Unter dem Begriff der Palmitoylierung wird eine posttranslationale Modifikation von Proteinen verstanden, wobei in den meisten Fällen ein Palmitinsäurerest über eine Thioesterbindung an einen Cysteinrest des Proteins gebunden wird. Diese Modifikation ist in nahezu allen eukaryotischen Lebensformen weit verbreitet. Während laufend weitere Proteine identifiziert werden können, die in dieser Weise modifiziert sind, bleiben noch immer viele Fragen hinsichtlich der zugrunde liegenden molekularen Mechanismen offen. In den letzten fünf Jahren konnten große Fortschritte bei der Entschlüsselung der zugrunde liegenden Enzyme und dynamischen Regelmechanismen erzielt werden. Spezifische Sequenzmuster für eine Palmitoylierung konnten bislang allerdings nur für cytoplasmatisch vorliegende Proteine entdeckt werden. In integralen Membranproteinen liegt die Palmitoylierungsstelle im Allgemeinen nahe der Grenze zwischen cytoplasmatischer Domäne und Transmembranregion. Ein Vergleich der Aminosäuresequenzen palmitoylierter Proteine zeigt aber keine deutliche Konsensus-Sequenz, was vermuten lässt, dass acylierte Proteine in der cytoplasmatischen Domäne und der Transmembranregion komplexere Informationen für die Palmitoylierung beinhalten. Im Rahmen dieser Arbeit sollte der Einfluss der Transmembranregion und speziell dort vorliegender Aminosäuren auf die Palmitoylierung untersucht werden. Hierzu wurden Chimären aus palmitoylierten und nicht palmitoylierbaren Proteinen hergestellt. Diese Versuche zeigten, dass sowohl der Ersatz von Transmembranregion und cytoplasmatischer Domäne zusammen als auch nur der Transmembranregion des nicht palmitoylierbaren Fusionsproteins des Sendaivirus allein gegen die entsprechenden Domänen der palmitoylierten Proteine CD4, CD8 oder Influenza A-Virus Hämagglutinin eine befriedigende Palmitoylierung der Chimären ermöglichte. Die Transmembranregion muss demnach molekulare Informationen für die Palmitoylierung enthalten. Auch nicht-hydrophobe Aminosäure-Muster scheinen eine Palmitoylierung zu unterstützen. Ein Sequenzvergleich bekannter palmitoylierter Transmembranproteine zeigt ein häufiges Vorliegen der Aminosäure Glycin im cytoplasma-nahen Bereich der Transmembranregion. Austausch der membrannahen Glycin- und Phenylalaninreste in der Transmembranregion führte zu gravierendem Abfall des Palmitoylierungsniveaus, was sich durch die veränderte Ausrichtung des Proteins in der Membran und so gestörte Interaktion mit der membranständigen Palmitoyltransferase erklären lässt. Weiter entfernt liegende Glycinreste hatten keinen Einfluss auf die Acylierung. Nicht-hydrophobe Cytoplasma-nahe Motive in der ansonsten strikt hydrophoben Transmembrandomäne stellen demnach molekulare Signale für eine Palmitoylierung dar.
The covalent attachment of fatty acids - commonly palmitic acid - in a thioester-type linkage is a widespread modification of viral and cellular polypeptides. While constantly further palmitoylated proteins are being identified, many questions remain open regarding the molecular mechanisms for palmitoylation. So far specific sequence motives for palmitoylation could be discovered only for cytoplasmic proteins. With integral membrane proteins the hydrocarbon chain is usually bound to cysteine residues located close to the boundary between the transmembrane region and the cytoplasmic tail. Inspection of the amino acids in the vicinity of the acylated cysteine residues reveals no obvious consensus-signal for palmitoylation. This implies that acylated membrane proteins contain complex conformational signals for palmitoylation that are mainly located within the cytoplasmic half of the transmembrane domain, but also involve the cytoplasmic region. Therefore the aim of this study was to resolve the influence of the transmembrane region for palmitoylation as well as the particular contribution of amino acid residues within the transmembrane domain using a series of new chimeric and mutant proteins derived from the acylated proteins Influenza virus haemagglutinin, CD4 and CD8 receptor protein as well as from the non-acylated Sendai virus fusion protein. While Sendai virus fusion protein is not palmitoylated even after introducing of a cysteine residue into the potential acylation region, substitution of the transmembrane domain or both transmembrane and cytoplasmic region for the corresponding regions of Influenza virus haemagglutinin or CD4- or CD8 receptor protein is sufficient for palmitoylation. Non-hydrophobic amino acid residues on the hydrophilic face of the TMD-helix may support palmitoylation of membrane proteins. Sequence alignment of some palmitoylated proteins shows frequent occurrence of glycine in the transmembrane region close to the cytoplasmic tail. Replacement of cytoplasma-near glycine and phenylalanine residues in the transmembrane region leads to a lower acylation rate of the chimerae, while distant glycine residues have no significant influence on palmitoylation rate. This may be due to changes in the protein adjustment in the membrane and therefore disturbed interaction with the membrane-based enzyme palmitoyltransferase. Non-hydrophobic motives in the otherwise strictly hydrophobic transmembrane helix therefore represent molecular signals for palmitoylation.
