Caracterización molecular, celular y funcional de la sialidasa neu3

Abstract

Resumen: La sialidasa asociada a membranas Neu3 está involucrada en el catabolismo de glicoconjugados, especialmente de gangliósidos, e interviene en numerosos procesos biológicos tales como diferenciación, proliferación, migración y adhesión celular, regulando principalmente vías de transducción de señales. Dado que el mecanismo de asociación de Neu3 con membranas biológicas no se conoce, uno de los objetivos de este trabajo fue proveer más información sobre ese aspecto. Se encontró que Neu3 localiza principalmente en membrana plasmática, y también en endomembranas de compartimientos endosomales. Utilizando diferentes metodologías se demostró que el extremo C-terminal de la proteína está expuesto hacia el lado citosólico, y que otra porción de Neu3 está expuesta hacia el espacio extracelular, sugiriendo que la sialidasa posee las características de una proteína transmembrana. Sin embargo, análisis in silico y modelado molecular predijeron que la sialidasa no contiene segmentos α-hélices transmembrana en su secuencia, y que comparte la estructura de β-propeller, típica de las sialidasas virales y bacterianas. En la búsqueda de modificaciones post-traduccionales de Neu3, se encontró que la misma está S-acilada, y dado que la S-acilación está restringida al lado citosólico de las membranas, este descubrimiento apoya la idea de que la sialidasa contiene un dominio expuesto al citosol. Aunque aún queda por determinar exactamente cómo esta enzima atraviesa la bicapa lipídica, la primera parte de este estudio provee una nueva visión sobre la topología de Neu3 y se discuten algunas posibles configuraciones. Por otro lado, se estudiaron aspectos funcionales de la enzima no descriptos con anterioridad, como ser su participación en eventos endocíticos. Se observó que células que sobreexpresan Neu3 endocitan menos transferrina (Tf), un típico ejemplo de molécula que ingresa a la célula por endocitosis mediada por clatrina (CME). Dicha disminución en la endocitosis de Tf se observó también en células con reducido nivel de expresión de glicoesfingolípidos, sugiriendo que el efecto observado es independiente de la acción de Neu3 sobre gangliósidos. La disminución en la internalización de Tf, como así también de otras moléculas que ingresan por CME, pudo ser explicada debido a una distribución subcelular alterada del adaptador de clatrina AP-2, el cual se observó formando agregados en células que sobreexpresan Neu3. Por el contrario, clatrina, el fosfoinosítido PIP2 y caveolina mostraron una distribución normal. En conjunto estos resultados sugieren un rol específico de Neu3 en CME.

Abstract: Membrane-bound sialidase Neu3 is involved in the catabolism of glycoconjugates, especially gangliosides, and plays crucial roles in numerous biological processes, such as differentiation, proliferation, migration and cell adhesion, regulating transmembrane signaling. Since the mechanism of its association with membranes is still not completely understood, the aim of this work was to provide further information regarding this aspect. Human Neu3 was found to be associated with the plasma membrane and endomembranes from endosomal compartments, and it was not released from the lipid bilayer under conditions that typically release peripheral membrane proteins. By different experimental approaches, it was demonstrated that its C-terminus is exposed to the cytosol while another portion of the protein is exposed to the extracellular space, suggesting that Neu3 possesses the features of a transmembrane protein. However, in silico analysis and homology modeling predicted that the sialidase does not contain any α-helical transmembrane segment and shares the same β-propeller fold typical of viral and bacterial sialidases. Additionally, it was found that Neu3 is S-acylated, and since this post-translational modification is restricted to the cytosolic side of membranes, this finding strongly supports the idea that Neu3 may contain a cytosolic-exposed domain. Although it remains to be determined exactly how this sialidase crosses the lipid bilayer, the first part of this study provides new insights about membrane association and topology of Neu3. On the other hand, some previously unknown functional aspects of the enzyme, such as its involvement in endocytic events, were studied in this work. The ectopic expression of Neu3 led to a drastic decrease in the internalization of transferrin (Tf), the archetypical cargo for clathrin-mediated endocytosis (CME). This reduction was still observed in cells with reduced expression of glycosphingolipids, suggesting that the observed effect is independent of Neu3 activity toward gangliosides. This decrease in the internalization of Tf and also of other molecules entering by CME could be explained by an altered subcellular distribution of the clathrin adaptor AP-2, which was observed to be aggregated in cells overexpressing Neu3. In contrast, clathrin, the phosphoinositide PIP2 and caveolin showed a normal distribution. Together these results suggest a specific and novel role of Neu3 in CME.