Lipid transport by ABC proteins

In eukaryotischen Zellen sind die Lipidspezies häufig asymmetrisch zwischen den Hälften der Plasmamembran verteilt. Insbesondere Phosphatidylserin (PS) weist oft eine ausgeprägte transversale Asymmetrie auf, da es fast ausschliesslich auf die innere Hälfte der Plasmamembran beschränkt ist. In den letzten Jahren wurden mehrere Proteine diskutiert, die Lipide zwischen den Membranhälften transportieren und möglicherweise die transversale Lipidasymmetrie sowie damit verbundene Zelleigenschaften beeinflussen. Im Mittelpunkt der vorliegenden Promotion steht der Auswärtstransport fluoreszierender (C6-NBD-) Lipid-Analoga und endogener Lipide durch das Multidrug Resistance 1 P-Glycoprotein (MDR1 Pgp), das der ATP Binding Cassette (ABC) Transporter Superfamilie angehört. Interessanter Weise wird für MDR1 Pgp eine ungewöhnlich breite Substratspezifität angenommen. Das anionische Lipid PS war hier von besonderem Interesse, obgleich es in vorhergehenden Arbeiten nicht als MDR1 Pgp Substrat betrachtet wurde. Der Auswärtstransport von Phosphatidylcholin-, Phosphatidylethanolamin-, Glucosylceramid- und Sphingomyelin-Analoga durch MDR1 Pgp konnte in einer humanen Magenkarzinomlinie (EPG85-257), die MDR1 überexprimiert, mittels Fluoreszenzspektroskopie bestätigt werden. Zudem legt die verringerte Akkumulation von Diacylglycerol- und Ceramid-Analoga den Transport dieser Lipidspezies durch MDR1 Pgp nahe. Im Anschluß an die intrazelluläre Markierung mit C6-NBD-PS mittels eines neuen Verfahrens konnte der signifikant erhöhte Auswärtstransport dieses Analogons in MDR1 überexprimierenden Zellen durch Verwendung spezifischer Inhibitoren MDR1 Pgp zugeschrieben werden. In flusscytometrischen Versuchen war die Exponierung von endogenem PS auf der äusseren Membranhälfte von MDR1 überexprimierenden Zellen signifikant höher als in Kontrollzellen. Verringerung der PS-Exponierung durch einen Inhibitor von MDR1 Pgp deutet auf den Transport von endogenem PS durch MDR1 Pgp hin. Zusätzlich wurde hier der Transport von C6-NBD-PS in vier weiteren Zellinien mit verschiedener Spezies- und Gewebezugehörigkeit charakterisiert, die unterschiedliche Mengen an MDR1 Pgp synthetisieren. Wie Experimente in einer BCRP überexprimierenden EPG85-257-Sublinie nahelegen, ist ausser MDR1 Pgp möglicherweise ebenfalls der ABC Halb-Transporter Breast Cancer Resistance Protein (BCRP) am Transport von C6-NBD-PS und an der verstärkten Exponierung von endogenem PS beteiligt.In eukaryotic cells, the lipid species are frequently distributed asymmetrically between the plasma membrane leaflets. Phosphatidylserine (PS), in particular, often exhibits a distinct transverse asymmetry, being restricted almost exclusively to the inner leaflet. In the past years, several proteins were suggested to transport lipids between the leaflets of a membrane, and to potentially influence transverse lipid asymmetry and related cell properties. This thesis focuses on outward transport of fluorescent (C6-NBD-) lipid analogs and endogenous lipids by the Multidrug Resistance 1 P-Glycoprotein (MDR1 Pgp), a member of the ATP binding cassette (ABC) transporter superfamily. Interestingly, MDR1 Pgp has been suggested to exhibit an unusually broad substrate specificity. Here, the anionic PS was of particular concern, although previously reported not to be an MDR1 Pgp substrate. In a human gastric carcinoma cell line (EPG85-257) overexpressing MDR1, outward transport of phosphatidylcholine, phosphatidylethanolamine, glucosylceramide and sphingomyelin analogs via MDR1 Pgp was confirmed using fluorescence spectroscopy. In addition, decreased accumulation of analogs of diacylglycerol and ceramide suggest MDR1 Pgp mediated transport of these lipid species. Upon intracellular labelling with C6-NBD-PS using a novel approach, significantly increased outward transport of this analog in MDR1 overexpressing cells could be attributed to MDR1 Pgp by employing specific inhibitors. In a flow cytometry setup, the exposure of endogenous PS on the outer plasma membrane leaflet was significantly elevated in MDR1 overexpressing cells compared to controls. Reduction of PS exposure by an MDR1 Pgp inhibitor suggests transport of endogenous PS by MDR1 Pgp. Transport of C6-NBD-PS was furthermore characterized here in four additional cell lines of different species and tissue origin with varying synthesis levels of MDR1 Pgp. Besides MDR1 Pgp, the ABC half-size transporter Breast Cancer Resistance Protein (BCRP) is possibly also involved in transport of C6-NBD-PS and in increased exposure of endogenous PS, as found in a BCRP overexpressing EPG85-257 subline