Crosstalk between Sphingolipid metabolism and nutrient signaling: Studies on LAPTM4B

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-7116-0
Title: Crosstalk between Sphingolipid metabolism and nutrient signaling: Studies on LAPTM4B
Author: Zhou, Kecheng
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Medicine
Doctoral Programme in Integrative Life Science
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2021-03-04
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-7116-0
http://hdl.handle.net/10138/325855
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Sphingolipids, a major component of the plasma membrane, regulate various cellular activities and display essential physiological functions. The cellular processes that control sphingolipid homeostasis are complex and incompletely understood. The lysosomes are responsible for digesting intracellular and extracellular materials, including sphingolipids, and these organelles play a role as a hub in metabolic signaling, coordinating cellular anabolism and catabolism. Lysosome-associated protein transmembrane 4 B (LAPTM4B) is highly expressed in many types of cancers and associates with poor prognosis. On the cellular level, LAPTM4B affects cellular processes including nutrient sensing, autophagy, proliferation, cell migration, drug resistance, and sphingolipid homeostasis. Less is known regarding the function of LAPTM4B at the molecular level, because studies have been hampered by a lack of molecular tools and of specific LAPTM4B antibodies. In this thesis, we sought to elucidate the lipid and protein environment of LAPTM4B, and how these are coordinated to regulate downstream signaling events. In our first study, we combined approaches from biochemistry, computer simulations, and lipid biology to show that the third transmembrane domain of LAPTM4B contains a ceramide-regulated element consisting of a sphingolipid interaction motif and an adjacent aspartic acid residue (D202). This feature is essential for regulating the interaction between LAPTM4B and 4F2hc, a subunit of the amino acid transporter CD98. The ceramide induced an interaction between LAPTM4B and 4F2hc, and this interaction promotes downstream mTORC1 signaling. In our second study, we characterized a novel monoclonal antibody, which we used to visualize the subcellular distribution of endogenous LAPTM4B for the first time. By site-directed mutagenesis of putative start codons, we identified LAPTM4B-24 as the major expressed and physiologically important isoform in a majority of human cells and tissues. We further showed that endogenous LAPTM4B has a fast turnover, and is regulated by nutrient availability and ceramide, pointing to a role at the crossing-point of sphingolipid metabolism and nutrient signaling. In our third study, we investigated the role of LAPTM4B in regulating the lipidomes of cells and the secreted extracellular vesicles. We found LAPTM4B to be sorted into intraluminal vesicles of multivesicular bodies and subsequently to be released from cells in small extracellular vesicles (sEVs). The secretion dynamics of LAPTM4B was dependent on the ceramide-regulated motif. Shotgun lipidomics revealed that LAPTM4B regulates the sphingolipid- and ether lipid content in cells and in sEVs. This thesis provides evidence that LAPTM4B is a dynamically regulated protein that functions at the intersection of sphingolipid metabolism and nutrient signaling. Crosstalk between LAPTM4B and ceramide facilitates nutrient signaling, and these processes may in part underlie the association observed between LAPTM4B and cancer progression. Future work is warranted to elucidate the molecular function of LAPTM4B in the endosomal-lysosomal system, and to elucidate the LAPTM4B isoform-specific functions in different organs and diseases, as well as to solve the three-dimensional structure of LAPTM4B. Such knowledge will deepen our understanding of LAPTM4B- and ceramide-related pathophysiology in cancers and in sphingolipid-metabolism disorders.Sfingoilipidit, jotka ovat plasmakalvon tärkeä osa, säätelevät erilaisia solutoimintoja ja esittävät keskeisiä fysiologisia toimintoja.Solujen prosessit, jotka ohjaavat sfingolilipidin homeostaasi ovat monimutkaisia ja epätäydellisesti ymmärretty.lysosomit ovat vastuussa solunsisäisten ja solun ulkopuolisten materiaalien, mukaan lukien sfingolifidit, sulattamisesta, ja nämä organellit ovat keskeisessä asemassa aineenvaihduntaopastuksessa, solujen anabolism in ja katabolismin koordinoinnissa.Lysososososoihin liittyvä proteiinitransmembraani 4 B (LAPTM4B) ilmaistaan voimakkaasti monissa syöpälajeissa ja liittyy huonoon ennusteeseen.Solujen tasolla LAPTM4B vaikuttaa soluprosesseihin, kuten ravinteiden havaitsemiseen, autofaagiin, proliferaatioon, soluihin siirtymiseen, lääkeresistenssiin ja sfingolilipidin homeostaasiin.Vähemmän tiedetään LAPTM4B: n toiminnasta molekyylitasolla, koska tutkimuksia on vaikeuttanut molekyylityökalujen ja tiettyjen LAPTM4B- vasta- aineiden puute.Tässä tutkielmassa yritimme selvittää LAPTM4B:n rasva- ja proteiiniympäristöä ja sitä, miten niitä koordinoidaan myöhemmän vaiheen merkkitapahtumien sääntelemiseksi. Ensimmäisessä tutkimuksessamme yhdistimme biokemian lähestymistapoja, tietokonesimulaatioita ja lipidibiologiaa osoittaaksemme, että LAPTM4B:n kolmas transmembraanidomain sisältää keramidin säätelemän elementin, joka koostuu sfingolilipidin vuorovaikutuksesta ja sitä seuraavasta aspartiinihapon jäämästä (D202).Tämä ominaisuus on välttämätön, jotta voidaan säännellä aminohapposiirtimen CD98-bakteerin (LAPTM4B) ja 4F2hc:n (joka on aminohapposiirtimen CD98) välistä vuorovaikutusta.Keramidi aiheutti interaktion LAPTM4B:n ja 4F2hc:n välillä, ja tämä yhteisvaikutus edistää myöhempää mTORC1- merkkien antamista. Toisessa tutkimuksessa luonnehdimme uutta monoklonaalista vasta-ainetta, jota käytimme visualisoimaan endogeenisen LAPTM4B: n subsellulaarisen jakautumisen ensimmäistä kertaa.Positiivinen mutageneesi oletetulla aloituskoodionilla määrittelimme LAPTM4B- 24:n tärkeimmäksi ilmaistuksi ja fysiologisesti tärkeäksi isomuodoksi suurimmassa osassa ihmisen soluja ja kudoksia.Lisäksi osoitimme, että endogeenisellä LAPTM4B: llä on nopea liikevaihto, ja sitä säätelevät ravinteiden saatavuus ja keramidi, mikä osoittaa, että sillä on rooli risteysvaiheessa, jossa sfingolibidi metaboloituu ja ravinteiden signaali. Kolmannessa tutkimuksessa tutkimme LAPTM4B:n roolia, kun se sääteli solujen lipidomeja ja erittyneitä solun ulkopuolisia rakkuloita.Löysimme LAPTM4B:n, joka on lajiteltu multivesikulaarikehojen sisävalorakkuloihin ja joka myöhemmin vapautuu soluista pienissä soluissa (sEV).LAPTM4B: n erittymisen dynamiikka riippui keramidin säätelemästä motiivesta.Shotgun lipidomiikka paljasti, että LAPTM4B säätelee sfingolilipidiä ja eetterilipidiä soluissa ja sEV:issä. Tämä teesi osoittaa, että LAPTM4B on dynaamisesti säännelty proteiini, joka toimii sfingolibidin aineenvaihdunnan ja ravintoaineiden merkkien risteyksessä.Ristiriita LAPTM4B:n ja keramidin välillä helpottaa ravinteiden opastamista, ja nämä prosessit voivat osittain olla perustana LAPTM4B:n ja syövän etenemisen väliselle yhteydelle.Tulevaisuudessa on tehtävä työtä, jotta voidaan selvittää LAPTM4B:n molekyylifunktio endosomaalisessa lysosomaalisessa järjestelmässä ja selvittää LAPTM4B:n isoform-spesifisiä toimintoja eri elimissä ja sairauksissa,sekä LAPTM4B:n kolmiulotteisen rakenteen ratkaisemiseksi. Tällaiset tiedot syventävät käsitystämme LAPTM4B- ja keramidiin liittyvästä patofysiologiasta syöpien ja sfingolilipidien aineenvaihduntahäiriöiden osalta.
Subject: anatomy
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
zhou_kecheng_dissertation_2021.pdf 3.681Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record