Доктор Душанка Деретич Лаборатория

Исследовательский интерес

Наше исследование сосредоточено на понимании молекулярных механизмов, с помощью которых мутации в родопсине и в генах, регулирующих его доставку, приводят к заболеваниям сетчатки. Родопсин является основным компонентом светочувствительных мембран фоторецепторных клеток палочек сетчатки, где он функционирует как светочувствительный GPCR, который инициирует каскад фототрансдукции. Родопсин также является центральным регулятором здоровья фоторецепторов и подвержен более чем 150 различным мутациям, вызывающим пигментный ретинит. Мутации, которые влияют на С-конец родопсина, вызывают тяжелые формы аутосомно-доминантного пигментного ретинита (ADRP). В ходе нашего исследования мы определили С-концевой мотив VxPx родопсина как консервативный сигнал нацеливания на реснички (CTS). Мы идентифицировали составляющие комплекса нацеливания на реснички, который распознает этот сигнал, чтобы регулировать транспорт родопсина и обновление мембраны фоторецепторов стержней сетчатки.

Фундаментом оптимальной функции палочковых фоторецепторов является строгая компартментализация насыщенных родопсином светочувствительных мембран на уникально модифицированные первичные реснички, которые формируют внешний сегмент палочки (ROS). Гомеостаз палочковых фоторецепторов поддерживается за счет постоянного пополнения поврежденных светом мембран ROS и эффективного связывания белков ROS и липидов, участвующих в фототрансдукции, вдали от тех, которые задействованы в различных клеточных функциях, происходящих в соседнем теле клетки, называемом внутренним сегментом палочки (RIS). или на стержневом синаптическом окончании. Гольджи и другие биосинтетические органеллы локализованы в RIS, в области миоида (M). Поляризованная мембранная транспортировка в стержнях сетчатки включает синтез, сортировку и транспорт через RIS огромного количества направляемых через Гольджи к ресничкам переносчиков родопсина (RTCs). RTC пересекают эллипсоидную область (E), заполненную митохондриями, и сливаются с плазматической мембраной RIS вблизи реснички. Вновь синтезированные мембраны затем доставляются в АФК (рис. 1).

Сортировка в RTCs регулируется небольшими GTPases семейств Rab и Arf, которые играют центральную роль в организации внутриклеточного мембранного транспорта, а также мембранной доставки к первичным ресничкам. Белки, участвующие в формировании и поддержании ресничек, кодируются примерно 25% генов наследственных заболеваний сетчатки, с мутациями, вызывающими дегенерацию сетчатки, кистозные почки, ожирение и дефекты нервной трубки в широком диапазоне генетических нарушений, известных под общим названием цилиопатии.

Малая GTPase Arf4 распознает и напрямую связывает C-концевой VxPx CTS родопсина. Arf4, активируемый на фоторецепторе Golgi с помощью фактора обмена гуаниновых нуклеотидов Arf (GEF) GBF1, инициирует поэтапную сборку целевого нексуса, сосредоточенного на Arf GTPase-активирующем белке (GAP) ASAP1, который опосредует гидролиз GTP на Arf4, и Rab11a. -FIP3-Rabin8 двойной эффекторный комплекс. Этот комплекс контролирует сборку высококонсервативного нацеливающего модуля Rab11a-Rabin8-Rab8, который напрямую рекрутирует R-SNARE VAMP7 на RTC для регулирования их слияния в цилиарном основании посредством спаривания VAMP7 с синтаксином 3 SNARE и SNAP-25 родственной плазматической мембраны. (Фигура 2).

В основе каскада ресничек Rab11a-Rabin8-Rab8 находится Rab8 GEF Rabin8, многофункциональный каркасный белок, который взаимодействует с выбранными цилиарными белками, такими как транспортный комплекс TRAPPII и BBSome, что указывает на центральную роль в цилиарных путях сенсорных рецепторов. На его функцию влияют мутации в киназе NDR2 (STK38L), кодируемой геном ранней дегенерации сетчатки у собак (erd), соответствующим цилиопатии человека врожденному амаврозу Лебера (LCA). Наше текущее исследование показывает, что человеческий GFP-Rabin8 экспрессируется в трансгенных X. Laevis колокализуется с эндогенным Rabin8 и родопсином в Golgi и RTCs, открывая путь для будущих исследований роли Rabin8 в прогрессии мембраны вдоль цилиарного пути, который потенциально нарушается при наследственных дегенеративных заболеваниях сетчатки.

В совокупности наши исследования показали, что мембранное нацеливание на ROS является консервативной формой нацеливания на реснички. Мотив VxPx присутствует в др. Белках мембран ресничек. Консервативный нацеленный комплекс на основе Arf4 нацелен на сенсорные рецепторы первичных ресничек через сложные функциональные сети малых GTPases и их регуляторов, которые чрезвычайно чувствительны к мутациям, вызывающим дегенерацию сетчатки и цилиопатии.   

Избранные публикации

Деретич Д., Лоренцен Э. и Фрескес Т. (2019). Все входы и выходы комплекса нацеливания на цилиарную мембрану на основе Arf4. Малые GTPases. Малые GTPases. 2019 мая 9: 1-12. DOI: 10.1080 / 21541248.2019.1616355. [Epub перед печатью]

Kandachar V, Tam BM, Moritz OL и Deretic D. (2018) Сеть взаимодействия между SNARE VAMP7 и Rab-GTPases внутри комплекса, направленного на мембрану ресничек. J Cell Sci. (2018) J. Cell Sci. 2018 10 декабря; 131 (24). pii: jcs222034. DOI: 10.1242 / jcs.222034.

Ван Дж., Фрескес Т., Кандачар В. и Деретич Д. (2017). Arf GEF GBF1 и Arf4 взаимодействуют с грузом сенсорных рецепторов, родопсином, чтобы регулировать движение цилиарной мембраны. J Cell Sci. J Cell Sci. 2017 г. 1 декабря; 130 (23): 3975-3987. DOI: 10.1242 / jcs.205492. Epub 2017 12 октября.

Vetter M, Wang J, Lorentzen E, and Deretic D. (2015) Новая топография Rab11-эффекторной сети взаимодействия внутри комплекса, нацеленного на цилиарную мембрану. Малые GTPases. 2015 2 октября; 6 (4): 165-73. DOI: 10.1080 / 21541248.2015.1091539. Epub 2015 23 сентября.

Wang J, and Deretic D. (2015) Эффектор FIP11 Arf и Rab3 действует синергетически с Arf GAP ASAP1, направляя Rabin8 в нацеливании на рецепторы ресничек. J Cell Sci. J Cell Sci jcs.162925; Advance Online Article 11 февраля 2015 г., doi: 10.1242 / jcs.162925 (2015).

Ван Дж. И Деретич Д. (2014). Молекулярные комплексы, которые направляют транспорт родопсина к первичным ресничкам. Prog Retin Eye Res. 2014 Янв; 38: 1-19. DOI: 10.1016 / j.preteyeres.2013.08.004. Epub 2013 14 октября

Ван Дж., Морита Ю., Мазелова Дж. И Деретич Д. (2012). Arf GAP ASAP1 обеспечивает платформу для регулирования опосредованного Arf4 и Rab11-Rab8 нацеливания на ресничные рецепторы. EMBO J 31, 4057-4071.

Мазелова Дж., Рэнсом Н., Астуто-Гриббл Л., Уилсон М.С. и Деретик Д. (2009) Спаривание синтаксина 3 и SNAP-25, регулируемое омега-3 докозагексаеновой кислотой (DHA), контролирует доставку родопсина для биогенеза ресничек. производные сенсорных органелл, стержневые наружные сегменты. J. Cell Sci. 122, 2003-2013.

Mazelova J, Astuto-Gribble L, Inoue H, Tam BM, Schonteich E, Prekeris R, Moritz OL, Randazzo PA и Deretic D. (2009) Мотив нацеливания на реснички VxPx направляет сборку модуля трафика через Arf4. EMBO J. 28, 183-192.

Deretic D, Williams AH, Ransom N, Morel V, Hargrave PA и Arendt A. (2005) С-конец родопсина, сайт мутаций, вызывающих заболевание сетчатки, регулирует трафик путем связывания с ARF4. Proc. Natl. Акад. Sci. США. 102: 3301-3306.