The role of retromer complex in the unconventional trafficking of CFTR

Abstract

The most common disease-causing mutation in the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) gene is ΔF508-CFTR. Due to its folding defect, ΔF508-CFTR is rapidly decomposed by endoplasmic reticulum-associated degradation (ERAD) and is unable to reach the plasma membrane. Although our group has reported that ∆F508-CFTR can restore its function and reach the plasma membrane via the unconventional pathway under the ER stress or ER-to-Golgi blockade condition, the precise mechanism of this unconventional protein secretion (UPS) pathway remains to be further elucidated. In this study, we found that the retromer complex and sorting nexin (SNX) 27 play a crucial role in the unconventional trafficking of CFTR. The gene silencing results revealed that SNX27 and the vacuolar protein sorting subcomplex (VPS) 26-29-35, components of the retromer complex, are involved in the UPS of CFTR. We also found that SNX27 and CFTR physically interact and this interaction is augmented when UPS is activated. These results suggest that retromer components and SNX27 are required for the UPS of CFTR, which is mediated by the physical interaction between SNX27 and CFTR. 단백질이 합성되어 세포의 세포막이나 각 기관으로 이동하는 경우, 보통 소포체와 골지체를 통해 이동하게 된다. 이 때 단백질들은 단백질 접힘에 문제가 있는지 확인하기 위해 ERQC 과정을 거치게 된다. 단백질 접힘에 이상이 있는 경우에는 ERAD에 의해 분해되고 골지체를 통과할 수 없게 된다. 단백질 접힘에 이상이 있는 단백으로 인해 질병이 발생할 수 있는데 대표적인 예시로는 CFTR이 있다. CFTR은 고리형 아데노신 일인산으로 인해 활성화되어 상피세포에서 염화이온과 탄산수소염을 운반하는 단백질이다. 질병을 일으키는 가장 흔한 CFTR 유전자의 돌연변이는 508번째 페닐알라닌이 제거된 CFTR이다. 평소에 이 돌연변이는 단백질 접힘에 이상이 생겨서 ERAD에 의해 분해되어 세포막으로 도달할 수 없게 된다. 그럼에도 불구하고 소포체에 스트레스가 주어지는 상황이나 소포체에서 골지체로 가는 경로가 막힌 상황에서 GRASP 의존 비전형적 세포막 수송을 통해 이 돌연변이 CFTR이 세포막으로 도달할 수 있으며 일정 수준 이상의 기능을 회복할 수 있음을 발견하였다. 하지만 아직 이 비전형적 세포막 수송의 정확한 메커니즘은 밝혀져 있지 않다. 해당 연구는 retromer 복합체와 Sorting nexin 27이 CFTR의 비전형적 세포막 수송에 중요한 역할을 한다는 것을 확인하였다. Retromer 복합체를 구성하는 VPS26∙29∙35와 SNX27 유전자의 발현을 억제하였을 때 CFTR의 비전형적 세포막 수송이 현저히 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 특히 CFTR의 세포막 수송 과정에서 SNX27과 CFTR은 각각이 가지고 있는 PDZ 도메인을 통해 서로 물리적으로 결합한다는 것 또한 확인할 수 있었고 이 결합은 비전형적 세포막 수송이 활성화되었을 때 더 강해진다는 것을 확인할 수 있었다. 이 결과를 통해 SNX27과 CFTR의 결합을 통해 매개되는 CFTR의 비전형적 세포막 수송에 retromer 복합체의 구성요소들이 중요하다는 것을 알 수 있었다.