LALP70 und die Proteinfamilie der Apyrasen

Wir haben kürzlich ein neues lysosomales Membranprotein kloniert und charakterisiert (Biederbick et al., 1999), das lysosomal apyrase like protein (LALP70). Apyrasen (E.C.3.6.1.15) stellen eine Familie von Enzymen dar, die Nukleotidtriphosphate (NTPs) und/oder Nukleotiddiphosphate (NDPs) hydrolysieren (Plesner, 1995). Neben dieser funktionellen Charakterisierung weisen die Sequenzen aller bislang klonierten Apyrasen sogenannte "apyrase conserved regions" (ACRs) auf (Handa und Guidotti, 1996), wobei die meisten Apyrasen 4 ACRs im N-terminalen Abschnitt besitzen. Apyrasen wurden sowohl in pflanzlichen als auch in tierischen Zellen nachgewiesen (Abeijon et al, 1989; Bermudes et al., 1994; Kaczmarek et al., 1996; Handa und Guidotti, 1996; Chadwick und Frischauf, 1998). Ursprünglich zählte man die Apyrasen zu den Ectoenzymen (Plesner, 1996). Inzwischen sind aber mehrere intrazelluläre Mitglieder dieser Enzymfamilie beschrieben worden, und zwar in Toxoplasma gondii (Bermudes et al., 1994), in der Kartoffel (Handa und Guidotti, 1996), im Golgi Apparat der Hefe (Abeijon et al., 1989), im Golgi Apparat menschlicher Zellen (Wang und Guidotti, 1998) und in Lysosomen menschlicher Zellen (Biederbick et al., 1999). LALP70 ist mit 3 Transmembrandomänen so in die Membran verankert, das ein C-terminaler Rest (34 Aminosäuren) und ein Loop zwischen den N-terminalen Transmembrandomänen (12 Aminosäuren) in das Zytoplasma ragen, während der Hauptteil des Proteins eine Schleife im Lumen der lysosomalen/autophagischen Vakuole darstellt (s. Abb.). LALP70 mRNA kann alternativ gespleißt werden, wobei 8 Aminosäuren (VSFASSQQ) etwa in der Mitte des Proteins, und damit im lumenalen Teil, herausgeschnitten werden (Biederbick et al., 2000). Die entstehende Variante, LALP70v, ist identisch mit einer im Golgi Apparat lokalisierten menschlichen UDPase (Wang und Guidotti, 1998). Inwieweit die intrazelluläre Lokalisation von LALP70 und LALP70v überlappt, läßt sich zur Zeit nicht sagen. Die Lokalisation von LALP70 in Vesikeln des lysosomalen Kompartimentes wurde über Kolokalisation mit Lamp1 gezeigt, wobei es aber auch Vesikel gab, die LALP70 positiv, aber Lamp1 negativ waren (Biederbick et al., 1999). Hinter solchen vesikulären Strukturen könnten sich durchaus auch Golgi Kompartimente verbergen. Umgekehrt war der Nachweis von LALP70v in Golgi Kompartimenten von Wang und Guidotti (1998) indirekt und schließt keineswegs aus, daß dieses variante Protein auch in Lysosomen vorkommt.

LALP 70

Domänenstruktur lysosomaler Membranproteine. Nicht berücksichtigt wurde die Glykosylierung. Während für LALP70 keine Glykosylierung nachgewiesen werden konnte (Biederbick et al., 1999) und auch eine Computeranalyse nur zwei potentielle N-Glykosylierungsstellen ergab, sind alle anderen dargstellten lysosomalen Membranproteine stark N-glykosyliert. Die Lamp-Proteine enthalten darüberhinaus in der Hinge-Region mehrere O-Glykosylierungsstellen.

Abeijon C, Orlean P, Robbins PW, Hirschberg CB (1989) Topography of glycosylation in yeast: characterization of GDP-mannose transport and lumenal guanosine diphosphatase activities in Golgi-like vesicles. Proc Natl Acad Sci 86: 6935-6939.

Bermudes D, Peck KR, Afifi MA, Beckers CJM, Joiner KA (1994) Tandemly repeated genes encode nucleoside triphosphate hydrolase isoforms secreted into the parasitophorus vacuole of toxoplasma gondii. J Biol Chem 269: 29252-29260.

Biederbick A, Rose S, Elsässer HP (1999) A human intracellular apyrase-like protein, LALP70, localizes to lysosomal/autophagic vacuoles. J Cell Sci 112: 2473-2484.

Biederbick A, Kosan Chr, Kunz J, Elsässer HP (2000) First splice variants of an apyrase have different enzymatic properties. J Biol Chem 275: 19018-19024, 2000.

Chadwig BP, Frischauf AM (1998) The CD39-like gene family: identification of three new human members (CD39L2, CD39L3, CD39L4), their murine homologues, and a member of the gene family from drosophila melanogaster. Genomics 50: 357-367.

Handa M, Guidotti G (1996) Purification and cloning of a soluble ATP-diphosphohydrolase (apyrase) from potato tubers (solanum tuberosum). Biochem Biophys Res Com 218: 916-923.

Kaczmarek E, Koziak K, Sevigny J, Siegel JB, Anrather J, Beaudoins AR, Bach FH, Robson SC (1996) Identification and characterization of CD39/vascular diphosphorhydrolase. J Biol Chem 271: 33116-33122.

Plesner L (1995) Ecto-ATPases: identities and functions. Int Rev Cytol 158: 141-214.

Wang TF, Guidotti G (1998) Golgi localisation and functional expression of human uridine diphosphatase. J Biol Che