The correct localization of proteins is essential for cell viability. In order to achieve correct protein localization to cellular membranes, conserved membrane targeting and translocation mechanisms have evolved. The focus of this work was membrane targeting and translocation of a group of proteins that circumvent the known targeting and translocation mechanisms, the C-tail anchored protein family. Members of this protein family carry out a wide range of functions, from protein translocation and recognition events preceding membrane fusion, to the regulation of programmed cell death.
In this work, the mechanisms of membrane insertion and targeting of two C-tail anchored proteins were studied utilizing in vivo and in vitro methods, in yeast and mammalian cell systems. The proteins studied were cytochrome b(5), a well characterized C-tail anchored model protein, and N-Bak, a novel member of the Bcl-2 family of regulators of programmed cell death. Membrane insertion of cytochrome b(5) into the endoplasmic reticulum membrane was found to occur independently of the known protein conducting channels, through which signal peptide-containing polypeptides are translocated. In fact, the membrane insertion process was independent of any protein components and did not require energy. Instead membrane insertion was observed to be dependent on the lipid composition of the membrane. The targeting of N-Bak was found to depend on the cellular context. Either the mitochondrial or endoplasmic reticulum membranes were targeted, which resulted in morphological changes of the target membranes.
These findings indicate the existence of a novel membrane insertion mechanism for C-tail anchored proteins, in which membrane integration of the transmembrane domain, and the translocation of C-terminal fragments, appears to be spontaneous. This mode of membrane insertion is regulated by the target membrane fluidity, which depends on the lipid composition of the bilayer, and the hydrophobicity of the transmembrane domain of the C-tail anchored protein, as well as by the availability of the C-tail for membrane integration. Together these mechanisms enable the cell to achieve spatial and temporal regulation of sub-cellular localization of C-tail anchored proteins.Elävissä soluissa valkuaisaineet osallistuvat lähes kaikkiin solua ylläpitäviin toimintoihin. Hallitakseen valkuaisaineiden toimintaa solut ovat kehittäneet erilaisia tapoja säädellä valkuaisaineita, kunnes niitä tarvitaan. Yksi hyvin yleinen tapa on vaikuttaa valkuaisaineiden määrään solussa geenisäätelyn avulla.
Useilla valkuaisaineilla on yksilöllisiä toimintoja, joita tarvitaan vain rajoitetusti ja oikeassa paikassa. Esimerkiksi hiivasoluissa puolet valkuaisaineista on kuljetettuina erillisiin soluosastoihin, joissa osa niistä on lisäksi kiinnittyneinä kalvostoissa. Koska valkuaisaineiden esiintyminen väärään aikaan väärässä paikassa voi olla haitallista, on kehittynyt erilaisia hallintamekanismeja. Tällaisia mekanismeja löytyy kaikista elävistä soluista ja ne sisältävät monimutkaisia valkuaisaineista koostuvia ja energiaa kuluttavia porttivahteja .
Tässä väitöskirjatyössä tutkin mekanismeja, jolla erään valkuaisaineperheen jäsenet kiinnittyvät erilaisiin solunsisäisiin kalvostoihin. Tämän perheen jäsenet osallistuvat useisiin solulle elintärkeisiin tehtäviin, kuten valkuaisaineitten solunsisäiseen kuljetukseen ja ohjelmoituun solukuolemaan. Väitöskirjatyössäni löysin uudenlaisen mekanismin, jolla valkuaisaineita kiinnitetään solukalvoihin. Yllättäen tämä mekanismi ei näytä tarvitsevan muita avustavia valkuaisaineita eikä energiaa. Sen sijaan, tutkittujen valkuaisaineiden spontaania asettumista solukalvoihin näyttäisi säätelevän kalvon ominaislaatu
