Phosphatidylinositol-3-phosphate mediates Arc capsid secretion through the multivesicular body pathway

细胞生物学 内体 弧(几何) 分泌物 外囊肿 内吞循环 胞吐 ESCRT公司 磷脂酰肌醇 生物 化学 细胞内 信号转导 内吞作用 受体 生物化学 数学 几何学
作者
Kritika Mehta,Henry Yentsch,J. Lee,Yeeun Yook,Kwan Young Lee,Tianyu Terry Gao,Nien‐Pei Tsai,Kai Zhang
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:121 (35): e2322422121-e2322422121 被引量:7
标识
DOI:10.1073/pnas.2322422121
摘要

Activity-regulated cytoskeleton-associated protein (Arc/Arg3.1) is an immediate early gene that plays a vital role in learning and memory. Arc protein has structural and functional properties similar to viral Group-specific antigen (Gag) protein and mediates the intercellular RNA transfer through virus-like capsids. However, the regulators and secretion pathway through which Arc capsids maneuver cargos are unclear. Here, we identified that phosphatidylinositol-3-phosphate (PI3P) mediates Arc capsid assembly and secretion through the endosomal–multivesicular body (MVB) pathway. Indeed, reconstituted Arc protein preferably binds to PI3P. In HEK293T cells, Arc forms puncta that colocalize with FYVE, an endosomal PI3P marker, as well as Rab5 and CD63, early endosomal and MVB markers, respectively. Superresolution imaging resolves Arc accumulates within the intraluminal vesicles of MVB. CRISPR double knockout of RalA and RalB, crucial GTPases for MVB biogenesis and exocytosis, severely reduces the Arc-mediated RNA transfer efficiency. RalA/B double knockdown in cultured rat cortical neurons increases the percentage of mature dendritic spines. Intake of extracellular vesicles purified from Arc-expressing wild-type, but not RalA/B double knockdown, cells in mouse cortical neurons reduces their surface GlutA1 levels. These results suggest that unlike the HIV Gag, whose membrane targeting requires interaction with plasma-membrane-specific phosphatidyl inositol (4,5) bisphosphate (PI(4,5)P2), the assembly of Arc capsids is mediated by PI3P at endocytic membranes. Understanding Arc’s secretion pathway helps gain insights into its role in intercellular cargo transfer and highlights the commonality and distinction of trafficking mechanisms between structurally resembled capsid proteins.

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