Mutation of the ER retention receptor KDELR1 leads to cell-intrinsic lymphopenia and a failure to control chronic viral infection

Endoplasmic reticulum (ER)-resident proteins are continually retrieved from the Golgi and returned to the ER by Lys-Asp-Glu-Leu (KDEL) receptors, which bind to an eponymous tetrapeptide motif at their substrate's C terminus. Mice and humans possess three paralogous KDEL receptors, but little is known about their functional redundancy, or if their mutation can be physiologically tolerated. Here, we present a recessive mouse missense allele of the prototypical mammalian KDEL receptor, KDEL ER protein retention receptor 1 (KDELR1). Kdelr1 homozygous mutants were mildly lymphopenic, as were mice with a CRISPR/Cas9-engineered frameshift allele. Lymphopenia was cell intrinsic and, in the case of T cells, was associated with reduced expression of the T-cell receptor (TCR) and increased expression of CD44, and could be partially corrected by an MHC class I-restricted TCR transgene. Antiviral immunity was also compromised, with Kdelr1 mutant mice unable to clear an otherwise self-limiting viral infection. These data reveal a nonredundant cellular function for KDELR1, upon which lymphocytes distinctly depend.

Couplage du récepteur à sept domaines transmembranaires GABA-B1 aux voies intracellulaires de signalisation en absence de GABA-B2

Le GABA est le principal neurotransmetteur inhibiteur du SNC et est impliqué dans le développement du cerveau, la plasticité synaptique et la pathogénèse de maladies telles que l’épilepsie, les troubles de l’anxiété et la douleur chronique. Le modèle actuel de fonctionnement du récepteur GABA-B implique l’hétérodimérisation GABA-B1/B2, laquelle est requise au ciblage à la surface membranaire et au couplage des effecteurs. Il y est cependant des régions du cerveau, des types cellulaires et des périodes du développement cérébral où la sous-unité GABA-B1 est exprimée en plus grande quantité que GABA-B2, ce qui suggère qu’elle puisse être fonctionnelle seule ou en association avec des partenaires inconnus, à la surface cellulaire ou sur la membrane réticulaire. Dans le cadre de cette thèse, nous montrons la capacité des récepteurs GABA-B1 endogènes à activer la voie MAPK-ERK1/2 dans la lignée dérivée de la glie DI-TNC1, qui n’exprime pas GABA-B2. Les mécanismes qui sous-tendent ce couplage demeurent mal définis mais dépendent de Gi/o et PKC. L’immunohistochimie de récepteurs endogènes montre par ailleurs que des anticorps GABA-B1 dirigés contre la partie N-terminale reconnaissent des protéines localisées au RE tandis des anticorps C-terminaux (CT) marquent une protéine intranucléaire. Ces données suggèrent que le domaine CT de GABA-B1 pourrait être relâché par protéolyse. L’intensité des fragments potentiels est affectée par le traitement agoniste tant en immunohistochimie qu’en immunobuvardage de type western. Nous avons ensuite examiné la régulation du clivage par le protéasome en traitant les cellules avec l’inhibiteur epoxomicine pendant 12 h. Cela a résulté en l’augmentation du marquage intranucléaire de GABA-B1-CT et d’un interacteur connu, le facteur de transcription pro-survie ATF-4. Dans des cellules surexprimant GABA-B1-CT, l’induction et la translocation nucléaire d’ATF-4, qui suit le traitement epoxomicine, a complètement été abolie. Cette observation est associée à une forte diminution du décompte cellulaire. Étant donné que les trois derniers résidus de GABA-B1-CT (LYK) codent un ligand pseudo-PDZ et que les protéines à domaines PDZ sont impliquées dans la régulation du ciblage nucléaire et de la stabilité de protéines, en complément de leur rôle d’échaffaud à la surface cellulaire, nous avons muté les trois derniers résidus de GABA-B1-CT en alanines. Cette mutation a complètement annulé les effets de GABA-B1-CT sur l’induction d’ATF-4 et le décompte cellulaire. Cette deuxième série d’expériences suggère l’existence possible de fragments GABA-B1 intranucléaires régulés par le traitement agoniste et le protéasome dans les cellules DI-TNC1. Cette régulation d’ATF-4 dépend des résidus LYK de GABA-B1-CT, qui modulent la stabilité de GABA-B1-CT et favorisent peut-être la formation d’un complexe multiprotéique incluant GABA-B1-CT, ATF-4, de même qu’une protéine d’échaffaudage inconnue. En somme, nous démontrons que les sous-unités GABA-B1 localisées au RE, lorsque non-hétérodimérisées avec GABA-B2, demeurent capables de moduler les voies de signalisation de la prolifération, la différentiation et de la survie cellulaire, via le couplage de protéines G et possiblement la protéolyse régulée. Les mécanismes de signalisation proposés pourraient servir de nouvelle plate-forme dans la compréhension des actions retardées résultant de l’activation des récepteurs 7-TMs.

Rôle de l'isoforme p35 de la chaîne invariante humaine dans la formation et le transport de complexes de CMH II

La présentation antigénique par les molécules de classe II du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH II) est un mécanisme essentiel au contrôle des pathogènes par le système immunitaire. Le CMH II humain existe en trois isotypes, HLA-DP, DQ et DR, tous des hétérodimères composés d’une chaîne α et d’une chaîne β. Le CMH II est entre autres exprimé à la surface des cellules présentatrices d’antigènes (APCs) et des cellules épithéliales activées et a pour fonction de présenter des peptides d’origine exogène aux lymphocytes T CD4+. L’oligomérisation et le trafic intracellulaire du CMH II sont largement facilités par une chaperone, la chaîne invariante (Ii). Il s’agit d’une protéine non-polymorphique de type II. Après sa biosynthèse dans le réticulum endoplasmique (ER), Ii hétéro- ou homotrimérise, puis interagit via sa région CLIP avec le CMH II pour former un complexe αβIi. Le complexe sort du ER pour entamer son chemin vers différents compartiments et la surface cellulaire. Chez l’homme, quatre isoformes d’Ii sont répertoriées : p33, p35, p41 et p43. Les deux isoformes exprimées de manière prédominante, Iip33 et p35, diffèrent par une extension N-terminale de 16 acides aminés portée par Iip35. Cette extension présente un motif de rétention au réticulum endoplasmique (ERM) composé des résidus RXR. Ce motif doit être masqué par la chaîne β du CMH II pour permettre au complexe de quitter le ER. Notre groupe s’est intéressé au mécanisme du masquage et au mode de sortie du ER des complexes αβIi. Nous montrons ici que l’interaction directe, ou en cis, entre la chaîne β du CMH II et Iip35 dans une structure αβIi est essentielle pour sa sortie du ER, promouvant la formation de structures de haut niveau de complexité. Par ailleurs, nous démontrons que NleA, un facteur de virulence bactérien, permet d’altérer le trafic de complexes αβIi comportant Iip35. Ce phénotype est médié par l’interaction entre p35 et les sous-unités de COPII. Bref, Iip35 joue un rôle central dans la formation des complexes αβIi et leur transport hors du ER. Ceci fait d’Iip35 un régulateur clef de la présentation antigénique par le CMH II.

Feline calicivirus p32, p39 and p30 proteins localize to the endoplasmic reticulum to initiate replication complex formation

In common with other positive-strand RNA viruses, replication of feline calicivirus (FCV) results in rearrangement of intracellular membranes and production of numerous membrane-bound vesicular structures on which viral genome replication is thought to occur. In this study, bioinformatics approaches have identified three of the FCV non-structural proteins, namely p32, p39 and p30, as potential transmembrane proteins. These proteins were able to target enhanced cyan fluorescent protein to membrane fractions where they behaved as integral membrane proteins. Immunofluorescence microscopy of these proteins expressed in cells showed co-localization with endoplasmic reticulum (ER) markers. Further electron microscopy analysis of cells co-expressing FCV p39 or p30 with a horseradish peroxidase protein containing the KDEL ER retention motif demonstrated gross morphological changes to the ER. Similar reorganization patterns, especially for those produced by p30, were observed in naturally infected Crandel-Rees feline kidney cells. Together, the data demonstrate that the p32, p39 and p30 proteins of FCV locate to the ER and lead to reorganization of ER membranes. This suggests that they may play a role in the generation of FCV replication complexes and that the endoplasmic reticulum may represent the potential source of the membrane vesicles induced during FCV infection.

Rôle de l'isoforme p35 de la chaîne invariante humaine dans la formation et le transport de complexes de CMH II

La présentation antigénique par les molécules de classe II du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH II) est un mécanisme essentiel au contrôle des pathogènes par le système immunitaire. Le CMH II humain existe en trois isotypes, HLA-DP, DQ et DR, tous des hétérodimères composés d’une chaîne α et d’une chaîne β. Le CMH II est entre autres exprimé à la surface des cellules présentatrices d’antigènes (APCs) et des cellules épithéliales activées et a pour fonction de présenter des peptides d’origine exogène aux lymphocytes T CD4+. L’oligomérisation et le trafic intracellulaire du CMH II sont largement facilités par une chaperone, la chaîne invariante (Ii). Il s’agit d’une protéine non-polymorphique de type II. Après sa biosynthèse dans le réticulum endoplasmique (ER), Ii hétéro- ou homotrimérise, puis interagit via sa région CLIP avec le CMH II pour former un complexe αβIi. Le complexe sort du ER pour entamer son chemin vers différents compartiments et la surface cellulaire. Chez l’homme, quatre isoformes d’Ii sont répertoriées : p33, p35, p41 et p43. Les deux isoformes exprimées de manière prédominante, Iip33 et p35, diffèrent par une extension N-terminale de 16 acides aminés portée par Iip35. Cette extension présente un motif de rétention au réticulum endoplasmique (ERM) composé des résidus RXR. Ce motif doit être masqué par la chaîne β du CMH II pour permettre au complexe de quitter le ER. Notre groupe s’est intéressé au mécanisme du masquage et au mode de sortie du ER des complexes αβIi. Nous montrons ici que l’interaction directe, ou en cis, entre la chaîne β du CMH II et Iip35 dans une structure αβIi est essentielle pour sa sortie du ER, promouvant la formation de structures de haut niveau de complexité. Par ailleurs, nous démontrons que NleA, un facteur de virulence bactérien, permet d’altérer le trafic de complexes αβIi comportant Iip35. Ce phénotype est médié par l’interaction entre p35 et les sous-unités de COPII. Bref, Iip35 joue un rôle central dans la formation des complexes αβIi et leur transport hors du ER. Ceci fait d’Iip35 un régulateur clef de la présentation antigénique par le CMH II.

Impact de l’expression de l’isoforme p35 de la chaîne invariante humaine chez des souris déficientes en CD74 endogène

La chaîne invariante (Ii ; CD74) est une protéine membranaire de type II qui joue un rôle majeur dans la présentation antigénique. Dans le réticulum endoplasmique (RE), Ii favorise l’assemblage du CMH II et prévient la liaison indésirable de polypeptides. Grâce à son motif di-leucine, la chaîne invariante cible le CMH II dans les endosomes. Une fois dans ces compartiments acides, Ii est dégradé, permettant la liaison de peptides de forte affinité qui seront ensuite présentés aux cellules T CD4+. Chez les souris déficientes en Ii murin (mIi), le CMH II présente une conformation non compacte typique des molécules vides ou liées faiblement à un peptide. Le transport du CMH II est aberrant ce qui conduit à une réduction de son expression en surface ainsi qu’à un défaut de présentation antigénique. De plus, Ii diversifie le répertoire de peptides et assure la sélection thymique des cellules T CD4+. Enfin, il a un rôle dans la maturation des cellules B et les souris déficientes en Ii présentent des nombres réduits de cellules B matures folliculaires (FO). L’isoforme mineure humaine p35 (Iip35) n’existe pas chez la souris et possède une extension cytoplasmique de 16 acides aminés contenant un motif R-x-R de rétention dans le RE. La sortie du RE est conditionnelle à la liaison du CMH II qui permet de masquer le motif de rétention. Iip35 agit comme dominant et impose la rétention aux autres isoformes d’Ii. Cependant, le rôle physiologique du motif R-x-R et, plus globalement, celui d’Iip35, demeurent nébuleux. Pour mieux cerner la fonction d’Iip35, nous avons généré des souris transgéniques (Tg) exprimant l’isoforme humaine Iip35 et avons analysé la conformation et le trafic du CMH II, la sélection thymique et la maturation des cellules B ainsi que la présentation antigénique. Nos résultats ont démontré qu’Iip35 favorise l’assemblage du CMH II dans le RE. Il induit également une conformation compacte du CMH II et augmente l’expression du CMH II en surface. De plus, Iip35 cible le CMH II dans les endosomes où un peptide de forte affinité se lie dans la niche peptidique. Par ailleurs, Iip35 diversifie le répertoire de peptides et rétablit totalement la sélection des cellules T CD4+ ainsi que le niveau d’expression du TCR de ces dernières. Iip35 restaure également la présentation antigénique de l’ovalbumine dont la présentation requiert l’expression d’Ii. Par contre, Iip35 rétablit la présentation des superantigènes mais à un niveau moindre que celui des souris sauvages. Ensuite, Iip35 permet le rétablissement de la sélection des cellules iNKT démontrant qu’il assiste la présentation des lipides par les molécules CD1d. Enfin, les résultats ont démontré qu’Iip35 restaure le développement des cellules B matures folliculaires (FO) mais pas celui des cellules B de la zone marginale. Ceci suggère qu’Iip35 est capable d’induire le développement des cellules FO sans stimulation préalable par le MIF (macrophage migration inhibitory factor). Ainsi, l’ensemble de ces résultats démontre qu’Iip35 est fonctionnel et assure la majorité des fonctions d’Ii. Cependant, Iip35 ne remplace pas mIi endogène concernant la maturation des cellules B MZ suggérant qu’il pourrait avoir un rôle de régulateur.

Endoplasmic reticulum quality control of asialoglycoprotein receptor H2a involves a determinant for retention and not retrieval

The human asialoglycoprotein receptor H2a subunit contains a charged pentapeptide, EGHRG, in its ectodomain that is the only sequence absent from the H2b alternatively spliced variant. H2b exits the endoplasmic reticulum (ER) even when singly expressed, whereas H2a gives rise to a cleaved soluble secreted ectodomain fragment; uncleaved membrane-bound H2a molecules are completely retained and degraded in the ER. We have inserted the H2a pentapeptide into the sequence of the H1 subunit (H1i5), which caused complete ER retention but, unexpectedly, no degradation. This suggests that the pentapeptide is a determinant for ER retention not colocalizing in H2a with the determinant for degradation. The state of sugar chain processing and the ER localization of H1i5, which was unchanged at 15°C or after treatment with nocodazole, indicate ER retention and not retrieval from the cis-Golgi or the intermediate compartment. H1i5 folded similarly to H1, and both associated to calnexin. However, whereas H1 dissociated with a half time of 45 min, H1i5 remained bound to the chaperone for prolonged periods. The correct global folding of H2a and H1i5 and of other normal precursors and unassembled proteins and the true ER retention, and not exit and retrieval, suggest a difference in their quality control mechanism compared with that of misfolded proteins, which does involve retrieval. However, both pathways may involve calnexin.

Optimization of human papillomavirus type 16 (HPV-16) L1 expression in plants: Comparison of the suitability of different HPV-16 L1 gene variants and different cell-compartment localization

Virus-like particle-based vaccines for high-risk human papillomaviruses (HPVs) appear to have great promise; however, cell culture-derived vaccines will probably be very expensive. The optimization of expression of different codon-optimized versions of the HPV-16 L1 capsid protein gene in plants has been explored by means of transient expression from a novel suite of Agrobacterium tumefaciens binary expression vectors, which allow targeting of recombinant protein to the cytoplasm, endoplasmic reticulum (ER) or chloroplasts. A gene resynthesized to reflect human codon usage expresses better than the native gene, which expresses better than a plant-optimized gene. Moreover, chloroplast localization allows significantly higher levels of accumulation of L1 protein than does cytoplasmic localization, whilst ER retention was least successful. High levels of L1 (>17% total soluble protein) could be produced via transient expression: the protein assembled into higher-order structures visible by electron microscopy, and a concentrated extract was highly immunogenic in mice after subcutaneous injection and elicited high-titre neutralizing antibodies. Transgenic tobacco plants expressing a human codon-optimized gene linked to a chloroplast-targeting signal expressed L1 at levels up to 11% of the total soluble protein. These are the highest levels of HPV L1 expression reported for plants: these results, and the excellent immunogenicity of the product, significantly improve the prospects of making a conventional HPV vaccine by this means. © 2007 SGM.

Ultrastructural features of the early secretory pathway in Trichoderma reesei

We have systematically analysed the ultra structure of the early secretory pathway in the Trichoderma reesei hyphae in the wild-type QM6a, cellulase overexpressing Rut-C30 strain and a Rut-C30 transformant BV47 overexpressing a recombinant BiP1-VenusYFP fusion protein with an endoplasmic reticulum (ER) retention signal. The hyphae were studied after 24h of growth using transmission electron microscopy, confocal microscopy and quantitative stereological techniques. All three strains exhibited different spatial organisation of the ER at 24h in both a cellulase-inducing medium and a minimal medium containing glycerol as a carbon source (non-cellulase-inducing medium). The wild-type displayed a number of ER subdomains including parallel tubular/cisternal ER, ER whorls, ER-isolation membrane complexes with abundant autophagy vacuoles and dense bodies. Rut-C30 and its transformant BV47 overexpressing the BiP1-VenusYFP fusion protein also contained parallel tubular/cisternal ER, but no ER whorls; also, there were very few autophagy vacuoles and an increasing amount of punctate bodies where particularly the recombinant BiP1-VenusYFPfusion protein was localised. The early presence of distinct strain-specific features such as the dominance of ER whorls in the wild type and tub/cis ER in Rut-C30 suggests that these are inherent traits and not solely a result of cellular response mechanisms by the high secreting mutant to protein overload.

Chemical Chaperones Curcumin and 4-Phenylbutyric Acid Improve Secretion of Mutant Factor H R127H by Fibroblasts from a Factor H-Deficient Patient

Factor H (FH) is one of the most important regulatory proteins of the alternative pathway of the complement system. Patients with FH deficiency have a higher risk for development of infections and kidney diseases because of the uncontrolled activation and subsequent depletion of the central regulatory component C3 of the complement system. In this study, we investigated the consequences of the Arg(127)His mutation in FH (FHR127H) previously described in an FH-deficient patient, on the secretion of this protein by skin fibroblasts in vitro. We observed that, although the patient cells stimulated with IFN-gamma were able to synthesize FHR127H, the mutant protein was largely retained within the endoplasmic reticulum (ER), whereas normal human fibroblasts stimulated with IFN-gamma secrete FH without retention in the ER. Moreover, the retention of FHR127H provoked enlargement of ER cisterns after treatment with IFN-gamma. A similar ER retention was observed in Cos-7 cells expressing the mutant FHR127H protein. Despite this deficiency in secretion, we show that the FHR127H mutant is capable of functioning as a cofactor in the Factor I-mediated cleavage of C3. We then evaluated whether a treatment could increase the secretion of FH, and observed that the patient's fibroblasts treated with the chemical chaperones 4-phenylbutiric acid or curcumin increased the secretion rate of FH. We propose that these chemical chaperones could be used as alternative therapeutic agents to increase FH plasma levels in FH-deficient patients caused by secretion delay of this regulatory protein. The Journal of Immunology, 2012, 189: 3242-3248.

Structure and function study of prostaglandin H synthase

Prostaglandin H synthase (PGHS) is a key enzyme in biosynthesis of prostaglandins, thromboxane, and prostacyclin. It has two activities, cyclooxygenase and peroxidase. "PGHS" means PGHS-1. A current hypothesis considers the cyclooxygenase reaction to be a free radical chain reaction, initiated by interaction of the synthase peroxidase with hydroperoxides leading to the production of a tyrosyl free radical. According to this hypothesis, tyrosyl residue(s) may play a key role in the cyclooxygenase reaction. Tetranitromethane (TNM) can relatively selectively nitrate tyrosines at pH 8.0. The effect of TNM on both cyclooxygenase activity and peroxidase activity has been examined: reaction of the synthase holoenzyme with TNM at pH 8.0 led to inactivation of both activities, with the cyclooxygenase activity being lost rapidly and completely, while the peroxidase activity was lost more slowly. Indomethacin, a non-steroidal anti-inflammatory agent, can protect the synthase from the inactivation of TNM. Amino acid analyses indicated that a loss of tyrosine and formation of nitrotyrosine residues occurred during reaction with TNM, and that TNM-reacted holoenzyme with $<$10% residual cyclooxygenase activity had about 2.0 nitrotyrosine/subunit.^ PGH synthase is known to be an endoplasmic reticulum membrane-associated protein. Antibodies directed at particular PGHS peptide segments and indirect immunofluorescence have been used to characterize the membrane topology of crucial portions of PGHS. PGHS was expressed in COS-1 cells transfected with the appropriate cDNA. Stably-transfected human endothelial cells were also used for the topology study. The cells were treated with streptolysin-O, which selectively permeabilizes the plasma membrane, or with saponin to achieve general membrane disruption, before incubation with the antipeptide antibodies. Bound antipeptide antibody was stained by FITC-labelled secondary antibody and visualized by fluorescence microscopy. With the antipeptide antibodies against residues 51-66, 156-170 or 377-390, there was a significant reticular and perinuclear pattern of staining in cells permeabilized with saponin but not in cells permeabilized with SLO alone. Antibodies directed against the endogenous C-terminal peptide or against residues 271-284 produced staining in cells permeabilized with saponin, and also in a lower, but significant fraction of cells permeabilized with SLO. Similar results were obtained when COS-1 cells expressing recombinant PGHS with a viral reporter peptide inserted at the C-terminus were stained with antibody against the reporter epitope.^ The PGHS C-terminal sequence is similar to that of the consensus KDEL ER retention signal. The potential function of the PGHS C-terminus segment in ER retention was examined by mutating this segment and analyzing the subcellular distribution of the mutants expressed in COS-1 cells. None of the mutants had an altered subcellular distribution, although some had greatly diminished the enzyme activities. (Abstract shortened by UMI.) ^

Peptide-based interactions with calnexin target misassembled membrane proteins into endoplasmic reticulum-derived multilamellar bodies.

Oligomeric assembly of neurotransmitter transporters is a prerequisite for their export from the endoplasmic reticulum (ER) and their subsequent delivery to the neuronal synapse. We previously identified mutations, e.g., in the gamma-aminobutyric acid (GABA) transporter-1 (GAT1), which disrupted assembly and caused retention of the transporter in the ER. Using one representative mutant, GAT1-E101D, we showed here that ER retention was due to association of the transporter with the ER chaperone calnexin: interaction with calnexin led to accumulation of GAT1 in concentric bodies corresponding to previously described multilamellar ER-derived structures. The transmembrane domain of calnexin was necessary and sufficient to direct the protein into these concentric bodies. Both yellow fluorescent protein-tagged versions of wild-type GAT1 and of the GAT1-E101D mutant remained in disperse (i.e., non-aggregated) form in these concentric bodies, because fluorescence recovered rapidly (t(1/2) approximately 500 ms) upon photobleaching. Fluorescence energy resonance transfer microscopy was employed to visualize a tight interaction of GAT1-E101D with calnexin. Recognition by calnexin occurred largely in a glycan-independent manner and, at least in part, at the level of the transmembrane domain. Our findings are consistent with a model in which the transmembrane segment of calnexin participates in chaperoning the inter- and intramolecular arrangement of hydrophobic segment in oligomeric proteins.

Mobility of cytochrome P450 in the endoplasmic reticulum membrane

Cytochrome P450 2C2 is a resident endoplasmic reticulum (ER) membrane protein that is excluded from the recycling pathway and contains redundant retention functions in its N-terminal transmembrane signal/anchor sequence and its large, cytoplasmic domain. Unlike some ER resident proteins, cytochrome P450 2C2 does not contain any known retention/retrieval signals. One hypothesis to explain exclusion of resident ER proteins from the transport pathway is the formation of networks by interaction with other proteins that immobilize the proteins and are incompatible with packaging into the transport vesicles. To determine the mobility of cytochrome P450 in the ER membrane, chimeric proteins of either cytochrome P450 2C2, its catalytic domain, or the cytochrome P450 2C1 N-terminal signal/anchor sequence fused to green fluorescent protein (GFP) were expressed in transiently transfected COS1 cells. The laurate hydroxylase activities of cytochrome P450 2C2 or the catalytic domain with GFP fused to the C terminus were similar to the native enzyme. The mobilities of the proteins in the membrane were determined by recovery of fluorescence after photobleaching. Diffusion coefficients for all P450 chimeras were similar, ranging from 2.6 to 6.2 × 10−10 cm2/s. A coefficient only slightly larger (7.1 × 10−10 cm2/s) was determined for a GFP chimera that contained a C-terminal dilysine ER retention signal and entered the recycling pathway. These data indicate that exclusion of cytochrome P450 from the recycling pathway is not mediated by immobilization in large protein complexes.

Molecular characterization of a FKBP-type immunophilin from higher plants.

Immunophilins are intracellular receptors for the immunosuppressants cyclosporin A, FK506, and rapamycin. In addition to their use in organ transplantation, these natural products have been used to investigate signaling pathways in yeast, plant, and mammalian cells. We have recently described the identification of an immunosuppressant-sensitive signaling pathway in and the purification of several immunophilins from Vicia faba plants. We now report the molecular characterization of a 15 kDa FK506- and rapamycin-binding protein from V. faba (VfFKBP15). The amino acid sequence deduced from the cDNA starts with a signal peptide of 22 hydrophobic amino acids. The core region of VfFKBP15 is most similar to yeast and mammalian FKBP13 localized in the endoplasmic reticulum (ER). In addition, VfFKBP15 has a carboxyl-terminal sequence that is ended with SSEL, a putative ER retention signal. These findings suggest that VfFKBP15 is a functional homolog of FKBP13 from other organisms. Interestingly, two distinct cDNAs corresponding to two isoforms of FKBP15 have been cloned from Arabidopsis and also identified from rice data base, suggesting that pFKBP15 (plant FKBP15) is encoded by a small gene family in plants. This adds to the diversity of plant FKBP members even with the same subcellular localization and is in contrast with the situation in mammalian and yeast systems in which only one FKBP13 gene has been found. Like the mammalian and yeast FKBP13, the recombinant VfFKBP15 protein has rotamase activity that is inhibited by both FK506 and rapamycin with a Ki value of 30 nM and 0.9 nM, respectively, illustrating that VfFKBP15 binds rapamycin in preference over FK506. The mRNA of VfFKBP15 is ubiquitously expressed in various plant tissues including leaves, stems, and roots, consistent with the ER localization of the protein. Levels of VfFKBP15 mRNA are elevated by heat shock, suggesting a possible role for this FKBP member under stress conditions.

Phenotypic knockout of the high-affinity human interleukin 2 receptor by intracellular single-chain antibodies against the alpha subunit of the receptor.

The experimental manipulation of peptide growth hormones and their cellular receptors is central to understanding the pathways governing cellular signaling and growth control. Previous work has shown that intracellular antibodies targeted to the endoplasmic reticulum (ER) can be used to capture specific proteins as they enter the ER, preventing their transport to the cell surface. Here we have used this technology to inhibit the cell surface expression of the alpha subunit of the high-affinity interleukin 2 receptor (IL-2R alpha). A single-chain variable-region fragment of the anti-Tac monoclonal antibody was constructed with a signal peptide and a C-terminal ER retention signal. Intracellular expression of the single-chain antibody was found to completely abrogate cell surface expression of IL-2R alpha in stimulated Jurkat T cells. IL-2R alpha was detectable within the Jurkat cells as an immature 40-kDa form that was sensitive to endoglycosidase H, consistent with its retention in a pre- or early Golgi compartment. A single-chain antibody lacking the ER retention signal was also able to inhibit cell surface expression of IL-2R alpha although the mechanism appeared to involve rapid degradation of the receptor chain within the ER. These intracellular antibodies will provide a valuable tool for examining the role of IL-2R alpha in T-cell activation, IL-2 signal transduction, and the deregulated growth of leukemic cells which overexpress IL-2R alpha.