The Role of Motor Protein in Unconventional Protein Secretion

Abstract

"Typically, secretory proteins are transported via the conventional pathway from the endoplasmic reticulum to the Golgi apparatus, before reaching their destination at the plasma membrane or being secreted out of the cell. Recent research has discovered that numerous proteins without a signal peptide are secreted via unconventional protein secretion (UPS), which bypasses the traditional ER-Golgi trafficking route. Several transmembrane proteins, such as folding defective cystic fibrosis transmembrane regulator (CFTR) protein and Spike of coronaviruses are secreted via UPS induced by ER stress. However, the UPS pathway has not been fully elucidated yet. In this study, we found that not only some specific kinesins (KIF1A, KIF5A, and KIF15), but also cytoplasmic dynein, and even specific adaptor proteins such as FYCO1 and SKIP, have an important role in the unconventional trafficking of CFTR. The results of gene silencing indicated that these motor proteins are involved in unconventional secretion of △F508-CFTR, but not in conventional secretion of wild type CFTR. Moreover, these motor proteins also participate in the unconventional transport of the SARS-CoV-2 Spike. These findings suggest that specific motor proteins, distinct from those involved in conventional trafficking, are implicated in the stress-induced UPS of transmembrane proteins.

분비 단백질은 전통적으로 소포체(ER)를 통해 골지체(Golgi)로 운반되고, 그 후 세포막 또는 세포 밖으로 운반된다. 최근의 연구들에서 신호 펩타이드가 없는 많은 단백질이 소포체-골지체 수송 경로를 우회하는 비전형적 단백질 분비(UPS)를 통해 이동한다는 것을 발견되었다. 돌연변이로 인해 단백질 구조에 결함이 있는 낭포성 섬유증 막횡단 전도 조절자(CFTR) 단백과 중증 급성 호흡기 증후군 코로나바이러스 2(SARS-CoV-2)의 스파이크(Spike) 단백과 같은 여러 막관통단백들은 소포체 스트레스에 의해 유도된 비전형적 단백 분비를 통해 세포막으로 이동한다. 그러나 비전형적 단백 분비 과정의 구체적 경로는 충분히 밝혀지지 않았다. 이 연구에서 리보핵산 간섭(RNA interference) 실험을 통해 KIF1A, KIF5A 및 KIF15와 같은 키네신 뿐만 아니라 세포질 디네인도 돌연변이 낭포성 섬유증 막횡단 전도 조절자 단백의 비전형적 이동 과정에 중요한 역할을 한다는 것을 발견했다. 그러나 이러한 운동 단백들이 야생형 낭포성 섬유증 막횡단 전도 조절자 단백의 전통적 이동 경로에는 영향을 미치지 않음을 확인하였다. 더욱이 이러한 운동 단백질은 스파이크 단백의 비전형적 이동 경로에도 관여함을 확인하였다. 마지막으로, 면역세포화학(Immunocytochemistry) 염색에서 발견된 점 형태(puncta)의 구조체가 비전형적 이동 경로의 중간 지점이며, 이 지점에서 디네인과 키네신간에 화물(cargo) 단백이 교환된다고 제안한다."