Cell-Biology of Interferon Inducible GTPases - Kölner UniversitätsPublikationsServer

Martens, Sascha (2004). Cell-Biology of Interferon Inducible GTPases. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

Abstract The interferon inducible p47 GTPases are a family of non-redundant mediators of cell-autonomous immunity to intracellular bacterial and protozoan pathogens in the mouse. So far 6 murine p47 GTPases have been described, LRG-47, GTPI, IGTP, TGTP, IRG-47 and IIGP1. Association with intracellular membrane compartments has been reported for some members of the p47 GTPase family and one member, LRG-47, has been implicated in the maturation of Mycobacterium tuberculosis containing phagosomes in macrophages. The nature and dynamics of this membrane association however is unexplored. This study was set out to analyze the membrane association properties of two p47 GTPases, namely LRG-47 and IIGP1. The results are compared and extended to other family members (GTPI, IGTP) revealing an unexpectedly diverse cell biology of the family. LRG-47 is completely membrane bound localizing to the Golgi apparatus in a nucleotide dependent manner. Upon phagocytosis LRG-47 is recruited to the plasma membrane and remains selectively associated with the phagosomes as they mature along the endocytic pathway. The Golgi association of LRG-47 requires an amphipathic helix in its C-terminal domain and the corresponding regions of IGTP and GTPI, the closest relatives of LRG-47 in the mouse, also mediate membrane association but possibly by different mechanisms. The plasma membrane association of LRG-47 is most likely mediated by the conserved G domain and this activity is shared by the G-domain of IIGP1. IIGP1 partitions between cytosol and ER membranes to which it is targeted by an N-terminal myristoyl modification. IIGP1 forms nucleotide depended aggregates when expressed in mouse fibroblasts and dramatically accumulates around the parasitophorous vacuoles in Toxoplasma gondii infected mouse astrocytes. Based on the presented results it is allowed to speculate that the p47 GTPases form a battery of diverse intracellular resistance factors that dynamically associate with different pathogen harbouring membrane compartments in order to gain control over these membranes to counteract intracellular microbes.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated title:

Title	Language
Zellbiologie Interferon induzierbarer GTPasen	German

Translated abstract:

Abstract

Language

Zusammenfassung Die Interferon induzierbaren p47 GTPasen sind essentiell für die Resistenz gegenüber intrazellulären Pathogenen in der Maus und vermitteln ihren Effekt auf zellautonome Weise. Bis jetzt wurden 6 p47 GTPasen in der Maus beschrieben, LRG-47, GTPI, IGTP, TGTP, IRG-47 und IIGP1. Für einige Mitglieder dieser Proteinfamilie wurde die Assoziation mit intrazellulären Membranen beschrieben und ein Familienmitglied, LRG-47, wurde in Makrophagen mit der Reifung von Phagosomen nach der Phagozytose von Mycobacterium tuberculosis in Verbindung gebracht. Über den Mechanismus und die Dynamik der Membranassoziation ist jedoch nichts bekannt. Die hier vorgestellten Untersuchungen wurden durchgeführt, um die Membranassoziationseigenschaften von LRG-47 und IIGP1, zwei Mitgliedern der p47 GTPasen, näher zu untersuchen. Die biochemischen und zellbiologischen Eigenschaften der beiden Proteine wurden hinsichtlich ihrer Membranbindung verglichen und auf GTPI und IGTP übertragen. Dabei zeigte sich, dass die biochemischen und zellbiologischen Charakteristika der p47 GTPasen, zumindest im Hinblick auf die untersuchten Eigenschaften, bemerkenswert unterschiedlich sind. LRG-47 ist vollständig membrangebunden und in Nukleotid unabhängiger Weise an den Golgi Apparat gebunden. Während eines Phagozytoseprozesses wird LRG-47 an die Plasmamembran rekrutiert und bleibt dann mit den Phagosomen assoziiert, während diese zu Phagolysosomen reifen. Die Bindung an die Plasmamembran wird sehr wahrscheinlich durch die konservierte G-Domäne vermittelt, während die Bindung an den Golgi Apparat von einer amphipatischen Helix (K) in der C-terminalen Domäne von LRG-47 abhängig ist. Auch die K Regionen von IGTP und GTPI vermitteln Membranassoziation, jedoch vermutlich über einen Mechanismus, der auch von der katalytischen Domäne der Phospholipase C verwendet wird. IIGP1 ist zytosolisch sowie membrangebunden und die Membranbindung wird durch eine N-terminale Myristolierung gefördert. IIGP1 bildet nach der Expression in Mausfibroblasten nukleotidabhängige Aggregate und akkumuliert sehr stark um parasitophore Vakuolen in Toxoplasma gondii infizierten Astrozyten. Die Ergebnisse dieser Arbeit erlauben die Annahme, dass die p47 GTPasen einen Verbund zellautonomer Resistenzfaktoren bilden und einzelne Mitglieder dynamisch und auf unterschiedliche Weise mit Pathogen umgebenen Kompartimenten assoziieren. Diese Assoziation dient vermutlich der Kontrolle des weiteren intrazellulären Schicksals dieser Kompartimente und damit der darin enthaltenen Pathogene.

German

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