pH-abhängige strukturelle und funktionelle Variationen des ß-Galactosid-bindenden Proteins Galectin-3

Die Zelle besitzt einen komplexen Apparat, um den gerichteten Transport von Proteinen und Lipiden in einem Epithel zu steuern. Zur Aufrechterhaltung der Sortierung wurden Kontrolleure entwickelt, die einem Cargoprotein den richtigen Weg zuweisen. Einer dieser Kontrolleure ist das Protein Galectin-3, welches zur Gruppe der ß-Galactosid-bindenden Proteine gehört und bevorzugt Lactose- bzw. N-Acetyllactosamin-enthaltende Glykoliganden bindet. Als ein wichtiges Sortiersignal wurden unterschiedliche Glykosylierungen identifiziert, die entscheidend für die apikale bzw. basolaterale Zuweisung sind. Es wird vermutet, dass nach Bindung eines Liganden Galectin-3 einen Komplex mit diesem eingeht und durch Assoziation mit gewissen Membranarealen eine Sortierung des Proteins einleitet, wobei ein direkter Beweis bisher noch nicht erbracht wurde. In dieser Arbeit konnten sowohl die Bindung zu komplexen Glykoliganden als auch die Assoziation zu gewissen Membranarealen gezeigt werden, wobei diese Untersuchungen zum ersten Mal in einer nahezu nativen Membran in Form von giant plasma membrane vesicles (GPMVs) durchgeführt wurden. Diese Modellmembran stammte aus dem apikalen Teil von MDCK II Zellen und wurde für die Verwendung mit unterschiedlichen methodischen Fragestellungen etabliert. Die Vesikel zeigten eine Zell-ähnliche Lipid- und Proteinkomposition, wodurch physiologische Prozesse im Vergleich zu anderen Modellen gezielter analysiert werden konnten. So wurde mit den komplex-glyksoylierten Liganden Asialofetuin und dem Neurotrophinrezeptor p75 die Wirkung von Galectin-3 spezifiziert, wobei die Sortierung von Proteinen in der Membran und die Bindungskapazitäten von Galectin-3 als Oligomer untersucht wurden. Galectin-3 kann als einziges Protein der Galectin-Familie hoch-molekulare Cluster mit seinen Liganden eingehen. Es konnte in in vitro Studien die Größe des Clusters mit einem freien Liganden und einen direkten Einfluss der Avidität auf die Interaktion zu komplexen Zuckern beschrieben werden. Die Oligomerisierung fand Liganden-induziert statt, wobei konzentrationsabhängig das Oligomer gezielt geformt oder wieder aufgelöst werden konnte. Da Galectin-3 endosomale Kompartimente durchquert, wurde weiterhin der Einfluss einer azideren Umgebung bei der Interaktion des Proteins zu diversen Liganden analysiert. Es zeigte sich, dass komplexe Liganden die Bindung zu Galectin-3 bei erniedrigtem pH verloren, wohingegen die Bindung zu einfachen Zuckern wie Lactose bestehen blieb. Ebenfalls wurde das Glykolipid Sulfatid als Bindungspartner identifiziert, das gezielt bei erniedrigtem pH an das Protein binden konnte. Diese Spezifitäten ergeben neue Einblicke in die Wirkung von Galectin-3, da sie den Wechsel zwischen Bindung von einem Cargoprotein an der Plasmamembran und Freisetzung in aziden endosomalen Kompartimenten beschreiben können. Zusammengefasst öffnen die Ergebnisse dieser Arbeit neue Einblicke in die Wirkungsweise von Galectin-3-abhängigen Sortierprozessen in epithelialen Zellen