Mechanism of Syndecan-4 mediated-membrane localization of Protein Kinase Ca

Abstract

일반적으로 Protein Kinase Cα(PKCα) 의 활성화는 Phospholipase C (PLC) 에 의한 Phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP₂) 의 물질대사 생성 물질에 의한 것이라고 알려져 있다. 하지만, 이와 동시에 PIP₂는 PKCα 와 결합 할 수 있다고도 알려져 있다. 그러므로 PIP₂ 가 PKCα 의 세포막으로의 위치 이동을 조절할 가능성이 있다. PLCγ1이 발현되지 않는 세포에서 PKCa 는 10 mM 의 EGTA 나 500 mM 의 NaCl 이 있는 조건에서도 세포막에 있음을 관찰하였고, Epidermal growth factor (EGF) 에 의한 세포막으로의 PKCα 의 이동은 PLC 특이적인 반응 억제제인 U73122 로 억제되었음에도 불구하고, Mouse Embryonic Fibroblast 와 Rat Embryonic Fibroblast 세포에서 U73122 를 처리했을 때 PKCα의 세포막으로의 이동이 약간씩 증가하였고, 이것은 세포막에 결합하는 PKCα 가 PLCγ 와 독립적으로 존재할 것이라는 것을 나타낸다. 또한 세포막과 결합하고 있는 PKCα 는 PLCγ 를 첨가하여 반응시켰을 때에는 감소하였고, PIP₂ 와 함께 반응 시켰을 때에는 증가하였다. 이들 실험 결과는 PKCα 의 세포막의 결합을 PIP₂ 가 매개하고 있을 것이라는 것을 보여준다. 그리고 phosphatidylcholin (PC) 과 PIP₂ 를 이용해 micelle 을 형성하여 PKCα 와 반응 시켰더니 PIP₂가 포함된 micelle 에서 PKCα 와 결합이 증가하였고, PLCγ 에 의해 그 결합이 감소하는 것을 통해 PKCα 와 PIP₂ 가 직접 결합할 것이라는 것을 알 수 있었다. focal adhesions 과 stress fibres 형성에 중요한 역할을 한다고 알려진 syndecan-4 는 PKCα 를 세포막으로 이동을 증가 시키는데, sundecan-4 의 발현을 높인 세포에서 PIP₂ 가 정량적으로 증가한 사실을 통해, 증가된 PIP₂ 에 의해 PKCα 가 세포막으로 이동한 것임을 다시 한번 뒷받침해 준다고 할 수 있다. 이 모든 결과를 종합해서, 지금까지 알려진 PLC 에 의한 경로와는 독립적으로 PIP₂ 가 PKCα 와 결합하여 세포막으로의 이동을 조절하고 syndecan-4 에 의해 증가되는 PKCα 의 세포막으로의 이동에도 PIP₂ 가 관여하여 이를 조절하는 것임을 알 수 있다.;In general, protein kinase Ca (PKCα) activation is known to be dependent on the metabolic product of phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP₂) by phospholipase C (PLC). Their direct interaction indicates the possibility of PIP₂-dependent membrane localization of PKCα. However, PKCα membrane localization was observed in both wild type and PLCγ1 -/- mouse embryonic fibroblast (MEF) cells, even in the present of the specific PLC inhibitor U73122, indicating that certain PKCα localizes into plasma membrane independently on PLC activity. The amount of PIP₂ was increased in response to U73122 and it was correlated with increased membrane localization of PKCα. In addition, PKCα in the membrane fraction was decreased while incubation with purified PLC, and increased by either inhibiting metabolic degradation of PIP₂ or adding exogenous PIP₂ in vitro, implying that PIP₂ level is crucial for membrane localization of PKCα. Furthermore, the mixed micelles containing PIP₂ showed direct interaction with PCKα and this interaction was decreased with incubation with PLCγ. Finally, we found that PIP₂ is involved in syndecan-4-mediated membrane localization of PKCα. Taken together these data suggest that, in addition to the role as a precursor generating second messengers, PIP₂ per se could regulate membrane localization of PKCα in vivo.