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Transfer of a Redox-Signal through the Cytosol by Redox-Dependent Microcompartmentation of Glycolytic Enzymes at Mitochondria and Actin Cytoskeleton.

ミトコンドリアとアクチン細胞骨格で糖分解酵素のレドックス依存的なMicrocompartmentationによって、サイトゾル中をレドックス-信号の移る。

Published date

2013-01-09

Author

Joanna Wojtera-Kwiczor, Felicitas Groß, Hans-Martin Leffers, Minhee Kang, Markus Schneider, Renate Scheibe

Affiliation

Department of Plant Physiology, Faculty of Biology and Chemistry, University of Osnabrueck Osnabrueck, Germany.

Abstract

The cytosolic glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH, EC 1.2.1.12, GapC) plays an important role in glycolysis by providing the cell with ATP and NADH. Interestingly, despite its glycolytic function in the cytosol, GAPDH was reported to possess additional non-glycolytic activities, correlating with its nuclear, or cytoskeletal localization in animal cells. In transiently transformed mesophyll protoplasts from Arabidopsis thaliana colocalization and interaction of the glycolytic enzymes with the mitochondria and with the actin cytoskeleton was visualized by confocal laser scanning microscopy (cLSM) using fluorescent protein fusions and by bimolecular fluorescence complementation, respectively. Yeast two-hybrid screens, dot-blot overlay assays, and co-sedimentation assays were used to identify potential protein-protein interactions between two cytosolic GAPDH isoforms (GapC1, At3g04120; GapC2, At1g13440) from A. thaliana with the neighboring glycolytic enzyme, fructose 1,6-bisphosphate aldolase (FBA6, At2g36460), the mitochondrial porin (VDAC3; At5g15090), and actin in vitro. From these experiments, a mitochondrial association is suggested for both glycolytic enzymes, GAPDH and aldolase, which appear to bind to the outer mitochondrial membrane, in a redox-dependent manner. In addition, both glycolytic enzymes were found to bind to F-actin in co-sedimentation assays, and lead to bundling of purified rabbit actin, as visualized by cLSM. Actin-binding and bundling occurred reversibly under oxidizing conditions. We speculate that such dynamic formation of microcompartments is part of a redox-dependent retrograde signal transduction network for adaptation upon oxidative stress.

 

サイトゾルのグリセルアルデヒド-3-リン酸塩デヒドロゲナーゼ(GAPDH、EC 1.2.1.12、GapC)は、細胞にATPとNADHを供給することによって、解糖において重要な役割を果たす。
興味深いことに、サイトゾルのその解糖機能にもかかわらず、GAPDHは付加的な非解糖活動を所有することが報告された。
そして、動物の細胞でその核であるか、細胞骨格局在と相関した。
シロイヌナズナからの一過性に変わる葉肉プロトプラストにおいて、ミトコンドリアによる、そして、アクチン細胞骨格による糖分解酵素の共存と相互作用は、蛍光タンパク質融合を用いた共焦レーザー読取り顕微鏡観察法(cLSM)によって、そして、それぞれ二分子蛍光相補視覚化された。
酵母二重ハイブリッドのスクリーン、ドットブロット・オーバレイ分析と共沈降分析は、2つのサイトゾルのGAPDHアイソフォームの間の潜在的タンパク質-タンパク質相互作用を同定するのに用いられた(GapC1、At3g04120;GapC2、At1g13440)隣接糖分解酵素、フルクトース1,6-二リン酸エステル・アルドラーゼ(FBA6、At2g36460)、ミトコンドリア耳点によるA. thalianaから(VDAC3;At5g15090)、そして、生体外のアクチン。
これらの実験から、ミトコンドリア関連は、両方の糖分解酵素、GAPDHとアルドラーゼ(それは外側のミトコンドリア膜と結合するように見える)のためにレドックス依存的な方法で示唆される。
加えて、両方の糖分解酵素が、共沈降分析でF-アクチンと結合して、cLSMによって視覚化されるように精製されたウサギ・アクチンのバンドリングに至るとわかった。
アクチン-結合とバンドリングは、条件の陽性原子価を増加させることの下で、可逆的に起こった。
我々は、マイクロ区画のそのような動的な形成が酸化ストレスの順応のためのレドックス依存的な逆行的なシグナル伝達ネットワークの一部であると推測する。


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