Pre-emptive Quality Control of a Misfolded Membrane Protein by Ribosome-Driven Effects.

Cells possess multiple mechanisms that protect against the accumulation of toxic aggregation-prone proteins. Here, we identify a pre-emptive pathway that reduces synthesis of membrane proteins that have failed to properly assemble in the endoplasmic reticulum (ER). We show that loss of the ER membrane complex (EMC) or mutation of the Sec61 translocon causes reduced synthesis of misfolded forms of the yeast ABC transporter Yor1. Synthesis defects are rescued by various ribosomal mutations, as well as by reducing cellular ribosome abundance. Genetic and biochemical evidence point to a ribosome-associated quality-control pathway triggered by ribosome collisions when membrane domain insertion and/or folding fails. In support of this model, translation initiation also contributes to synthesis defects, likely by modulating ribosome abundance on the message. Examination of translation efficiency across the yeast membrane proteome revealed that polytopic membrane proteins have relatively low ribosome abundance, providing evidence for translational tuning to balance protein synthesis and folding. We propose that by modulating translation rates of poorly folded proteins, cells can pre-emptively protect themselves from potentially toxic aberrant transmembrane proteins

Analysis of Endocytic Pathways in Drosophila Cells Reveals a Conserved Role for GBF1 in Internalization via GEECs

In mammalian cells, endocytosis of the fluid phase and glycosylphosphatidylinositol-anchored proteins (GPI-APs) forms GEECs (GPI-AP enriched early endosomal compartments) via an Arf1- and Cdc42-mediated, dynamin independent mechanism. Here we use four different fluorescently labeled probes and several markers in combination with quantitative kinetic assays, RNA interference and high resolution imaging to delineate major endocytic routes in Drosophila cultured cells. We find that the hallmarks of the pinocytic GEEC pathway are conserved in Drosophila and identify garz, the fly ortholog of the GTP exchange factor GBF1, as a novel component of this pathway. Live confocal and TIRF imaging reveals that a fraction of GBF1 GFP dynamically associates with ABD RFP (a sensor for activated Arf1 present on nascent pinosomes). Correspondingly, a GTP exchange mutant of GBF1 has altered ABD RFP localization in the evanescent field and is impaired in fluid phase uptake. Furthermore, GBF1 activation is required for the GEEC pathway even in the presence of Brefeldin A, implying that, like Arf1, it has a role in endocytosis that is separable from its role in secretion

Galectines et glycosphingolipides dans l'endocytose indépendante de la clathrine et lamigration cellulaire

Les voies d’endocytose qui régissent l’internalisation d’éléments extracellulaires peuvent être classées selon que la protéine de manteau, la clathrine, est impliquée ou non dans le processus. Les voies indépendantes de la clathrine sont utilisées par de nombreuses toxines, des virus et des protéines endogènes. Les mécanismes permettant d’induire le recrutement des protéines cargoes et la déformation de la membrane plasmique dans le contexte de l'endocytose clathrine-indépendant restent encore mal compris. Cette étude montre que la galectine 3, une protéine humaine qui se lie aux glucides, induit la formation d’invaginations de la membrane plasmique de manière indépendante de la clathrine. Les glycosphingolipides (molécules jouant un rôle majeur dans la physiologie de la cellule) sont essentielles pour permettre à la galectine 3 d’induire ces invaginations et d’être internalisée dans la cellule. Les structures tubulaires induites par la galectine 3 présentent une morphologie étonnamment similaire à celle de compartiments intermédiaires de transport décrits dans la littérature pour l’endocytose indépendante de la clathrine. Des cargos utilisant la voie indépendante de la clathrine, tels que CD44 et les intégrines α5 et β1, sont retrouvés dans les tubules induits par la galectine 3. De plus, cette dernière est nécessaire à l’internalisation de CD44. Cela indique donc que la galectine 3 pourrait relier des protéines cargos glycosylés à des glycosphyngolipides de la membrane plasmique et ainsi induire une déformation de la membrane et leur internalisation dans les cellules. Ce mécanisme diffère de celui utilisé par la toxine pentamérique de Shiga et par la toxine cholérique, qui sont leur protéines cargos propores et interagissant directement avec le glycosphyngolipide leur servant de récepteur. Les tubules induits par la galectine 3 sont distincts de ceux induit par les autres lectines. Celles-ci présentent des spécificités différentes de liaison aux glucides, montrant ainsi la l'importance des interactions entre les lectines et les sucres dans ce processus. De plus, nous avons constaté que la galectine 3 module l’équilibre à l’état basal de l’intégrine β1 à la surface de la cellule. Cette protéine étant capitale pour les phénomènes d’adhésion et de migration cellulaires, nous avons donc exploré le rôle conjoint de la galectine 3 et des glycosphingolipides dans la migration cellulaire. La galectine 3 inhibe la migration des cellules humaines de carcinomes mammaires alors qu’elle stimule au contraire celle de cellules de tumeurs mammaires murines. Or, nous avons montré que la régulation par la galactine 3 de la migration de différentes lignées cellulaires est dépendante des glycosphingolipides. Il ressort donc de cette étude que la galectine 3 et les glycosphingolipides contribuent de manière synergique au processus d’induction de déformation de la membrane, à l’endocytose de protéines cargos et à la migration cellulaire.Endocytic processes which govern the uptake of extracellular material into the cell can be classified based on their dependence on the coat protein, clathrin. Clathrin-independent mechanisms are used by many toxins, viruses and endogenous proteins. How cargo is recruited and membranes are bent is not well understood in these cases. Here, we discovered that galectin 3, a human carbohydrate binding protein induced the clathrin-independent formation of endocytic plasma membrane invaginations. Glycosphingolipids, which have established functions in key physiological processes, were found to be essential for the formation of galectin 3-induced invaginations and for the efficient uptake of the protein into the cell. Galectin 3-induced tubular structures were found to have a strikingly similar morphology to that of the clathrin-independent carriers described in literature. Clathrin-independent endocytic cargoes such as CD44, α5 and β1 integrin were present in galectin 3-induced tubules, and galectin activity and glycosphingolipids were required for the uptake of CD44. This indicated that galectin 3 could link glycosylated cargoes with glycosphingolipids for cargo recruitment and membrane bending. In contrast, the pentameric Shiga and cholera toxins are their own cargoes and drive membrane deformations by directly binding to their respective glycosphingolipid receptors. Galectin 3-induced tubules were distinct from those induced by lectins with different carbohydrate binding specificities, which revealed the importance of lectin-glycan interaction in this process. Further, we observed that galectin 3 modulated the steady state surface dynamics of β1 integrin, a protein which like CD44 is critical for cell adhesion and migration. Subsequently, we explored the interplay of galectins and glycosphingolipids in cell migration. Galectin 3 inhibited cell migration in human breast carcinoma cells, and stimulated migration in a mouse mammary tumor cell line. However, the regulation of migration by galectin 3 was in both cases found to be dependent on glycosphingolipids. In conclusion, galectin 3 and glycosphingolipids synergistically contribute to the clathrin-independent curvature generation process, cargo endocytosis and cell migration

Galectins and glycosphingolipids in clathrin-independent endocytosis and cell migration

Les voies d endocytose qui régissent l internalisation d éléments extracellulaires peuvent être classées selon que la protéine de manteau, la clathrine, est impliquée ou non dans le processus. Les voies indépendantes de la clathrine sont utilisées par de nombreuses toxines, des virus et des protéines endogènes. Les mécanismes permettant d induire le recrutement des protéines cargoes et la déformation de la membrane plasmique dans le contexte de l'endocytose clathrine-indépendant restent encore mal compris. Cette étude montre que la galectine 3, une protéine humaine qui se lie aux glucides, induit la formation d invaginations de la membrane plasmique de manière indépendante de la clathrine. Les glycosphingolipides (molécules jouant un rôle majeur dans la physiologie de la cellule) sont essentielles pour permettre à la galectine 3 d induire ces invaginations et d être internalisée dans la cellule. Les structures tubulaires induites par la galectine 3 présentent une morphologie étonnamment similaire à celle de compartiments intermédiaires de transport décrits dans la littérature pour l endocytose indépendante de la clathrine. Des cargos utilisant la voie indépendante de la clathrine, tels que CD44 et les intégrines a5 et b1, sont retrouvés dans les tubules induits par la galectine 3. De plus, cette dernière est nécessaire à l internalisation de CD44. Cela indique donc que la galectine 3 pourrait relier des protéines cargos glycosylés à des glycosphyngolipides de la membrane plasmique et ainsi induire une déformation de la membrane et leur internalisation dans les cellules. Ce mécanisme diffère de celui utilisé par la toxine pentamérique de Shiga et par la toxine cholérique, qui sont leur protéines cargos propores et interagissant directement avec le glycosphyngolipide leur servant de récepteur. Les tubules induits par la galectine 3 sont distincts de ceux induit par les autres lectines. Celles-ci présentent des spécificités différentes de liaison aux glucides, montrant ainsi la l'importance des interactions entre les lectines et les sucres dans ce processus. De plus, nous avons constaté que la galectine 3 module l équilibre à l état basal de l intégrine b1 à la surface de la cellule. Cette protéine étant capitale pour les phénomènes d adhésion et de migration cellulaires, nous avons donc exploré le rôle conjoint de la galectine 3 et des glycosphingolipides dans la migration cellulaire. La galectine 3 inhibe la migration des cellules humaines de carcinomes mammaires alors qu elle stimule au contraire celle de cellules de tumeurs mammaires murines. Or, nous avons montré que la régulation par la galactine 3 de la migration de différentes lignées cellulaires est dépendante des glycosphingolipides. Il ressort donc de cette étude que la galectine 3 et les glycosphingolipides contribuent de manière synergique au processus d induction de déformation de la membrane, à l endocytose de protéines cargos et à la migration cellulaire.Endocytic processes which govern the uptake of extracellular material into the cell can be classified based on their dependence on the coat protein, clathrin. Clathrin-independent mechanisms are used by many toxins, viruses and endogenous proteins. How cargo is recruited and membranes are bent is not well understood in these cases. Here, we discovered that galectin 3, a human carbohydrate binding protein induced the clathrin-independent formation of endocytic plasma membrane invaginations. Glycosphingolipids, which have established functions in key physiological processes, were found to be essential for the formation of galectin 3-induced invaginations and for the efficient uptake of the protein into the cell. Galectin 3-induced tubular structures were found to have a strikingly similar morphology to that of the clathrin-independent carriers described in literature. Clathrin-independent endocytic cargoes such as CD44, a5 and b1 integrin were present in galectin 3-induced tubules, and galectin activity and glycosphingolipids were required for the uptake of CD44. This indicated that galectin 3 could link glycosylated cargoes with glycosphingolipids for cargo recruitment and membrane bending. In contrast, the pentameric Shiga and cholera toxins are their own cargoes and drive membrane deformations by directly binding to their respective glycosphingolipid receptors. Galectin 3-induced tubules were distinct from those induced by lectins with different carbohydrate binding specificities, which revealed the importance of lectin-glycan interaction in this process. Further, we observed that galectin 3 modulated the steady state surface dynamics of b1 integrin, a protein which like CD44 is critical for cell adhesion and migration. Subsequently, we explored the interplay of galectins and glycosphingolipids in cell migration. Galectin 3 inhibited cell migration in human breast carcinoma cells, and stimulated migration in a mouse mammary tumor cell line. However, the regulation of migration by galectin 3 was in both cases found to be dependent on glycosphingolipids. In conclusion, galectin 3 and glycosphingolipids synergistically contribute to the clathrin-independent curvature generation process, cargo endocytosis and cell migration.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Galectin-3 drives glycosphingolipid-dependent biogenesis of clathrin-independent carriers

Several cell surface molecules including signalling receptors are internalized by clathrin-independent endocytosis. How this process is initiated, how cargo proteins are sorted and membranes are bent remains unknown. Here, we found that a carbohydrate-binding protein, galectin-3 (Gal3), triggered the glycosphingolipid (GSL)-dependent biogenesis of a morphologically distinct class of endocytic structures, termed clathrin-independent carriers (CLICs). Super-resolution and reconstitution studies showed that Gal3 required GSLs for clustering and membrane bending. Gal3 interacted with a defined set of cargo proteins. Cellular uptake of the CLIC cargo CD44 was dependent on Gal3, GSLs and branched N-glycosylation. Endocytosis of Î 2 1-integrin was also reliant on Gal3. Analysis of different galectins revealed a distinct profile of cargoes and uptake structures, suggesting the existence of different CLIC populations. We conclude that Gal3 functionally integrates carbohydrate specificity on cargo proteins with the capacity of GSLs to drive clathrin-independent plasma membrane bending as a first step of CLIC biogenesis