Die Bedeutung der ATP6V0A2-PumpeEdit

Vakuolare ATPasen (V-ATPase) regulieren den pH-Wert der subzellulären Kompartimente, die sich im endosomalen Membransystem befinden. V-ATPasen sind Multiproteinkomplexe, die aus zwei funktionellen Domänen bestehen, einer V0-Domäne und einer V1-Domäne. Die V1-Domäne katalysiert die Hydrolyse von ATP, um das Pumpen von Protonen durch den V0-Kanal anzutreiben, der die Lipiddoppelschicht der endosomalen Kompartimente überspannt. Vakuolare ATPasen sind auch in der Plasmamembran sowohl von Nierenzellen als auch von Osteoklasten lokalisiert. In Osteoklasten werden V-ATPasen benötigt, um Protonen auf die Knochenoberfläche zu pumpen. Die Protonen werden dann für die Knochenresorption verwendet. In den Nierenzellen werden V-ATPasen dazu verwendet, Protonen in den Urin zu pumpen. Dadurch wird die Bikarbonat-Rückresorption ins Blut erleichtert. Das ATP6V0A2-Gen kodiert die a2-Isoform der a-Untereinheit (die in der V0-Domäne vorhanden ist). Die a2-Untereinheit verankert die V-ATPase an der Membran und ist auch direkt am Protonentransport beteiligt. ATP6V0A2 wird durch das ATP6V0A2-Gen kodiert. Die ATP6V0A2-Pumpe ist in praktisch allen Zellen zu finden und spielt vermutlich eine wichtige Rolle im Prozess der Vesikelfusion im sekretorischen Weg, einschließlich der Sekretion extrazellulärer Matrixbestandteile.

Die Funktion des Golgi-Apparats bei der ProteinreifungEdit

Die wichtigste subzelluläre Struktur im Zusammenhang mit dem Faltenhautsyndrom (WSS) ist der Golgi-Apparat. Der Golgi-Apparat ist ein wichtiger Teil des Endomembransystems, da er Proteine und Lipide verarbeitet, bevor sie an die Plasmamembran abgegeben und/oder in die extrazelluläre Umgebung sezerniert werden. Der Golgi-Apparat ist in einer polarisierten Reihe von membrangebundenen Stapeln, den so genannten Zisternen, organisiert, durch die die Proteine nacheinander transportiert werden, sobald sie das endoplasmatische Retikulum (ER) verlassen haben, wo die Proteine und Lipide synthetisiert werden. Proteine, die zur Sekretion oder zur Weiterleitung an die Plasmamembran bestimmt sind, erreichen zunächst den cis-Golgi, bevor sie durch den medialen und trans-Golgi transportiert werden. Im Golgi durchlaufen die Proteine umfangreiche posttranslationale Modifikationen (PTM). Im Zusammenhang mit WSS sind die wichtigsten PTM-Ereignisse die Glykosylierung von Proteinen, die die extrazelluläre Matrix (ECM) von Epidermiszellen bilden. Die beiden Arten von Glykosylierungsereignissen im Golgi sind die N-verknüpfte Glykosylierung und die O-verknüpfte Glykosylierung. Die Glykosylierung von Proteinen, die für die Sekretion bestimmt sind, erfolgt durch die Vorwärtsbewegung der Proteine durch den Golgi-Apparat. Die für die Sekretion bestimmten Proteine werden dann in sekretorischen Vesikeln zur Plasmamembran transportiert. Auch der retrograde (rückwärts gerichtete) Transport im Golgi-Apparat ist wichtig. Um die für die Glykosylierung der Proteine verantwortlichen Enzyme in den richtigen Bereichen des Golgi zu halten, muss ein retrograder Transport dieser Enzyme zurück in den Golgi-Apparat stattfinden. Darüber hinaus dient der retrograde Transport der Qualitätskontrolle, indem er fehlgefaltete Proteine zurück in das ER transportiert oder sie im Golgi selbst zurückhält, bis die ordnungsgemäße Proteinfaltung und -reifung abgeschlossen ist. Die Aktivität von proteinmodifizierenden Enzymen wie Glykosyltransferasen und Glykosidasen hängt vom lumenalen pH-Wert des Golgi-Apparats ab. Der cisinterne pH-Wert wird mit dem Übergang von den cis- zu den trans-Regionen des Golgi zunehmend saurer (niedrigerer pH-Wert). Eine Störung des sinkenden pH-Werts kann erhebliche Auswirkungen auf die Effizienz und die Abfolge der Glykosylierungsvorgänge haben. Die Aufrechterhaltung des pH-Gradienten im Golgi ist entscheidend für die ordnungsgemäße posttranslationale Modifikation von Proteinen vor der Sekretion. Retrograder Transport und pH-Regulierung sind daher für das ordnungsgemäße Funktionieren des Golgi-Apparats von entscheidender Bedeutung.

Genetische Ursachen von WSSEdit

Patienten mit Missense- und/oder Nonsense-Mutationen des ATP6V0A2-Gens zeigen phänotypisch das Faltenhautsyndrom (WSS) oder die autosomal rezessive Cutis Laxa Typ II (ARCL II) (eine weitere Cutis-Laxa-Erkrankung). Manche halten WSS für eine mildere Variante von ARCL II, aber die genetischen Ursachen von WSS sind noch nicht bekannt. Eine große Anzahl von Patienten mit WSS und ARCL II weisen einen Funktionsverlust in der a2-Untereinheit auf. Diese Mutationen in ATP6V0A2 werden mit einer gestörten Glykanbiosynthese und einer gestörten Struktur des Golgi-Apparats in Verbindung gebracht. Der genaue Mechanismus, wie Mutationen im ATP6V0A2-Gen zu diesen Effekten führen, ist jedoch unklar.

Aberrante Golgi-Funktion und klinische Symptome von WSSEdit

WSS ist durch Defekte im elastischen Fasersystem gekennzeichnet, das die extrazelluläre Matrix der Epidermiszellen umfasst. Das elastische Fasersystem der Haut besteht aus Elastin (das normalerweise nicht glykosyliert ist) und glykosylierten Proteinen (Fibulin, Fibronektin und Kollagen). Es wird spekuliert, dass entweder eine abnorme Glykosylierung und/oder eine gestörte Sekretion von Proteinen, die durch eine ATP6V0A2-Dysfunktion verursacht wird, zu WSS führt. Die ATP6V0A2-Pumpe ist im Golgi-Apparat stark ausgeprägt. ATP6V0A2 ist hauptsächlich im medialen und trans-Golgi zu finden. ATP6V0A2 säuert das mediale und trans-Golgi an, so dass die dort ansässigen Enzyme (z. B. Glykosidasen und Glykosyltransferasen) ordnungsgemäß funktionieren. Mutationen im ATP6V0A2-Gen vermindern daher die Fähigkeit von ATP6V0A2, den notwendigen pH-Gradienten für diese Glykosylierungsenzyme zu erzeugen, was zu einer anormalen N- und O-gebundenen Glykosylierung führt. Da die physikalischen Eigenschaften der Haut in hohem Maße von den Strukturproteinen des elastischen Fasersystems der epidermalen Zellen abhängen, kann eine abnorme Glykosylierung zu strukturellen Defekten in den elastischen Fasern und damit zu der bei WSS auftretenden unelastischen Haut führen. Bei WSS-Patienten kann auch die Sekretion einer anderen ECM-Komponente der Haut, des Tropoelastins, gestört sein. Der Prozess der Sekretion von Tropoelastin aus der Zelle ist abhängig vom sauren pH-Wert der Vesikel. Man geht davon aus, dass ein erhöhter pH-Wert (geringerer Säuregehalt) zu einer vorzeitigen Aggregation (Koazervation) von Tropoelastin innerhalb des Vesikels führt. Man geht davon aus, dass der Prozess der Koazervation für den ordnungsgemäßen Aufbau des Elastins in der ECM von wesentlicher Bedeutung ist. Die Koazervation muss außerhalb der Zelle in der ECM stattfinden (die ECM hat ein alkalischeres Milieu als das Vesikel), damit sich die elastischen Fasern richtig aufbauen können. Defekte ATP6V0A2-Pumpen im Vesikel erhöhen jedoch den lumenalen pH-Wert des Vesikels, was zu einer verfrühten Koazervation und einem fehlerhaften Aufbau der elastischen Fasern führt. Der abnorme Zusammenbau und die Glykosylierung von Proteinen, die für die Bildung elastischer Fasern verwendet werden, erklärt die mit ARCL2 und WSS assoziierten Bindegewebsphänotypen, aber nicht die neurologischen Entwicklungsstörungen oder Wachstumsdefekte dieser Patienten (18). Elastin ist für das Gehirn- oder Knochenwachstum nicht erforderlich. Es wird jedoch vermutet, dass eine abnorme/gestörte Sekretion der hirn- und knochenspezifischen ECM-Proteine, die durch eine Dysregulation der Golgi-Säuerung verursacht wird, zu den neuralen und skelettalen Defekten bei ARCL2 führt.