Struktur und Funktion von p40

In diesem Projekt wurde der mutmaßliche, G-Protein-gekoppelte Rezeptor (GPCR) p40/GPR69A, der von unserer Gruppe aus Humanerythrocyten-Membranen isoliert worden war, auf der Protein- und Gen-Ebene charakterisiert. Obwohl die für GPCRs charakteristische Sieben-Transmembran-Protein-Struktur klar vorhergesagt wurde, zeigten unsere folgenden biochemischen Daten, dass p40 kein integrales, sondern ein peripheres Membranprotein ist und daher kein GPCR sein kann. Die Re-Evaluation der p40-Struktur, in Kooperation mit Aron Marchler-Bauer (NCBI), ergab eine Ähnlichkeit mit bakteriellen Proteinen, die kollektiv mit LanC bezeichnet werden. Diese Proteine spielen bei der Biosynthese von sogenannten "Lantibiotika" eine Rolle. Lantibiotika sind antimikrobielle Peptide, die durch Dehydratisierung und Bildung eines cyclischen Thioethers aus Peptidvorstufen gebildet werden. Wegen der eindeutigen, strukturellen Verwandtschaft mit den LanC-Proteinen, haben wir p40 in LanC-like protein 1 (LANCL1) umbenannt. Wir isolierten und charakterisierten die Maus-, Ratten- und Zebrafisch-Orthologen und fanden mehr als 90 % Identität im Vergleich mit dem humanen Protein. Humanes LANCL1 wird am stärksten im Gehirn exprimiert, hingegen werden das Maus- und Ratten-LANCL1 etwa gleich stark im Gehirn und in Testis exprimiert, außerdem in Herz und Leber. Interessanterweise gibt es eine Gewebe-spezifische Längen-Variation bei der LANCL1-mRNA, was eine Gewebe-spezifische Regulation der Expression andeutet. Unsere Immunfluoreszenz-Studien zeigten, dass LANCL1 hauptsächlich im Cytoplasma von verschiedenen Zellen vorkommt, jedoch konnte auch eine starke Färbung der Plasmamembran beobachtet werden, wenn die Zellen davor trypsinisiert wurden, um sie abzulösen. Möglicherweise löst die Trypsin-Behandlung ein Signal in der Zelle aus, das die Translokation von cytosolischem LANCL1 an die Membran bewirkt. In letzter Zeit fanden wir LANCL1 auch an Vesikeln nahe der Plasmamembran. Im Verlauf unserer Suche nach weiteren LANCL Proteinen identifizierten und charakterisierten wir ein verwandtes, humanes Protein, das wir LANCL2 nannten. Dieses Protein weist 58 % Identität mit LANCL1 auf und zeigt ein ähnliches, gewebespezifisches Expressionsmuster, hauptsächlich in Gehirn und Testis. Die Modell-Pflanze Arabidopsis thaliana exprimiert ebenfalls zwei LANCL Proteine, wobei eines dem LANCL1 ähnelt und eines dem LANCL2. Diese Daten zeigen, dass die LANCL Proteine sowohl im Tier-, wie im Pflanzenreich eine wichtige Rolle spielen. Um die Basis für einen LANCL1 knockout zu bilden, untersuchten wir die Organisation der entsprechenden Maus- und Mensch-Gene. Beide Gene sind ca. 40 kb lang und umfassen zehn Exons. Interessanterweise sind die meisten der sieben hydrophoben Domänen in einzelnen Exons codiert, was darauf hindeutet, dass diese Gene durch mehrfache Duplikation entstanden sind. Unsere Fluoreszenz-in situ-Hybridisierungs-Analysen lokalisierten die LANCL1 Gene auf dem humanen Chromosom 2q34 und dem Maus-Chromosom 1, Region C2-C5. In Summe deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass die Proteine der LANCL-Familie eine ähnliche Funktion wie die bakteriellen LanC-Proteine haben, nämlich die Mitwirkung bei der Bildung von antimikrobiellen Peptiden. Diese Peptide sind ein hochinteressantes Forschungsthema mit einem großen Anwendungspotential in der Medizin und Nahrungsmittelindustrie.