Mechanism of pFGE and FGE Retention in Endoplasmic Reticulum

Abstract

Das Formylglycin bildende Enzym FGE, codiert durch das Gen SUMF1 (Sulfatase modifying factor1), verursacht in Sulfatasen eine neuartige co-translationale Modifikation eines spezifischen Cysteinrestes zu Formylglycin. Mutationen im FGE-codierenden Gen sind die Ursache der Multiplen Sulfatase- Defizienz, bei welcher die enzymatischen Aktivitäten sämtlicher Sulfatasen drastisch reduziert sind. Im humanen Genom wurde ein weiteres Gen identifiziert, welches eine starke Sequenzhomlogie zu FGE aufweist. Es wird als SUMF2 und das Protein als paraloges FGE (pFGE) bezeichnet, wobei die genaue Funktion dieses Proteins noch immer unbekannt ist. Die topologische Verteilung beider Proteine lässt auf eine ER(Endoplasmatischen Reticulum)-Lokalisation schließen, wobei ihnen in den meisten Spezies jedoch ein klassisches ER-Retentionssignal fehlt. Die vorliegende Studie konzentrierte sich auf die Identifikation des ER-Retentionsmechanismus von pFGE und FGE. Es konnte gezeigt werden, dass der Retentionsmechanimus von pFGE ein sättigbarer Prozess ist, bei welchem durch die Gegenwart eines C-terminalen Tags die Retention des Proteins behindert werden konnte. Weitergehende Untersuchungen führten zur Identifikation des Tetrapeptides PGEL als mutmaßliche C-terminale Determinate für die Retention von pFGE. Die Trunkierung der Sequenz PGEL führte zu einer drastisch verminderten Retention von pFGE. Das Einfügen der PGEL-Sequenz an den C-terminalen Teil des Enzyms Lysozym führte zu einer Retention des normalerweise sekretierten Porteins. Diese Beobachtungen zeigen, dass es sich bei PGEL um eine autonome Retentionssignal-Sequenz handelt.Die Retention von FGE im ER ist ebenfalls ein sättigbarer Mechanismus, allerdings besitzt FGE keine C-terminale Determinante, welche die Lokalisation im ER bestimmen könnte. Die starke Sequenzhomologie, die Lokalisation und die strukturellen Ähnlichkeiten zu pFGE führten zu weitergehenden Studien über eine mögliche Interaktion beider Proteine, durch die dann die ER-Retention von FGE vermittelt werden könnte. Obwohl Yeast-two-hybride-Tests eine Interaktion zwischen pFGE und FGE zeigten, konnte kein Einfluss auf die Retention von FGE festgestellt werden. Weiterführende biochemische Untersuchungen zur Indentifikation möglicher Interaktionsparter, die eine Retention von FGE im ER vermitteln könnten, lieferten keine adäquaten Kandidatenproteine. Schließlich wurde der aminoterminale Teil von FGE genauer untersucht. Hierbei konnte eine drastische Verminderung der Retention und der biologischen Aktivität (ohne dabei die katalytische in vitro-Aktivität signifikant zu beeinflussen) festgestellt werden, wenn die FGE-Aminosäurereste 34-69 trunkiert wurden. Diese Beobachtungen lassen darauf schließen dass der aminoterminale Teil von FGE eine Rolle bei der Vermittlung der ER-Retention von FGE spielt.Zusammenfassend kann man sagen, dass die Retention von pFGE durch sein C-terminales Tetrapeptid PGEL vermittelt wird, welches notwendig und ausreichend ist für die Retention im ER. Die Retention des FGE Retention dagegen wird durch den aminoterminalen Teil des FGE-Proteins vermittelt.