Étude du mécanisme d’augmentation de la relâche virale par la protéine Vpu du VIH-1

Les différentes protéines accessoires du VIH-1, l’agent étiologique du SIDA, optimisent la réplication et la propagation du virus in vivo. Parmi ces dernières figure Vpu, l’antagoniste du facteur de restriction nommé Tetherin qui prévient la relâche des particules virales à partir de la surface de cellules infectées. En diminuant son expression de surface, Vpu prévient l’incorporation de ce facteur de restriction dans la particule virale en formation et conséquemment, empêche la formation d’une ancre protéique reliant le virus mature à la membrane plasmique de la cellule infectée. La mécanistique sous-jacente n’était cependant pas connue. Cette présente thèse relate nos travaux exécutés afin d’élucider la dynamique des mécanismes cellulaires responsables de cet antagonisme. Une approche de mutagénèse dirigée a d’abord permis d’identifier deux régions contenant des déterminants de la localisation de Vpu dans le réseau trans-Golgi (RTG), puis de démontrer la relation existante entre cette distribution et l’augmentation de la relâche des particules virales. Des expériences subséquentes de marquage métabolique suivi d’une chasse exécutées dans des systèmes cellulaires où Tetherin est exprimée de façon endogène ont suggéré le caractère dispensable de l’induction par Vpu de la dégradation du facteur de restriction lors de son antagonisme. En revanche, une approche de réexpression de Tetherin conduite en cytométrie en flux, confirmée en microscopie confocale, a mis en évidence une séquestration de Tetherin dans le RTG en présence de Vpu, phénomène qui s’est avéré nécessiter l’interaction entre les deux protéines. L’usage d’un système d’expression de Vpu inductible conjugué à des techniques de cytométrie en flux nous a permis d’apprécier l’effet majeur de Vpu sur la Tetherin néo-synthétisée et plus mineur sur la Tetherin de surface. En présence de Vpu, la séquestration intracellulaire de la Tetherin néo-synthétisée et la légère accélération de l’internalisation naturelle de celle en surface se sont avérées suffisantes à la réduction de son expression globale à la membrane plasmique et ce, à temps pour l’initiation du processus de relâche virale. À la lumière de nos résultats, nous proposons un modèle où la séquestration de la Tetherin néo-synthétisée dans le RTG préviendrait le réapprovisionnement de Tetherin en surface qui, combinée avec l’internalisation naturelle de Tetherin à partir de la membrane plasmique, imposerait l’établissement d’un nouvel équilibre de Tetherin incompatible avec une restriction de la relâche des particules virales. Cette thèse nous a donc permis d’identifier un processus par lequel Vpu augmente la sécrétion de virus matures et établit une base mécanistique nécessaire à la compréhension de la contribution de Vpu à la propagation et à la pathogénèse du virus, ce qui pourrait mener à l’élaboration d’une stratégie visant à contrer l’effet de cette protéine virale.

Caractérisation de la migration du virus Herpès simplex de type 1 (HSV-1) par protéomique

Le virus Herpès simplex de type 1 (HSV-1), agent étiologique des feux sauvages, possède une structure multicouche comprenant une capside icosaédrale qui protège le génome viral d’ADN, une couche protéique très structurée appelée tégument et une enveloppe lipidique dérivant de la cellule hôte et parsemée de glycoprotéines virales. Tous ces constituants sont acquis séquentiellement à partir du noyau, du cytoplasme et du réseau trans-golgien. Cette structure multicouche confère à HSV-1 un potentiel considérable pour incorporer des protéines virales et cellulaires. Toutefois, l’ensemble des protéines qui composent ce virus n’a pas encore été élucidé. De plus, malgré son rôle critique à différentes étapes de l’infection, le tégument demeure encore mal défini et ce, tant dans sa composition que dans la séquence d’addition des protéines qui le composent. Toutes ces incertitudes quant aux mécanismes impliqués dans la morphogenèse du virus nous amènent à l’objectif de ce projet, soit la caractérisation du processus de maturation d’HSV-1. Le premier article présenté dans cette thèse et publié dans Journal of Virology s’attarde à la caractérisation protéique des virus extracellulaires matures. Grâce à l’élaboration d’un protocole d’isolation et de purification de ces virions, une étude protéomique a pu être effectuée. Celle-ci nous a permis de réaliser une cartographie de la composition globale en protéines virales des virus matures (8 protéines de la capside, 23 protéines du tégument et 13 glycoprotéines) qui a fait la page couverture de Journal of Virology. De plus, l’incorporation potentielle de 49 protéines cellulaires différentes a été révélée. Lors de cette étude protéomique, nous avons aussi relevé la présence de nouveaux composants du virion dont UL7, UL23, ICP0 et ICP4. Le deuxième article publié dans Journal of General Virology focalise sur ces protéines via une analyse biochimique afin de mieux comprendre les interactions et la dynamique du tégument. Ces résultats nous révèlent que, contrairement aux protéines ICP0 et ICP4, UL7 et UL23 peuvent être relâchées de la capside en présence de sels et que les cystéines libres jouent un rôle dans cette relâche. De plus, cet article met en évidence la présence d’ICP0 et d’ICP4 sur les capsides nucléaires suggérant une acquisition possible du tégument au noyau. La complexité du processus de morphogenèse du virus ainsi que la mise en évidence d’acquisition de protéines du tégument au noyau nous ont incités à poursuivre nos recherches sur la composition du virus à un stade précoce de son cycle viral. Les capsides C matures, prémisses des virus extracellulaires, ont donc été isolées et purifiées grâce à un protocole innovateur basé sur le tri par cytométrie en flux. L’analyse préliminaire de ces capsides par protéomique a permis d’identifier 28 protéines virales et 39 protéines cellulaires. Les données recueilles, comparées à celles obtenues avec les virus extracellulaires, suggèrent clairement un processus séquentiel d’acquisition des protéines du tégument débutant dans le noyau, site d’assemblage des capsides. Finalement, tous ces résultats contribuent à une meilleure compréhension du processus complexe de maturation d’HSV-1 via l’utilisation de techniques variées et innovatrices, telles que la protéomique et la cytométrie en flux, pouvant être appliquées à d’autres virus mais aussi permettre le développement de meilleurs traitements pour vaincre l’HSV-1.

Étude du trafic cellulaire de la convertase de proprotéine PCSK9 responsable de la dégradation du récepteur des lipoprotéines de faible densité (LDLR)

Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont la principale cause de mortalité dans les pays industrialisés. L'hypercholestérolémie constitue un facteur de risque majeur pour les MCV. Elle est caractérisée par des niveaux élevés de lipoprotéines de faible densité (LDL, aussi appelé “mauvais cholestérol”). La présence prolongée de haut niveaux de LDL dans la circulation augmente le risque de formation de plaques athérosclérotiques, ce qui peut conduire à l'obstruction des artères et l'infarctus du myocarde. Le LDL est normalement extrait du sang par sa liaison au récepteur du LDL (LDLR) qui est responsable de son endocytose dans les hépatocytes. Des études génétiques humaines ont identifié PCSK9 (proprotein convertase subtilisin/kexin type 9) comme le troisième locus responsable de l'hypercholestérolémie autosomique dominante après le LDLR et son ligand l’apolipoprotéine B-100. PCSK9 interagit avec le LDLR et induit sa dégradation, augmentant ainsi les niveaux plasmatiques de LDL. Les mutations gain de fonction (GF) de PCSK9 sont associées à des niveaux plasmatiques élevés de LDL et à l'apparition précoce des MCV, alors que les mutations perte de fonction (PF) de PCSK9 diminuent le risque de MCV jusqu’à ~ 88% grâce à une réduction du LDL circulant. De ce fait, PCSK9 constitue une cible pharmacologique importante pour réduire le risque de MCV. PCSK9 lie le LDLR à la surface cellulaire et/ou dans l'appareil de Golgi des hépatocytes et provoque sa dégradation dans les lysosomes par un mécanisme encore mal compris. Le but de cette étude est de déterminer pourquoi certaines mutations humaines de PCSK9 sont incapables de dégrader le LDLR tandis que d'autres augmentent sa dégradation dans les lysosomes. Plusieurs mutations GF et PF de PCSK9 ont été fusionnées à la protéine fluorecente mCherry dans le but d'étudier leur mobilité moléculaire dans les cellules hépatiques vivantes. Nos analyses quantitatives de recouvrement de fluorescence après photoblanchiment (FRAP) ont montré que les mutations GF (S127R et D129G) avaient une mobilité protéique plus élevée (> 35% par rapport au WT) dans le réseau trans- Golgien. En outre, nos analyses quantitatives de recouvrement de fluorescence inverse après photoblanchiment (iFRAP) ont montré que les mutations PF de PCSK9 (R46L) avaient une mobilité protéique plus lente (<22% par rapport au WT) et une fraction mobile beaucoup plus petite (<40% par rapport au WT). Par ailleurs, nos analyses de microscopie confocale et électronique démontrent pour la toute première fois que PCSK9 est localisée et concentrée dans le TGN des hépatocytes humains via son domaine Cterminal (CHRD) qui est essentiel à la dégradation du LDLR. De plus, nos analyses sur des cellules vivantes démontrent pour la première fois que le CHRD n'est pas nécessaire à l'internalisation de PCSK9. Ces résultats apportent de nouveaux éléments importants sur le mécanisme d'action de PCSK9 et pourront contribuer ultimement au développement d'inhibiteurs de la dégradation du LDLR induite par PCSK9.

Fonction de la protéine Ceroid lipofuscinosis neuronal 5 (CLN5) dans le tri et le recyclage à l’endosome

Le tri et le transport efficace des hydrolases acides vers le lysosome jouent un rôle critique pour la fonction des cellules. Plus de 50 maladies humaines sont dues à des mutations des enzymes lysosomales, des protéines régulant des processus-clés du transport vers le lysosome ou des enzymes effectuant des modifications posttraductionnelles importantes pour la fonction du lysosome. L’objectif de cette thèse est d’identifier des protéines et des mécanismes permettant à la cellule de réguler le transport des enzymes vers le lysosome. Nous avons formulé l’hypothèse que des protéines mutées dans des maladies lysosomales et dont les fonctions étaient inconnues pouvaient jouer un rôle dans le transport vers le lysosome. Les céroïdes-lipofuscinoses neuronales forment une famille de maladies lysosomales rares mais sont aussi les maladies neurodégénératives infantiles les plus fréquentes. Plusieurs gènes impliqués dans les NCL encodent des protéines aux fonctions inconnues. Les travaux présentés dans cette thèse ont identifié la protéine « ceroid lipofuscinosis neuronal-5 » (CLN5) qui est localisée à l’endosome et au lysosome comme élément nécessaire au recrutement et à l’activation de rab7. Rab7 est une protéine Rab-clé qui contrôle le trafic à l’endosome tardif. Cette petite GTPase est impliquée dans le recrutement de retromer, un complexe protéique qui régule le trafic de l’endosome vers l’appareil de Golgi des récepteurs de tri lysosomal comme sortilin et le récepteur du mannose-6-phosphate. Dans les cellules où CLN5 est déplété, les récepteurs de tri lysosomal sont moins recyclés plus rapidement dégradés. En utilisant des expériences de photomarquage nous avons aussi pu démontrer que Rab7 est moins activées en l’absence de CLN5. Pour exécuter leur fonction les protéines rabs doivent être recrutée à la membrane et activées par l’échange d’une molécule de GDP pour une molécule de GTP. Le recrutement des Rabs à la membrane nécessite une modification posttraductionnelle lipidique pour être facilités. En utilisant un modèle de levures nous avons démontré que l’homologue de Rab7, Ypt7 est palmitoylée. Nous avons aussi démontré que la palmitoyltransférase Swif1 est nécessaire au recrutement de Ypt7 à la membrane. Nous avons aussi remarqué que les sous- unités de retromer chez la levure sont moins recrutées lorsque les palmitoyltransférases sont déplétées. Dans les cellules de mammifères nous avons démontré que Rab7 est également palmitoylé et que cette palmitoylation est possiblement effectuée par les palmitoyltransférases DHHC1 et DHHC8. La palmitoylation de Rab7 a lieu sur les cystéines en C-terminal qui sont nécessaires au recrutement membranaire et qui auparavant étaient uniquement décrites comme prénylées. En utilisant la méthode de « click chemistry » nous avons découvert que lorsque la prénylation de Rab7 est bloquée le niveau de palmitoylation augmente. Pour caractériser l’interaction entre CLN5 et Rab7 nous avons performé des expériences afin d’établir définitivement la topologie de cette protéine. Nous avons ainsi démontré que CLN5 est une protéine hautement glycosylée qui est initialement traduite en protéine transmembranaire et subséquemment clivée par un membre de la famille des peptidase de peptide signal (SPP). Cette protéine soluble peut alors possiblement interagir avec CLN3 qui est aussi palmitoylée pour recruter et activer Rab7. Nos études suggèrent pour la première fois que CLN5 pourrait être un recruteur et un activateur de Rab7 qui agirait avec la protéine CLN3 pour séquestrer Rab7 avec les autres récepteurs palmitoylés et permettre leur recyclage vers l’appareil de Golgi.

Identification of a highly conserved valine-glycine-phenylalanine amino acid triplet required for HIV-1 Nef function

Background The Nef protein of HIV facilitates virus replication and disease progression in infected patients. This role as pathogenesis factor depends on several genetically separable Nef functions that are mediated by interactions of highly conserved protein-protein interaction motifs with different host cell proteins. By studying the functionality of a series of nef alleles from clinical isolates, we identified a dysfunctional HIV group O Nef in which a highly conserved valine-glycine-phenylalanine (VGF) region, which links a preceding acidic cluster with the following proline-rich motif into an amphipathic surface was deleted. In this study, we aimed to study the functional importance of this VGF region. Results The dysfunctional HIV group O8 nef allele was restored to the consensus sequence, and mutants of canonical (NL4.3, NA-7, SF2) and non-canonical (B2 and C1422) HIV-1 group M nef alleles were generated in which the amino acids of the VGF region were changed into alanines (VGF→AAA) and tested for their capacity to interfere with surface receptor trafficking, signal transduction and enhancement of viral replication and infectivity. We found the VGF motif, and each individual amino acid of this motif, to be critical for downregulation of MHC-I and CXCR4. Moreover, Nef’s association with the cellular p21-activated kinase 2 (PAK2), the resulting deregulation of cofilin and inhibition of host cell actin remodeling, and targeting of Lck kinase to the trans-golgi-network (TGN) were affected as well. Of particular interest, VGF integrity was essential for Nef-mediated enhancement of HIV virion infectivity and HIV replication in peripheral blood lymphocytes. For targeting of Lck kinase to the TGN and viral infectivity, especially the phenylalanine of the triplet was essential. At the molecular level, the VGF motif was required for the physical interaction of the adjacent proline-rich motif with Hck. Conclusion Based on these findings, we propose that this highly conserved three amino acid VGF motif together with the acidic cluster and the proline-rich motif form a previously unrecognized amphipathic surface on Nef. This surface appears to be essential for the majority of Nef functions and thus represents a prime target for the pharmacological inhibition of Nef.

Post-translational regulation of an Aplysia glutamate transporter during long-term facilitation.

Regulation of glutamate transporters accompanies plasticity of some glutamatergic synapses. The regulation of glutamate uptake at the Aplysia sensorimotor synapse during long-term facilitation (LTF) was investigated. Previously, increases in levels of ApGT1 (Aplysia glutamate transporter 1) in synaptic membranes were found to be related to long-term increases in glutamate uptake. In this study, we found that regulation of ApGT1 during LTF appears to occur post-translationally. Serotonin (5-HT) a transmitter that induces LTF did not increase synthesis of ApGT1. A pool of ApGT1 appears to exist in sensory neuron somata, which is transported to the terminals by axonal transport. Blocking the rough endoplasmic reticulum-Golgi-trans-Golgi network (TGN) pathway with Brefeldin A prevented the 5-HT-induced increase of ApGT1 in terminals. Also, 5-HT produced changes in post-translational modifications of ApGT1 as well as changes in the levels of an ApGT1-co-precipitating protein. These results suggest that regulation of trafficking of ApGT1 from the vesicular trafficking system (rough endoplasmic reticulum-Golgi-TGN) in the sensory neuron somata to the terminals by post-translational modifications and protein interactions appears to be the mechanism underlying the increase in ApGT1, and thus, glutamate uptake during memory formation.

A cluster of oppositely imprinted transcripts at the Gnas locus in the distal imprinting region of mouse chromosome 2

Imprinted genes tend to occur in clusters. We have identified a cluster in distal mouse chromosome (Chr) 2, known from early genetic studies to contain both maternally and paternally imprinted, but unspecified, genes. Subsequently, one was identified as Gnas, which encodes a G protein α subunit, and there is clinical and biochemical evidence that the human homologue GNAS1, mutated in patients with Albright hereditary osteodystrophy, is also imprinted. We have used representational difference analysis, based on parent-of-origin methylation differences, to isolate candidate imprinted genes in distal Chr 2 and found two oppositely imprinted genes, Gnasxl and Nesp. Gnasxl determines a variant G protein α subunit associated with the trans-Golgi network and Nesp encodes a secreted protein of neuroendocrine tissues. Gnasxl is maternally methylated in genomic DNA and encodes a paternal-specific transcript, whereas Nesp is paternally methylated with maternal-specific expression. Their reciprocal imprinting may offer insight into the distal Chr 2 imprinting phenotypes. Remarkably, Gnasxl, Nesp, and Gnas are all part of the same transcription unit; transcripts for Gnasxl and Nesp are alternatively spliced onto exon 2 of Gnas. This demonstrates an imprinting mechanism in which two oppositely imprinted genes share the same downstream exons.

The active oligomeric state of the minimalistic influenza virus M2 ion channel is a tetramer

The influenza A virus M2 integral membrane protein is an ion channel that permits protons to enter virus particles during uncoating of virions in endosomes and also modulates the pH of the trans-Golgi network in virus-infected cells. The M2 protein is a homo-oligomer of 97 residues, and analysis by chemical cross-linking and SDS/PAGE indicates M2 forms a tetramer. However, a higher order molecular form is sometimes observed and, thus, it is necessary to determine the active form of the molecule. This was done by studying the currents of oocytes that expressed mixtures of the wild-type M2 protein (epitope tagged) and the mutant protein M2-V27S, which is resistant to the inhibitor amantadine. The composition of mixed oligomers of the two proteins expressed at the plasma membrane of individual oocytes was quantified after antibody capture of the cell surface expressed molecules and it was found that the subunits mixed freely. When the ratio of wild-type to mutant protein subunits was 0.85:0.15, the amantadine sensitivity was reduced to 50% and for a ratio of 0.71:0.29 to 20%. These results are consistent with the amantadine-resistant mutant being dominant and the oligomeric state being a tetramer.

Distinct Domains within Vps35p Mediate the Retrieval of Two Different Cargo Proteins from the Yeast Prevacuolar/Endosomal Compartment

Resident membrane proteins of the trans-Golgi network (TGN) of Saccharomyces cerevisiae are selectively retrieved from a prevacuolar/late endosomal compartment. Proper cycling of the carboxypeptidase Y receptor Vps10p between the TGN and prevacuolar compartment depends on Vps35p, a hydrophilic peripheral membrane protein. In this study we use a temperature-sensitive vps35 allele to show that loss of Vps35p function rapidly leads to mislocalization of A-ALP, a model TGN membrane protein, to the vacuole. Vps35p is required for the prevacuolar compartment-to-TGN transport of both A-ALP and Vps10p. This was demonstrated by phenotypic analysis of vps35 mutant strains expressing A-ALP mutants lacking either the retrieval or static retention signals and by an assay for prevacuolar compartment-to-TGN transport. A novel vps35 allele was identified that was defective for retrieval of A-ALP but functional for retrieval of Vps10p. Moreover, several other vps35 alleles were identified with the opposite characteristics: they were defective for Vps10p retrieval but near normal for A-ALP localization. These data suggest a model in which distinct structural features within Vps35p are required for associating with the cytosolic domains of each cargo protein during the retrieval process.

The Kinetics of Mannose 6-Phosphate Receptor Trafficking in the Endocytic Pathway in HEp-2 Cells: The Receptor Enters and Rapidly Leaves Multivesicular Endosomes without Accumulating in a Prelysosomal Compartment

We have previously shown that in HEp-2 cells, multivesicular bodies (MVBs) processing internalized epidermal growth factor–epidermal growth factor receptor complexes mature and fuse directly with lysosomes in which the complexes are degraded. The MVBs do not fuse with a prelysosomal compartment enriched in mannose 6-phosphate receptor (M6PR) as has been described in other cell types. Here we show that the cation-independent M6PR does not become enriched in the endocytic pathway en route to the lysosome, but if a pulse of M6PR or an M6PR ligand, cathepsin D, is followed, a significant fraction of these proteins are routed from the trans-Golgi to MVBs. Accumulation of M6PR does not occur because when the ligand dissociates, the receptor rapidly leaves the MVB. At steady state, most M6PR are distributed within the trans-Golgi and trans-Golgi network and in vacuolar structures distributed in the peripheral cytoplasm. We suggest that these M6PR-rich vacuoles are on the return route from MVBs to the trans-Golgi network and that a separate stable M6PR-rich compartment equivalent to the late endosome/prelysosome stage does not exist on the endosome–lysosome pathway in these cells.

Lumenal and Transmembrane Domains Play a Role in Sorting Type I Membrane Proteins on Endocytic Pathways

Previous studies have shown that when the cytosolic domains of the type I membrane proteins TGN38 and lysosomal glycoprotein 120 (lgp120) are added to a variety of reporter molecules, the resultant chimeric molecules are localized to the trans-Golgi network (TGN) and to lysosomes, respectively. In the present study we expressed chimeric constructs of rat TGN38 and rat lgp120 in HeLa cells. We found that targeting information in the cytosolic domain of TGN38 could be overridden by the presence of the lumenal and transmembrane domains of lgp120. In contrast, the presence of the transmembrane and cytosolic domains of TGN38 was sufficient to deliver the lumenal domain of lgp120 to the trans-Golgi network. On the basis of steady-state localization of the various chimeras and antibody uptake experiments, we propose that there is a hierarchy of targeting information in each molecule contributing to sorting within the endocytic pathway. The lumenal and cytosolic domains of lgp120 contribute to sorting and delivery to lysosomes, whereas the transmembrane and cytosolic domains of TGN38 contribute to sorting and delivery to the trans-Golgi network.

ATP- and Cytosol-dependent Release of Adaptor Proteins from Clathrin-coated Vesicles: A Dual Role for Hsc70

Clathrin-coated vesicles (CCV) mediate protein sorting and vesicular trafficking from the plasma membrane and the trans-Golgi network. Before delivery of the vesicle contents to the target organelles, the coat components, clathrin and adaptor protein complexes (APs), must be released. Previous work has established that hsc70/the uncoating ATPase mediates clathrin release in vitro without the release of APs. AP release has not been reconstituted in vitro, and nothing is known about the requirements for this reaction. We report a novel quantitative assay for the ATP- and cytosol- dependent release of APs from CCV. As expected, hsc70 is not sufficient for AP release; however, immunodepletion and reconstitution experiments establish that it is necessary. Interestingly, complete clathrin release is not a prerequisite for AP release, suggesting that hsc70 plays a dual role in recycling the constituents of the clathrin coat. This assay provides a functional basis for identification of the additional cytosolic factor(s) required for AP release.

Clathrin Assembly Lymphoid Myeloid Leukemia (CALM) Protein: Localization in Endocytic-coated Pits, Interactions with Clathrin, and the Impact of Overexpression on Clathrin-mediated Traffic

The clathrin assembly lymphoid myeloid leukemia (CALM) gene encodes a putative homologue of the clathrin assembly synaptic protein AP180. Hence the biochemical properties, the subcellular localization, and the role in endocytosis of a CALM protein were studied. In vitro binding and coimmunoprecipitation demonstrated that the clathrin heavy chain is the major binding partner of CALM. The bulk of cellular CALM was associated with the membrane fractions of the cell and localized to clathrin-coated areas of the plasma membrane. In the membrane fraction, CALM was present at near stoichiometric amounts relative to clathrin. To perform structure–function analysis of CALM, we engineered chimeric fusion proteins of CALM and its fragments with the green fluorescent protein (GFP). GFP–CALM was targeted to the plasma membrane–coated pits and also found colocalized with clathrin in the Golgi area. High levels of expression of GFP–CALM or its fragments with clathrin-binding activity inhibited the endocytosis of transferrin and epidermal growth factor receptors and altered the steady-state distribution of the mannose-6-phosphate receptor in the cell. In addition, GFP–CALM overexpression caused the loss of clathrin accumulation in the trans-Golgi network area, whereas the localization of the clathrin adaptor protein complex 1 in the trans-Golgi network remained unaffected. The ability of the GFP-tagged fragments of CALM to affect clathrin-mediated processes correlated with the targeting of the fragments to clathrin-coated areas and their clathrin-binding capacities. Clathrin–CALM interaction seems to be regulated by multiple contact interfaces. The C-terminal part of CALM binds clathrin heavy chain, although the full-length protein exhibited maximal ability for interaction. Altogether, the data suggest that CALM is an important component of coated pit internalization machinery, possibly involved in the regulation of clathrin recruitment to the membrane and/or the formation of the coated pit.

Characterization of a Fourth Adaptor-related Protein Complex

Adaptor protein complexes (APs) function as vesicle coat components in different membrane traffic pathways; however, there are a number of pathways for which there is still no candidate coat. To find novel coat components related to AP complexes, we have searched the expressed sequence tag database and have identified, cloned, and sequenced a new member of each of the four AP subunit families. We have shown by a combination of coimmunoprecipitation and yeast two-hybrid analysis that these four proteins (ε, β4, μ4, and ς4) are components of a novel adaptor-like heterotetrameric complex, which we are calling AP-4. Immunofluorescence reveals that AP-4 is localized to ∼10–20 discrete dots in the perinuclear region of the cell. This pattern is disrupted by treating the cells with brefeldin A, indicating that, like other coat proteins, the association of AP-4 with membranes is regulated by the small GTPase ARF. Immunogold electron microscopy indicates that AP-4 is associated with nonclathrin-coated vesicles in the region of the trans-Golgi network. The μ4 subunit of the complex specifically interacts with a tyrosine-based sorting signal, indicating that, like the other three AP complexes, AP-4 is involved in the recognition and sorting of cargo proteins with tyrosine-based motifs. AP-4 is of relatively low abundance, but it is expressed ubiquitously, suggesting that it participates in a specialized trafficking pathway but one that is required in all cell types.

Selective Perturbation of Apical Membrane Traffic by Expression of Influenza M2, an Acid-activated Ion Channel, in Polarized Madin–Darby Canine Kidney Cells

The function of acidification along the endocytic pathway is not well understood, in part because the perturbants used to modify compartmental pH have global effects and in some cases alter cytoplasmic pH. We have used a new approach to study the effect of pH perturbation on postendocytic traffic in polarized Madin–Darby canine kidney (MDCK) cells. Influenza M2 is a small membrane protein that functions as an acid-activated ion channel and can elevate the pH of the trans-Golgi network and endosomes. We used recombinant adenoviruses to express the M2 protein of influenza virus in polarized MDCK cells stably transfected with the polymeric immunoglobulin (Ig) receptor. Using indirect immunofluorescence and immunoelectron microscopy, M2 was found to be concentrated at the apical plasma membrane and in subapical vesicles; intracellular M2 colocalized partly with internalized IgA in apical recycling endosomes as well as with the trans-Golgi network marker TGN-38. Expression of M2 slowed the rate of IgA transcytosis across polarized MDCK monolayers. The delay in transport occurred after IgA reached the apical recycling endosome, consistent with the localization of intracellular M2. Apical recycling of IgA was also slowed in the presence of M2, whereas basolateral recycling of transferrin and degradation of IgA were unaffected. By contrast, ammonium chloride affected both apical IgA and basolateral transferrin release. Together, our data suggest that M2 expression selectively perturbs acidification in compartments involved in apical delivery without disrupting other postendocytic transport steps.