GDP/GTP è cineticamente sfavorevole (per prevenire l'attivazione spuria dell'Arf) e richiede un enzima, un fattore di scambio nucleotidico guanina (GEF) per catalizzare lo spostamento del GDP, consentendo così il legame del GTP attivante all'Arf. Il GEF responsabile della formazione delle vescicole COPI è il fattore di resistenza 1 della Brefeldina A specifico del Golgi (GBF1), che si localizza nei compartimenti dell'interfaccia ER-Golgi, inclusi i siti di uscita dell'ER, il compartimento intermedio ER-Golgi (ERGIC) e il Golgi11, 12. GBF1 è assolutamente essenziale per attivare Arfs necessario per mantenere l'architettura e la funzione della via secretoria, e l'interruzione dell'attività di GBF1 con il metabolita fungino Brefeldin A (BFA) o l'esaurimento di GBF1 cellulare da parte di RNAi provoca il collasso del Golgi nell'ER e inibisce secrezione11,13,14,15,16.

Oltre al suo ruolo ben caratterizzato nell'omeostasi del Golgi e nel traffico secretorio, GBF1 sembra partecipare a una moltitudine di altri eventi cellulari spazialmente rimossi dal Golgi. GBF1 si rivolge al bordo anteriore della membrana plasmatica nelle cellule di glioblastoma in movimento attivo e nei neutrofili chemiotassizzanti, dove la sua attività catalitica è essenziale per sostenere la motilità direzionale in un processo che coinvolge il rimodellamento dell'actina corticale facilitato da Rac117,18. GBF1 regola negativamente la formazione di goccioline lipidiche (LD) e il contenuto di triacilglicerolo cellulare19, presumibilmente facilitando il rilascio di ATGL (trigliceride lipasi adiposa) agli LD attraverso un'interazione diretta tra GBF1 e ATGL20. La regolazione mediata da GBF1 dell'omeostasi LD sembra importante per supportare la replicazione riuscita di virus come il virus Dengue21. GBF1 interagisce anche con la proteina MIRO della membrana mitocondriale per modulare le sue interazioni con i motori della dineina citoplasmatica e quindi regolare il posizionamento mitocondriale, oltre ad avere un impatto sull'architettura delle creste intra-mitocondriali attraverso un meccanismo ancora non caratterizzato22. La funzione nel posizionamento mitocondriale è conservata nell'evoluzione, come dimostrato da fenotipi analoghi causati dalla rimozione di GBF1 nel verme C. elegans e nelle cellule di mammifero23. Inoltre, GBF1 è stato implicato in funzioni non ancora comprese durante la mitosi24,25,26,27 nelle cellule di mammifero, a sostegno dei difetti di settazione precedentemente descritti in S. pombe deleti di una copia di Gea1, l'ortologo di lievito di GBF128. Nelle cellule di mammifero sottoposte a mitosi, GBF1 è fosforilato su S292 e S297 da CK2 nella tarda anafase e all'inizio della telofase, e quindi GBF1 fosforilato sembra localizzarsi nel corpo di Fleming del ponte citocinetico. Il GBF1 fosforilato S292/297 viene degradato durante la tarda telofase, ma i livelli cellulari complessivi di GBF1 non cambiano, suggerendo che solo una piccola frazione di GBF1 viene fosforilata su S292 e S297 e successivamente degradata. Prevenire la fosforilazione e la degradazione mediante l'espressione di S292A e S297A provoca difetti mitotici nelle cellule, con elementi del Golgi che non si uniscono correttamente nella mitosi tardiva. Nelle cellule che esprimono S292A/S297A, il ponte citocinetico è destabilizzato, con conseguente collasso e formazione di cellule binucleate26.