Caracterización funcional de la proteína HERC1

Abstract

INTRODUCCIÓN. La familia HERC humana está formada por seis proteínas en cuyas secuencias se hallan invariablemente un dominio HECT (Homólogo al extremo C-terminal de E6AP) y uno o varios dominios RLD (Homólogos al regulador de la condensación cromosómica RCC1). La presencia del HECT sugiere que estas proteínas poseen actividad ubiquitina ligasa, mientras que la presencia de RLDs plantea la posibilidad de que posean además actividad intercambiadora de nucleótidos de guanina sobre GTPasas monoméricas. La proteína HERC1 es una proteína gigante (532 kDa) que ha sido implicada en el tráfico intracelular de membranas en virtud de su interacción con la cadena pesada de la clatrina (CHC) y con GTPasas de las familias ARF y Rab.<br/><br/>OBJETIVOS. Con el fin de ampliar nuestros conocimientos acerca de la proteína HERC1 establecimos los siguientes objetivos: (1) identificación de moléculas que interaccionen con HERC1; (2) análisis de la localización subcelular de HERC1; (3) estudio de los efectos de la silenciación de HERC1 por RNAi; (4) análisis de formas truncadas y mutadas de HERC1.<br/>MÉTODOS. Para hallar móleculas capaces de unirse a HERC1 usamos técnicas tales como ensayos de doble híbrido en levadura, pull-downs, coinmunoprecipitaciones o ensayos de unión lípido-proteína. Las interacciones halladas fueron caracterizadas usando ensayos de ubiquitinación y de intercambio de nucleótidos, cromatografía de filtración en gel o medición de actividades enzimáticas. La distribución subcelular de HERC1 se estudió por microscopía confocal usando marcadores de varios compartimentos intracelulares. La silenciación de HERC1 se logró mediante transfección de un siRNA específico de ésta en células HeLa, en las que se estudió a continuación el funcionamiento de las vías de tráfico endocítico y secretor. Finalmente, el estudio de formas truncadas y mutadas de HERC1 se basó en el análisis microscópico de varias proteínas de fusión entre la proteína fluorescente verde (GFP) y las mencionadas formas de HERC1.<br/> <br/>RESULTADOS. La isoforma M2 del enzima glucolítico piruvato quinasa (M2PK) se identificó como una nueva proteína de unión a HERC1. No obstante, M2PK no es sustrato de ubiquitinación de HERC1, y ésta tampoco afecta la actividad enzimática ni la estructura cuaternaria de M2PK. También se demostró la presencia de la cadena ligera de la clatrina en un complejo citosólico en el que se hallan además HERC1, CHC y la chaperona Hsp70. HERC1 interacciona asimismo con la GTPasa ARF6, sobre la cual estimula la disociación de GDP. Dicha actividad se probó que depende de la unión a HERC1 de fosfatidilinositol-4,5-bisfosfato (PIP2). Éste no es el único fosfolípido capaz de unirse a HERC1, ya que también lo hacen otros fosfoinosítidos. En cuanto a su distribución subcelular, HERC1 se halla en vesículas asociadas al Golgi pero no en endosomas. HERC1 es además reclutada a protrusiones de membrana ricas en actina por activación de ARF6. En relación a la silenciación de HERC1 por RNAi, ésta no afecta el tráfico endocítico ni secretor. Por último, ciertas formas delecionadas o mutadas de HERC1 forman agregados intracelulares ricos en ubiquitina, mientras que otras provocan cambios en el citoesqueleto de actina o inhiben la endocitosis del factor de crecimiento epidérmico (EGF).<br/><br/>CONCLUSIONES. M2PK, CLC, ARF6 y varios fosfolípidos, tales como PIP2, han sido identificados como nuevas moléculas capaces de interactuar con HERC1. Esta proteína se halla asociada al aparato de Golgi y se transloca a protrusiones de actina. HERC1 no es, sin embargo, esencial para el adecuado funcionamiento de las vías celulares de endocitosis y secreción proteica, aunque la sobreexpresión de ciertos dominios de HERC1 causa alteraciones en el citoesqueleto de actina y la endocitosis de EGF.

<i>INTRODUCTION. The human HERC family consists of six proteins whose sequences contain both HECT (Homologous to E6AP C-terminus) and RCC1-like domains (RLDs). While HECT domains are known to act as E3 ubiquitin ligases, RLDs behave, in at least some cases, as guanine nucleotide exchange factors for small GTPases. HERC1 is a giant (532 kDa) protein which has been implicated in membrane trafficking pathways through its ability to interact with clathrin heavy chain (CHC) as well as ARF- and Rab-family GTPases. <br/>OBJECTIVES. In this study, we sought to (i) identify new HERC1-binding molecules, (ii) pinpoint HERC1's subcellular localization, (iii) analyze the effects of siRNA-mediated HERC1 knockdown and (iv) characterize the behavior of truncated and mutant versions of HERC1.<br/>METHODS. HERC1-interacting molecules were found using yeast two-hybrid screens, pull-down, coimmunoprecipitation and lipid-protein overlay assays. The interactions were further characterized using ubiquitination and nucleotide exchange assays, gel filtration chromatography and enzyme activity measurements. The subcellular distribution of HERC1 was studied by confocal epifluorescence microscopy in several cell lines, which were also used to determine the effects upon intracellular trafficking pathways of a HERC1-specific siRNA and of a number of chimeric proteins between the green fluorescent protein (GFP) and various truncated and mutant forms of HERC1. <br/>RESULTS. M2-type pyruvate kinase (M2PK) was shown to interact with HERC1. However, HERC1 does not influence M2PK enzyme activity, oligomeric structure or ubiquitination. Clathrin light chain (CLC) and ARF6 also bind HERC1. Moreover, HERC1 stimulates GDP dissociation from ARF6, which, in turn, requires the presence of phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP2) bound to HERC1. Other phospholipids apart from PIP2 also display affinity for HERC1. Regarding its subcellular localization, HERC1 appeared partly in Golgi-associated vesicles and was seen to translocate to actin-rich membrane protrusions in an ARF6-dependent manner. On the other hand, HERC1 siRNA was shown not to affect endocytic or secretory pathways whereas, by contrast, some GFP-HERC1 chimeras cause alterations in endocytosis and the actin cytoskeleton. <br/>CONCLUSIONS. M2PK, CLC, ARF6 and several phosphoinositides have been identified as HERC1-binding molecules. HERC1 is Golgi-associated and probably has a regulatory function in membrane trafficking and/or in cytoskeletal rearrangements. </I>