Synthesis of phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate [PI(4,5)P2], a signaling phospholipid, is primarily carried out by phosphatidylinositol 4-phosphate 5-kinase [PI(4)P5K], which has been reported to be regulated by RhoA and Rac1. Unexpectedly, we find that the GTPγS-dependent activator of PI(4)P5Kα is the small G protein ADP-ribosylation factor (ARF) and that the activation strictly requires phosphatidic acid, the product of phospholipase D (PLD). In vivo, ARF6, but not ARF1 or ARF5, spatially coincides with PI(4)P5Kα. This colocalization occurs in ruffling membranes formed upon AlF4 and EGF stimulation and is blocked by dominant-negative ARF6. PLD2 similarly translocates to the ruffles, as does the PH domain of phospholipase Cδ1, indicating locally elevated PI(4,5)P2. Thus, PI(4)P5Kα is a downstream effector of ARF6 and when ARF6 is activated by agonist stimulation, it triggers recruitment of a diverse but interactive set of signaling molecules into sites of active cytoskeletal and membrane rearrangement.

Abstract

 Background: Activation of phospholipase D (PLD) is an important but poorly understood component of receptor-mediated signal transduction responses and regulated secretion. We recently reported the cloning of the human gene encoding PLD1; this enzyme has low basal activity and is activated by protein kinase C and the small GTP-binding proteins, ADP-ribosylation factor (ARF), Rho, Rac and Cdc42. Biochemical and cell biological studies suggest, however, that additional and distinct PLD activities exist in cells, so a search was carried out for novel mammalian genes related to PLD1. Results: We have cloned the gene for a second PLD family member and characterized the protein product, which appears to be regulated differently from PLD1: PLD2 is constitutively active and may be modulated in vivo by inhibition. Unexpectedly, PLD2 localizes primarily to the plasma membrane, in contrast to PLD1 which localizes solely to peri-nuclear regions (the endoplasmic reticulum, Golgi apparatus and late endosomes), where PLD activity has been shown to promote ARF-mediated coated-vesicle formation. PLD2 provokes cortical reorganization and undergoes redistribution in serum-stimulated cells, suggesting that it may have a role in signal-induced cytoskeletal regulation and/or endocytosis. Conclusions: PLD2 is a newly identified mammalian PLD isoform with novel regulatory properties. Our findings suggest that regulated secretion and morphological reorganization, the two most frequently proposed biological roles for PLD, are likely to be effected separately by PLD1 and PLD2.

Activation of phosphatidylcholine-specific phospholipase D (PLD) has been implicated as a critical step in numerous cellular pathways, including signal transduction, membrane trafficking, and the regulation of mitosis. We report here the identification of the first human PLD cDNA, which defines a new and highly conserved gene family. Characterization of recombinant human PLD1 reveals that it is membrane-associated, selective for phosphatidylcholine, stimulated by phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate, activated by the monomeric G-protein ADP-ribosylation factor-1, and inhibited by oleate. PLD1 likely encodes the gene product responsible for the most widely studied endogenous PLD activity. Activation of phosphatidylcholine-specific phospholipase D (PLD) has been implicated as a critical step in numerous cellular pathways, including signal transduction, membrane trafficking, and the regulation of mitosis. We report here the identification of the first human PLD cDNA, which defines a new and highly conserved gene family. Characterization of recombinant human PLD1 reveals that it is membrane-associated, selective for phosphatidylcholine, stimulated by phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate, activated by the monomeric G-protein ADP-ribosylation factor-1, and inhibited by oleate. PLD1 likely encodes the gene product responsible for the most widely studied endogenous PLD activity.

We previously reported the cloning of a cDNA encoding human phosphatidylcholine-specific phospholipase D1 (PLD1), an ADP-ribosylation factor (ARF)-activated phosphatidylcholine-specific phospholipase D (Hammond, S. M., Tsung, S., Autschuller, Y., Rudge, S. A., Rose, K., Engebrecht, J., Morris, A. J., and Frohman, M. A. (1995) J. Biol. Chem. 270, 29640-29643). We have now identified an evolutionarily conserved shorter splice variant of PLD1 lacking 38 amino acids (residues 585-624) that arises from regulated splicing of an alternate exon. Both forms of PLD1 (PLD1a and 1b) have been expressed in Sf9 cells using baculovirus vectors and purified to homogeneity by detergent extraction and immunoaffinity chromatography. PLD1a and 1b have very similar properties. PLD1a and 1b activity is Mg²⁺dependent but insensitive to changes in free Ca²⁺ concentration. Phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate and phosphatidylinositol 3,4,5-trisphosphate activate PLD1a and 1b but a range of other acidic phospholipids are ineffective. PLD1a and 1b are highly responsive to activation by GTP-γS-liganded ADP-ribosylation factor-1 (ARF-1) and can also be activated to a lesser extent by three purified RHO family monomeric GTP-binding proteins, RHO A, RAC-1, and CDC42. Activation of PLD1a and 1b by the RHO family monomeric GTP-binding proteins is GTP-dependent and synergistic with ARF-1. Purified protein kinase C-α activates PLD1a and 1b in a manner that is stimulated by phorbol esters and does not require ATP. Activation of PLD1a and 1b by protein kinase C-α is synergistic with ARF and with the RHO family monomeric GTP-binding proteins, suggesting that these three classes of regulators interact with different sites on the enzyme.

Two widely expressed mammalian phosphatidylcholine (PC)-specific phospholipases D (PLD), PLD1 and PLD2, have been identified. Recombinantly expressed PLD2 has high basal activity and is insensitive to GTP-binding protein activators of PLD1 [Colley, W. C., et al. (1997) Curr. Biol. 7, 191−201]. To investigate the regulation of PLD2 we isolated PLD2, from mouse brain by immunoaffinity chromatography. The native and recombinant proteins have indistinguishable properties: PLD2 is potently activated by phosphoinositides with a vicinal 4,5-phosphate pair but is not stimulated by guanosine 5'-O-(3-thio triphosphate)-activated ADP-ribosylation factor-1, Rho family GTP-binding proteins, or protein kinases C-α, or -β1. We used recombinant PLD2 in a reconstitution assay to search for regulators in cell and tissue extracts. Bovine brain contains a heat-stable protein factor that inhibits PLD2 activity in vitro. This factor was purified to homogeneity and identified as a mixture of α- and β-synucleins by microsequencing and Western blotting. Recombinantly expressed α- and β-synucleins inhibit PLD2 activity in vitro (K0.5 10 nM). Inhibition is not overcome by the protein or lipid activators of PLD1. Synucleins have been implicated in Parkinson's and Alzheimer's diseases. Our findings suggest that inhibition of PLD2 may be a function of synucleins. Modulation of PLD2 activity by synucleins may play a role in some aspects of the pathophysiologies that characterize these neurodegenerative diseases.

Abstract Objective Platelet transfusion is a life-saving therapy to prevent or treat bleeding in patients with thrombocytopenia or platelet dysfunction. However, for more than six decades, safe and effective strategies for platelet storage have been an impediment to widespread use of platelet transfusion. Refrigerated platelets are cleared rapidly from circulation, precluding cold storage of platelets for transfusion. Consequently, platelets are stored at room temperature (RT) with an upper limit of 5 days due to risks of bacterial contamination and loss of platelet function. This practice severely limits platelet availability for transfusion. This study is to identify the mechanism of platelet clearance after cold storage and develop a method for platelet cold storage. Approach and Results We found that rapid clearance of cold-stored platelets was largely due to integrin activation and apoptosis. Deficiency of integrin β3 or caspase-3 prolonged cold-stored platelets in circulation. Pre-treatment of platelets with EGTA, a cell impermeable calcium ion chelator, reversely inhibited cold storage-induced platelet activation and consequently prolonged circulation of cold-stored platelets. Moreover, transfusion of EGTA-treated, cold-stored platelets, but not RT-stored platelets, into the mice deficient in glycoprotein Ibα significantly shortened tail-bleeding times and diminished blood loss. Conclusion Integrin activation and apoptosis is the underlying mechanism of rapid clearance of platelets after cold storage. Addition of a cell impermeable calcium ion chelator to platelet products is potentially a simple and effective method to enable cold storage of platelets for transfusion.

the causative agent of human dental caries, expresses a cell wall attached Serotype

In many Lactobacillales species (i.e. lactic acid bacteria), peptidoglycan is decorated by polyrhamnose polysaccharides that are critical for cell envelope integrity and cell shape and also represent key antigenic determinants. Despite the biological importance of these polysaccharides, their biosynthetic pathways have received limited attention. The important human pathogen, Streptococcus pyogenes, synthesizes a key antigenic surface polymer-the Lancefield group A carbohydrate (GAC). GAC is covalently attached to peptidoglycan and consists of a polyrhamnose polymer, with N-acetylglucosamine (GlcNAc) side chains, which is an essential virulence determinant. The molecular details of the mechanism of polyrhamnose modification with GlcNAc are currently unknown. In this report, using molecular genetics, analytical chemistry and mass spectrometry analysis, we demonstrated that GAC biosynthesis requires two distinct undecaprenol-linked GlcNAc-lipid intermediates: GlcNAc-pyrophosphoryl-undecaprenol (GlcNAc-P-P-Und) produced by the GlcNAc-phosphate transferase GacO and GlcNAc-phosphate-undecaprenol (GlcNAc-P-Und) produced by the glycosyltransferase GacI. Further investigations revealed that the GAC polyrhamnose backbone is assembled on GlcNAc-P-P-Und. Our results also suggested that a GT-C glycosyltranferase, GacL, transfers GlcNAc from GlcNAc-P-Und to polyrhamnose. Moreover, GacJ, a small membrane-associated protein, formed a complex with GacI and significantly stimulated its catalytic activity. Of note, we observed that GacI homologs perform a similar function in Streptococcus agalactiae and Enterococcus faecalis. In conclusion, the elucidation of GAC biosynthesis in S. pyogenes reported here enhances our understanding of how other Gram-positive bacteria produce essential components of their cell wall.

Abstract Intracellular transport among organellar compartments occurs in two general ways, by membrane-bound carriers or membrane contacts. Specific circumstances that involve the coordination of these two modes of transport remain to be defined. Studying Coat Protein I (COPI) transport, we find that phosphatidylcholine with short acyl chains (sPC) is delivered through membrane contact from the endoplasmic reticulum (ER) to sites of COPI vesicle formation at the Golgi to support the fission stage. Phosphatidylinositol transfer protein beta (PITPβ) plays a key role in this process, with the elucidation of this role advancing a new understanding of how PITPβ acts, providing a mechanistic understanding of a specific circumstance when vesicular transport requires membrane contact, and contributing to a basic understanding of how transport carriers in a model intracellular pathway are formed. Summary Specific circumstances that membrane contact is needed for vesicular transport remain to be defined. We find that a critical lipid is delivered through membrane contact to support the fission stage of a model intracellular transport pathway.