Unkonventionelle Sekretion und Endozytose von Galectin-3

Epitheliale Zellen sind charakterisiert durch eine morphologische und funktionelle Unterteilung ihrer Membran in eine apikale und eine basolaterale Domäne, welche durch einen hoch-spezifischen, polarisierten Sortiervorgang von Lipiden und Proteinen aufrechterhalten wird. Im apikalen Transport kann die Vielzahl verschiedener Transportwege aufgrund der Affinität der darin transportierten Proteine zu lipid rafts in einen raft abhängigen und einen raft-unabhängigen Transport untergliedert werden. Die Trennung der beiden Transportwege in einem Post-Golgi-Kompartiment beruht auf der Ausbildung hochmolekularer Cluster, vermittelt durch das galactosebindende Lectin Galectin 3. Die Bedeutung von Galectin-3 in der apikalen Sortierung von Nicht-raft-Glykoproteinen ist eine anerkannte Tatsache und auch die molekularen Mechanismen, die zu diesem Prozess führen, werden zunehmend enträtselt. Die Identität des Sortierkompartiments jedoch ist weiterhin schleierhaft. Basierend auf der Hypothese, dass endozytiertes Galectin-3 zur Plasmamembran zurücktransportiert wird und während dieses Prozesses höchstwahrscheinlich auch das Sortierkompartiment durchquert, wurde die Aufnahme von Galectin 3 in MDCK II-Zellen studiert. Hierbei handelt es sich um einen glykanabhängigen Prozess, der zur Anreicherung dieses Lectins in angesäuerten Kompartimenten führt. Durch Kolokalisationsstudien mit fluoreszenzmarkiertem Dextran und Rab11, einem Marker für das apikale Recyclingendosom wurde nachgewiesen, dass Galectin-3 höchstwahrscheinlich in einen Recyclingweg und nicht in einen degradativen Weg einsortiert wird. Die Ergebnisse der Analyse der Endozytose von Galectin-3 stimmen zudem mit Beobachtungen überein, dass dieses Lectin in COS-Zellen in angesäuerten, Rab4-CFP-positiven Strukturen zu finden ist, sowie in MDCK-Zellen mit verschiedenen endosomalen Markerproteinen kolokalisiert. Neben dem intrazellulären Transport von Galectin-3 ist auch dessen unkonventionelle Sekretion Thema ausführlicher Diskussionen. In der hier vorgestellten Dissertation konnte gezeigt werden, dass Galectin-3 zwar in der exosomalen, nicht aber in der mikrovesikulären Fraktion des Zellkulturüberstandes von MDCK-Zellen zu finden ist. In dieser Fraktion ist Galectin-3 mit Strukturen assoziiert, deren Morphologie und Dichte sowie die Anreicherung von Markerproteinen für ihre Identität als Exosomen sprechen. Mit Hilfe von Proteinase K-Protektionsversuchen konnte zudem eine Lokalisation von Galectin-3 im Lumen der Exosomen gezeigt werden und weiterhin, dass das Auseinanderbrechen und die anschließende Frei-setzung des Inhalts dieser Strukturen nicht auf eine instabile Natur der Vesikel per se zurückzuführen ist, sondern vielmehr zelluläre Faktoren vorauszusetzen scheint. Obwohl Galectin-3 mit verschiedenen Komponenten der ESCRTs (endosomal sorting complex required for transport) in COS 7-Zellen kolokalisiert, scheint die exosomale Freisetzung von Galectin-3 in MDCK II-Zellen ein ESCRT-unabhängiger Prozess zu sein. Hinweise hierfür fanden sich in Studien mit der dominant-negativen Mutante des ESCRT-Dissassemblierungsfaktors Vps4a und RNAi-Experimenten zum knock down der ESCRT-I-Komponente Tsg101. Zusätzlich konnten Einflüsse der Mikrovesikelbildung und der Autophagie auf die exosomale Sekretion von Galectin-3 ausgeschlossen werden. Als mögliches Signal zur Sortierung in diesen unkonventionellen Sekretionsweg konnte in silico eine mutmaßliche late domain zur Interaktion mit der ESCRT-I-Komponente Tsg101 in der Aminosäuresequenz identifiziert werden, die eine essentielle Rolle in der Sekretion einer acylierten Form von Galectin-3 aus COS-Zellen spielt. Die Bedeutung dieser Domäne für die exosomale Lokalisation von Galectin-3 wurde getestet, die entsprechenden Experimente führten jedoch zu keinem eindeutigen Ergebnis. Eine Beteiligung der late domain in der Sekretion von Galectin-3 kann allerdings auch nicht ausgeschlossen werden. Schlussendlich konnte auch die molekulare Identität des in MDCK-Zellen endogen exprimierten Sialoglykoproteins gp114 als canines Homolog von CEACAM1 bestätigt werden, da beide Proteine in Bezug auf Antikörperdetektion, apikale Lokalisierung und Glykosylierung identische Charakteristika aufweisen