Parkin과 Multi-PDZ Domain Protein (MUPP1) 단백질 간의 PDZ 결합

Abstract

세포표면 수용체와 통로가 적절히 기능하려면 특정 세포 내 위치로 배치되고 조절되어야 한다. PSD95/Dlg/Zo-1 (PDZ) 도메인은 이러한 배치와 조절을 매개하는 다양한 단백질들을 인식하고 이 단백질들이 서로 결합하는데 관여한다. MUPP1은 13개의 PDZ domain을 가지는 단백질로서 여러 구조 단백질 및 신호전달 단백질과 상호 결합하지만, MUPP1이 어떻게 안정화되며, 어떻게 신호전달과정에 관여하는지에 대해 아직 명확히 밝혀지지 않았다. 본 연구에서 MUPP1의 PDZ 도메인과 상호 작용하는 단백질을 규명하기 위하여 효모 two-hybrid 방법을 이용하였고, Parkin이 MUPP1과 결합하는 것을 확인하였다. Parkin은 E3 ubiquitin ligase로서, Parkin 유전자의 기능상실 돌연변이는 autosomal recessive juvenile parkinsonism을 일으키는 것으로 알려져 있다. Parkin은 MUPP1의 12번째 PDZ domain과 결합하지만, 다른 PDZ 도메인과는 결합하지 않았다. Parkin의 C-말단부위는 II 형 PDZ-결합모티프를 가지고 있는데, 이 모티프가 MUPP1과의 결합에 필수적임을 확인하였다. HEK-293T 세포에 MUPP1과 Parkin을 동시에 발현하여 발현위치를 확인한 결과 세포내의 같은 위치에서 발현하였다. 또한 Parkin은 MUPP1을 강하게 유비퀴틴화 하였다. 이러한 결과들은 MUPP1이 Parkin의 기질이며, Parkin에 의한 유비퀴틴화에 의해 MUPP1의 기능 혹은 안정성이 조절될 수 있음을 시사한다. The localization to specific subcellular sites and the regulation of cell surface receptors and channels are crucial for proper functioning. Postsynaptic density-95/Disks large/Zonula occludens-1 (PDZ)-domain is involved in recognition of and interaction between various proteins, by which the localization and the regulation are mediated. Multi-PDZ domain protein 1 (MUPP1) contains 13 PDZ domains. MUPP1 serves a scaffolding function for structure proteins and signaling proteins, but the mechanism how MUPP1 is stabilized and signalized has not yet been elucidated. We used the yeast two-hybrid system to identify proteins that interact with PDZ domains of MUPP1. We found an interaction between MUPP1 and Parkin. Parkin is an E3 ubiquitin ligase. Loss-of-function mutations of Parkin gene are known to cause an autosomal recessive juvenile parkinsonism. Parkin bound to the <TEX>$12^{th}$</TEX> PDZ domain, but not to other PDZ domains of MUPP1. The C-terminal end of Parkin has a type II PDZ-association motif, which was essential for the interaction with MUPP1 in the yeast two-hybrid assay. When co-expressed in HEK-293T cells, Parkin co-localized with MUPP1. When co-expressed with ubiquitin in HEK-293T cells, MUPP1 has been strongly ubiquitinated by Parkin. These findings collectively suggest that MUPP1 is a novel substrate of Parkin and its function or stability could be modulated by Parkin-mediated ubiquitination.