Synthese des Mannose-6-Phosphat-Erkennungsmarkers lysosomaler Enzyme : Molekulare Analyse der humanen UDP-N-Acetylglucosamin:lysosomales Enzym-N-Acetylglucosamin-1-Phosphotransferase

Abstract

Die GlcNAc-Phosphotransferase katalysiert den initialen Schritt bei der Generierung von Mannose-6-Phosphat (M6P)-Resten, die wichtig für den Transport lysosomaler Enzyme entlang des Biosynthese- und Endozytoseweges zum Lysosom sind. Die GlcNAc-Phosphotransferase stellt ein Heterohexamer dar, das aus drei Untereinheiten, alpha2beta2gamma2, zusammengesetzt ist. Die alpha/beta-Untereinheiten werden durch ein unbekanntes Gen, die gamma-Untereinheit durch ein separates GNPTAG-Gen kodiert. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, daß humane Makrophagen, die nur wenige lysosomale Enzyme sezernieren, die M6P-Reste tragen, die GNPTAG zwar exprimieren, aber diese Untereinheit neben N-gebundenen Oligosaccharidketten weitere Makrophagen-spezifische posttranslationale Modifikationen tragen, die möglicherweise die Formierung von M6P-Resten behindern. Für die lysosomale Protease Cathepsin D wurde ein M6P-unabhängiger intrazellulärer Transport nachgewiesen, bei dem die verschiedenen Cathepsin D-Formen Membran-assoziiert sind. Defekte im GNPTAG-Gen werden verantwortlich gemacht für die lysosomale Speicherkrankheit Mukolipidose III (ML III). Die molekularen Analysen des GNPTAG-Gens bei 10 ML III-Patienten ergab aber nur bei einem Geschwisterpaar eine Mutation, die eine N-Glykosylierungsstelle betraf und zur Fehlsortierung lysosomaler Enzyme sowie zu zellulären Umverteilung der GNPTAG führte. Mit Hilfe einer GNPTAG-Affinitätschromatographie konnte aus Extrakten von Golgi-Membranen aus humaner Plazenta ein unbekanntes Protein isoliert und identifiziert werden, das durch das MGC4170-Gen kodiert wird. Das Gen ist auf Chromosom 12q23.3 lokalisiert und besteht aus 21 Exons. Das Genprodukt umfaßt 1256 Aminosäuren, besitz zwei Transmembrandomänen und weist eine komplexe Modulstruktur auf, die aus mindestens 6 Domänen besteht. Die N-terminale Domäne weist Ähnlichkeiten zu bisher nicht charakterisierten bakteriellen Proteinen auf, die an der Bildung von Zucker-1-Phosphat-Verbindungen bei der Kapselpolysaccharidsynthese beteiligt sind. Im MGC4170-Gen wurde bei 2 Patienten mit Mukolipidose II (I-cell disease) und bei 2 Patienten mit ML III (pseudo-Hurler-Polydystropie) Mutationen identifiziert. Die Daten zeigen, daß es sich bei MGC4170 um das kodierende Gen der alpha/beta-Untereinheiten der GlcNAc-Phosphotransferase handelt.