Der GAT1 C-terminus kontrolliert den Export aus dem ER

Der GABA Transporter-1 (GAT1) beendet die Wirkung von GABA, dem wichtigsten inhibitorischen Neurotransmitter in Gehirn. Damit stellt GAT-1 ein interesantes Ziel für pharmakologische Intervention, z.B. bei der Epilesie, dar. Außerdem kann GAT1 als ein Modellprotein für eine große Klasse von Membranproteinen dienen, die der Qualitätskontrolle im endoplasmatischen Reticulum (ER) unterliegen. Wir haben vor kurzem ein ER-Exportmotiv im proximalen Teil des GAT1 C-terminus beschrieben. Es besteht aus drei hydrophoben Aminosäuren (569VMI571). Die Mutation dieses Motivs zu Serinresten (GAT1-SSS) führt zur intrazellulären Retention des Transporters. Unsere präliminären Daten zeigen, dass jedes dieser hydrophoben Reste für den ER- Export wichtig sind, jedoch V569 eine Sonderrolle spielt. Wir konnten ebenfalls zeigen, dass der proximale Teil des C-terminus ein Interaktionssttelle für Sec24D besitzt. Diese Interaktion war jedoch nicht durch das VMI-Motiv mediiert. Weiter proximal gelegene Reste (566RL567) waren für diese Interaktion notwendig: Durch Mutation zu Alanin und Serin (GAT1-RL/AS) ging die Interaktion verloren. GAT1-RL/AS zeigte eine diffuse intrazelluläre Verteilung und war nur bei wenigen Zellen an der Zelloberfläche zu finden. Im Gegensatz dazu ist GAT1-SSS in punktförmigen Strukturen angereichert und nicht in nennenswertem Ausmaß an der Zelloberfläche zu sehen. Wir postulieren folgendes hypothetisches Modell: (i) GAT1-SSS wird in ER-Exit-Stellen (ERES) oder in einem späteren pre-Golgi Kompartiment konzentriert. Es kann jedoch nicht aus diesen exportiert werden. (ii) GAT1- RL/AS wird nicht in ERES konzentriert. Diese Annahme erklärt die geringere Oberflächenexpression im Vergleich zum Wildtyp Transporter. Auf Grund dieses Modell ergeben sich Voraussagen, die anhand folgender Fragen überprüft werden können: - Ist Sec24D auch für den ER-Export von GAT1 in vivo wichtig? - Liegt bei GAT1-RL/AS ein Konzentrierungsdefekt im ERES vor? - In welchem Kompartiment ist GAT1-SSS konzentriert? - Ist eine oligomere Struktur von GAT1 für den Konzentrierungsprozess von Bedeutung? - Ist die Rate des ER-zu-Golgi Transports von GAT1-RL/AS langsamer als die des Wildtyp Transporters? - Welches Protein interagiert mit dem VMI-Motiv im GAT1 C-terminus? Mit den gewonnenen Erkenntnissen soll ein mechanistisches Modell formuliert werden, das den Export des GAT1 aus dem ER beschreibt. Wir gehen davon aus, dass dieses Modell auch für weitere Neurotransmittertransporter und andere polytope Transmembranproteine anwendbar ist. Die Liste der Erkrankungen, die durch die ER-Retention von Membranproteinen bedingt sind, ist lang und umfasst die zystische Fibrose und den nephrogenen Diabetes insipidus.