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水通道蛋白-4(AQP4)的关联和阵列动力学通过绿色荧光蛋白-AQP4 嵌合体的光漂白和单分子分析来探测。

Aquaporin-4 (AQP4) associations and array dynamics probed by photobleaching and single-molecule analysis of green fluorescent protein-AQP4 chimeras.

机构信息

Departments of Medicine and Physiology, University of California, San Francisco, California 94143, USA.

出版信息

J Biol Chem. 2010 Mar 12;285(11):8163-70. doi: 10.1074/jbc.M109.093948. Epub 2010 Jan 13.

Abstract

The plasma membrane assembly of aquaporin-4 (AQP4) water channels into orthogonal arrays of particles (OAPs) involves interactions of AQP4 N-terminal domains. To study in live cells the site of OAP assembly, the size and dynamics of plasma membrane OAPs, and the heterotetrameric associations of AQP4, we constructed green fluorescent protein (GFP)-labeled AQP4 "long" (M1) and "short" (M23) isoforms in which GFP was inserted at the cytoplasm-facing N or C terminus or between Val-141 and Val-142 in the second extracellular loop of AQP4. The C-terminal and extracellular loop GFP insertions did not interfere with the rapid unrestricted membrane diffusion of GFP-labeled M1 or the restricted diffusion and OAP assembly of GFP-labeled M23. Photobleaching of brefeldin A-treated cells showed comparable and minimally restricted diffusion of M1 and M23, indicating that OAP assembly occurs post-endoplasmic reticulum. Single-molecule step photobleaching and intensity analysis of GFP-labeled M1 in the absence versus presence of excess unlabeled M1 or M23 with an OAP-disrupting mutation indicated heterotetrameric AQP4 association. Time-lapse total internal reflection fluorescence imaging of M23 in live cells at 37 degrees C indicated that OAPs diffuse slowly (D approximately 10(-12) cm(2)/s) and rearrange over tens of minutes. Our biophysical measurements in live cells thus reveal extensive AQP4 monomer-monomer and tetramer-tetramer interactions.

摘要

水通道蛋白-4(AQP4)的质膜组装成正交排列的颗粒(OAP)涉及 AQP4 N 端结构域的相互作用。为了在活细胞中研究 OAP 组装的部位、质膜 OAP 的大小和动态以及 AQP4 的异四聚体关联,我们构建了绿色荧光蛋白(GFP)标记的 AQP4“长”(M1)和“短”(M23)异构体,其中 GFP 插入到 AQP4 的细胞质面向 N 或 C 末端或在第二细胞外环的 Val-141 和 Val-142 之间。C 末端和细胞外环 GFP 插入不干扰 GFP 标记的 M1 的快速无限制的质膜扩散或 GFP 标记的 M23 的受限扩散和 OAP 组装。布雷菲德菌素 A 处理细胞的光漂白显示 M1 和 M23 的可比较且最小受限扩散,表明 OAP 组装发生在内质网后。在不存在或存在过量未标记的 M1 或 M23 与具有 OAP 破坏突变的情况下,对 GFP 标记的 M1 进行单分子步光漂白和强度分析表明存在异四聚体 AQP4 关联。在 37°C 下活细胞中 GFP 标记的 M23 的时间 lapse 全内反射荧光成像表明,OAP 缓慢扩散(D 约为 10^-12 cm^2/s)并在数十分钟内重新排列。因此,我们在活细胞中的生物物理测量揭示了广泛的 AQP4 单体-单体和四聚体-四聚体相互作用。

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