ラットにおける完全長グリコシルホスファチジルイノシトール固定タンパク質の年齢依存的な膜放出と分解

Age-dependent membrane release and degradation of full-length glycosylphosphatidylinositol-anchored proteins in rats.

• Günter A Müller
• Siegfried Ussar
• Matthias H Tschöp
• Timo D Müller

抄録

グリコシルホスファチジルイノシトール(GPI)固定タンパク質(GPI-APs)は、共有結合的に結合したカルボキシ末端GPI糖脂質構造を介してのみ真核細胞の表面に結合しており、この構造は形質膜の外側リーフレットに固定されている。このような膜結合モードは、完全なGPIアンカーを持つ完全長GPI-APが（i）in vitroで単離されたラット脂肪細胞から放出され、（ii）ラットおよびヒト血清中で発現するという最近の観察結果の原因となっているかもしれません。このように、GPI-APsは、ラットの脂肪細胞からin vitroで放出され、ラットおよびヒトの血清中で発現していたが、インスリン抵抗性ラットや糖尿病ラットの血清中では発現が低下していた。ここでは、マイクロ流体チップ上を伝播する表面音響波に依存する完全長GPI-APsのための感度と信頼性の高いセンシング方法を使用して、（i）単離された脂肪球の血漿膜からの完全長GPI-APs CD73、アルカリホスファターゼとCD55のリリースのアップレギュレーションを使用して、"ラボ-オン-ザ-チップ"構成で監視しています。(ii)単離されたラット脂肪細胞からインキュベーション培地に放出され、(iii)血清中のGPIアンカーの脂肪分解開裂は、(健康な)ドナーラットの年齢(3-16週)と体重(87-477g)に伴って増加することが示された。一方、チップベースのセンシングにより決定されたラット血清中の全長GPI-APsの量は、年齢/体重とともに減少することが明らかになった。これらの相関関係は、年齢/体重に起因する血漿膜の変化（特定の生物物理学的/生化学的特性）が、血清中のGPI-PLD活性の上昇によって打ち消される全長GPI-APの放出に関与していることを示唆しています。したがって、これらのGPI-AP関連パラメータの高感度かつ特異的な測定は、一般的には加齢に関連した細胞表面の変化のモニタリングや、特に疾患のモニタリングに有用であると考えられる。

Glycosylphosphatidylinositol (GPI)-anchored proteins (GPI-APs) are associated with the surface of eucaryotic cells only through a covalently coupled carboxy-terminal GPI glycolipid structure which is anchored at the outer leaflet of plasma membranes. This mode of membrane association may be responsible for the recent observations that full-length GPI-APs harbouring the complete GPI anchor are (i) released from isolated rat adipocytes in vitro and (ii) expressed in rat and human serum. The upregulation of the adipocyte release in response to increased cell size and blood glucose/insulin levels of the donor rats and downregulation of the expression in serum of insulin resistant and diabetic rats have been reconciled with enhanced degradation of the full-length GPI-APs released into micelle-like complexes together with (lyso)phospholipids and cholesterol by serum GPI-specific phospholipase D (GPI-PLD). Here by using a sensitive and reliable sensing method for full-length GPI-APs, which relies on surface acoustic waves propagating over microfluidic chips, the upregulation of (i) the release of the full-length GPI-APs CD73, alkaline phosphatase and CD55 from isolated adipocyte plasma membranes monitored in a "lab-on-the-chip" configuration, (ii) their release from isolated rat adipocytes into the incubation medium and (iii) the lipolytic cleavage of their GPI anchors in serum was demonstrated to increase with age (3-16 weeks) and body weight (87-477 g) of (healthy) donor rats. In contrast, the amount of full-length GPI-APs in rat serum, as determined by chip-based sensing, turned out to decline with age/body weight. These correlations suggest that age-/weight-induced alterations (in certain biophysical/biochemical characteristics) of plasma membranes are responsible for the release of full-length GPI-APs which becomes counteracted by elevated GPI-PLD activity in serum. Thus, sensitive and specific measurement of these GPI-AP-relevant parameters may be useful for monitoring of age-related cell surface changes, in general, and diseases, in particular.

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