TANGO1 asembles a machine for collagen folding and export

Abstract

COPII vesicles of 60-90nm diameter are known to export secretory cargoes from endoplasmic reticulum (ER). However, they cannot be employed to export bulky cargoes like the collagens that can reach up to 400 nm in length. Collagens, the most abundant secretory proteins, make up 25% of our dry body weight and required for building extracellular matrix, and to produce mineralized bones. The discovery TANGO1 has made the process of collagen export at the ER amenable to molecular analysis. I set out to identify its interactors through a proximity biotinylation coupled with mass spectrometry approach. My results show that TANGO1 bridges the cytoplasmic export machinery with ER luminal folding machinery. It is noteworthy that several of the luminal interactors identified are exclusively dedicated to collagen folding and modification. This search also revealed the identity of protein called Torsin-1A, and my data show that it potentially functions in degrading unfolded collagens. I also asked whether TANGO1 is required to export transmembrane collagens. Transmembrane collagens are unique as they have a cytoplasmic domain that can in theory recruit COPII proteins to facilitate their export. I observed minimal dependency on TANGO1 for transmembrane collagen XVII export. Interestingly, TANGO1 binds both folded and misfolded Collagen XVII. Altogether, my data suggest that TANGO1 functions predominantly to export soluble collagens its ability to bind both folded and unfolded collagens is used by the cells to eliminate unfolded collagens and to ensure only the full assembled and functional collagen are secreted.

Les vesícules COPII, que tenen un diàmetre de 60-90nm, transporten les proteïnes que seran secretades des del reticle endoplasmàtic (RE). No obstant, aquestes vesícules no poden ser usades per transportar proteïnes molt voluminoses, com els col·làgens que poden arribar a mesurar 400 nm de longitud. Els col·làgens, el tipus de proteïna secretada més abundant, suposen el 25% del pes sec del nostre cos i són necessaris per construir la matriu extracel·lular, així com per generar els ossos mineralitzats. El descobriment de la proteïna TANGO1 ha permès l’anàlisi molecular del procés d’exportació dels col·làgens des del RE. Un dels objectius d’aquesta tesi era identificar quines proteïnes interaccionen amb TANGO1 usant un enfocament de biotinilació per proximitat conjugat amb una espectrometria de masses. Els meus resultats han mostrat que TANGO1 serveix de connexió entre la maquinària d’exportació citoplasmàtica i la maquinària de plegament de la llum del RE. És important destacar que una quantitat important de les proteïnes identificades que interaccionen amb TANGO1 al RE estan dedicades exclusivament al correcte plegament i modificació dels col·làgens. Aquesta investigació també ha revelat la identitat d’una proteïna anomenada Torsin-1A, i les meves dades han demostrat que la seva funció potencial és en la degradació de col·làgens que no han sigut correctament plegats. Una altra de les preguntes que he respost en aquesta tesi és si TANGO1 és necessari també per l’exportació de col·làgens amb un domini transmembrana. Aquests col·làgens són únics ja que tenen un domini citoplasmàtic que en teoria pot reclutar directament les proteïnes COPII per facilitar la seva exportació del RE. Els meus resultats han mostrat una dependència mínima en TANGO1 per l’exportació del col·lagen amb domini transmembrana XVII. No obstant, és interessant remarcar que TANGO1 pot unir col·lagen XVII independentment de si està correctament o incorrectament plegat. En conclusió, les meves dades suggereixen que TANGO1 funciona predominantment per exportar col·làgens solubles, i la seva habilitat per unir col·làgens tant si estan correctament o incorrectament plegats és usada per les cèl·lules per eliminar aquells col·làgens mal plegats per assegurar que només els col·làgens totalment estructurats i funcionals seran secretats.