Intracellular Trafficking of Guanylate-Binding Proteins Is Regulated by Heterodimerization in a Hierarchical Manner

Guanylate-binding proteins (GBPs) belong to the dynamin family of large GTPases and represent the major IFN-γ-induced proteins. Here we systematically investigated the mechanisms regulating the subcellular localization of GBPs. Three GBPs (GBP-1, GBP-2 and GBP-5) carry a C-terminal CaaX-prenylation signal, which is typical for small GTPases of the Ras family, and increases the membrane affinity of proteins. In this study, we demonstrated that GBP-1, GBP-2 and GBP-5 are prenylated in vivo and that prenylation is required for the membrane association of GBP-1, GBP-2 and GBP-5. Using co-immunoprecipitation, yeast-two-hybrid analysis and fluorescence complementation assays, we showed for the first time that GBPs are able to homodimerize in vivo and that the membrane association of GBPs is regulated by dimerization similarly to dynamin. Interestingly, GBPs could also heterodimerize. This resulted in hierarchical positioning effects on the intracellular localization of the proteins. Specifically, GBP-1 recruited GBP-5 and GBP-2 into its own cellular compartment and GBP-5 repositioned GBP-2. In addition, GBP-1, GBP-2 and GBP-5 were able to redirect non-prenylated GBPs to their compartment in a prenylation-dependent manner. Overall, these findings prove in vivo the ability of GBPs to dimerize, indicate that heterodimerization regulates sub-cellular localization of GBPs and underscore putative membrane-associated functions of this family of proteins

Strukturelle und biophysikalische Charakterisierung der Oligomerisierung des humanen Guanylat-bindenden Proteins 1

Das humane Guanylat-bindende Protein 1 (hGBP1) ist zur Selbstaktivierung durch Bildung von Homodimeren über die LG-Domänen fähig. Darüber hinaus ist die Assemblierung zu Homotetrameren möglich. Dieser Schritt erfolgt über die helikale Subdomäne $\alpha$12/13 nach Konformationsänderungen innerhalb der LG-Domäne, welche während der Hydrolyse von GTP zu GDP auftreten. Ziel dieser Arbeit war es, unter biophysikalischen und biochemischen Gesichtspunkten, die Selbstassemblierung von hGBP1 zu untersuchen und die Rolle der helikalen Subdomäne $\alpha$12/13 innerhalb dieses Vorgangs zu klären. Durch gezielten Entwurf von Punktmutanten konnte der strukturelle Mechanismus der Hydrolyse-abhängigen Tetramerisierung untersucht werden. Des Weiteren wurde in dieser Arbeit der Einfluss der Tetramerisierung auf die GTPase-Aktivität untersucht. Diese Arbeit beschäftigte sich ebenfalls mit der biochemischen Charakterisierung von hGBP2 und gibt die ersten Hinweise auf eine Interaktion zwischen hGBP1 und hGBP2