Hangin’ out at the Golgi

”Hangin’ out” ved hjelp av perifer membranbinding

Golgi, eller Golgi-apparatet, er en membranomsluttet organelle som fungerer i modifikasjon og transport av proteiner som en del av det cellulære sekretoriske system. Inne i cellen, kan proteiner lokalisere til Golgi enten som løselige molekyler i dens indre rom, Golgi lumen, eller festet til Golgi membranen. Membran-festing kan oppnås ved at deler av proteinstrukturen fullstendig krysser membranens lipid dobbeltlag, eller ved perifer membranbinding på enten lumenal eller cytosolisk side. Forskere i Thomas Arnesen gruppe (NAT gruppen) og kolleger ved Institutt for molekylær biologi, UiB, har nå karakterisert de membran-bindende egenskapene til et nylig oppdaget enzym, Naa60, som befinner seg på cytosolisk side av Golgi membranen. Naa60 "henger" på overflaten av Golgi ved hjelp av strukturelt organiserte deler som interagerer med og delvis integreres inn i membranens lipid dobbeltlag (Figur over).

Naa60: En ukonvensjonell NAT

Dette funnet er spesielt interessant, fordi Naa60 er det første enzym i sitt slag som er vist å lokalisere til intracellulære organeller og membraner. De andre medlemmene av denne enzymfamilien, N-terminal acetyl transferase (NAT) familien, finnes hovedsakelig i cytosol hvor de assosierer med ribosomer, de proteinproduserende fabrikkene i cellene våre. Rollen til alle NATer er å bidra til en kjemisk modifikasjon av substrat-proteiner ved å katalysere overføringen av en acetylgruppe til deres N-terminale ende. Når de er knyttet til ribosomet kan NATene utføre denne oppgaven mens substrat proteinene blir produsert, dvs. under avlesingen fra RNA til protein. Denne type ko-translasjonell proteinmodifisering antas å være den generelle virkemåten for NATer. Det nylig publiserte arbeidet av NAT gruppen avslører derfor et nytt konsept, siden Naa60 sin Golgi lokalisering sterkt tyder på en post-translasjonell enzymaktivitet.

To amfipatiske a-helikser i Naa60 binder membranen perifert

I sin siste publikasjon i The Journal of Biological Chemistry (JBC), har forskerne i Thomas Arnesens forskningsgruppe sett i detalj på de iboende egenskapene til Naa60 som gir denne unike subcellulære lokaliseringen. Tidligere arbeid hadde indikert den C-terminale delen av Naa60 å være ansvarlig for organelle lokalisering. X-ray krystallografi studier som undersøkte 3D strukturen Naa60 ikke var i stand til å avsløre strukturen til den C-terminale halen av Naa60. Gjennom samarbeid med Nathalie Reuters forskningsgruppe ved Computational Biology Unit, Institutt for informatikk, UiB, har en nå kombinert molekylmodellering med biokjemiske analyser og cellulær lokalisering studier for å undersøke sekundærstruktur og membran interaksjonsegenskaper for Naa60. Resultatene viser at Naa60 er et perifert membranprotein hvor to amfipatiske alfa-helikser i C-terminus binder membranen direkte i en parallell stilling i forhold til det ytre lipidlaget via hydrofobe og elektrostatiske interaksjoner (Figur 1).

Implikasjoner og fremtidige Naa60 arbeid

Arbeidet bak den siste artikkelen bygger på tidligere arbeid av NAT gruppen der Naa60 ble etablert som et Golgi-lokalisert NAT som bare katalyserte N-terminal acetylering av transmembrane proteiner. Videre arbeid i NAT gruppen vil forsøke å avsløre mekanismen bak hvordan Naa60 jobber mot sine substrat proteiner og konsekvensene av deres modifikasjon. Det antas at dette kan knyttes til Naa60s funksjon i å bidra til at Golgi apparates struktur opprettholdes. Forskerne i NAT gruppen håper at dette vil belyse noen aspekter av hvordan NAT enzymer utfører sine viktige oppgaver i kroppen og hvordan feil i NATene relateres til sykdom.

Studien er publisert i det vitenskapelige tidsskriftet The Journal of Biological Chemistry (JBC) 14. februar 2017, 2017 og er en del av Marianne Goris’ doktorgradsarbeid.

NAT gruppens forskning mottar støtte fra Bergens Forskningsstiftelse, Norges Forskningsråd, Kreftforeningen, og Helse Vest.