Epithelial cell polarity is one of the key prerequisites for the establishment of multicellular organisms. The apical-basal polarity of epithelia is controlled by evolutionarily conserved complexes which determine an apical versus a basolateral domain. The PAR-aPKC complex (Baz/PAR-3-PAR-6-aPKC) defines together with the Crumbs complex (Crb-Sdt/Pals1-PATJ) the apical plasma membrane domain of the cell. Interestingly, both complexes are highly dynamic during development. The activity and stability of these two complexes are counterbalanced by basolateral protein complexes, mainly the Scribble-Lethal giant larvae-Discs large complex.
In this study, the apical targeting mechanism of PATJ, which has been described to form a complex with Crb-Sdt, was investigated in detail. In the embryonic epidermis of Drosophila, the PATJ-Sdt heterodimer is not initially recruited to the apical cell-cell contacts by binding to Crb but depending on forming a new complex with Bazooka (Baz). The Baz-Sdt-PATJ complex together with Crb-Sdt-PATJ complex co-exist in the mature epithelium of the embryonic epidermis, and might play a redundant role in myosin activity modulation.
As a core component of the PAR-aPKC complex, PAR-6 was shown to regulate the stability of the Crb complex. Indeed, from a loss-of-function study, we found that PAR-6 promoted the stability of the Crb-adaptor protein Sdt, thereby regulating the Crb complex assembly. Further data showed that PAR-6 associated with the proteasomal receptor Rpn13 and prevented the degradation of Sdt indirectly. Importantly, the Sdt degradation phenotype by loss of PAR-6 could be rescued to some extent by downregulation of Rpn13. Thus, we identified a new mechanism of PAR-6 inhibiting proteasomal degradation of Sdt to maintain proper apical-basal polarity.
Lastly, a structure-function analysis of the Crb-adaptor protein Sdt was performed and the localization and function of the mutant proteins in the embryonic epidermis were evaluated. Our in vivo data confirmed that the PDZ domain of Sdt is crucial for Crb binding and localization. Interestingly, the conserved N-terminal regions (ECR1 and ECR2) are not crucial for epithelial polarity. In contrast, the GUK domain plays an important role in epithelial polarity, which is independent of Crb stabilization, and the L27N domain is essential for epithelial polarization independently of PATJ binding.

Die Polarität der Epithelzellen ist eine der wichtigsten Voraussetzungen für die Enwicklung multizellulärer Organismen. Die apikal-basale Polarität des Epithels wird von evolutionär konservierten Komplexen kontrolliert, die eine apikale und eine basolaterale Domäne bestimmen. Der PAR-aPKC-Komplex (Baz / PAR-3-PAR-6-aPKC) definiert gemeinsam mit dem Crb-Sdt / Pals1-PATJ Komplex die apikale Plasmamembrandomäne der Zelle. Interessanterweise sind beide Komplexe während der Entwicklung hochdynamisch. Die Aktivität und Stabilität dieser beiden Komplexe wird durch basolaterale Proteinkomplexe ausgeglichen, hauptsächlich durch den Scribble-Lethal giant larvae-Discs large Komplex.
In dieser Studie wurde der apikale Membranszielsteuerung von PATJ untersucht. In der embryonalen Epidermis von Drosophila wird das PATJ-Sdt-Heterodimer zunächst nicht an die apikalen Zell-Zell-Kontakte rekrutiert, indem es an Crb bindet, sondern nur nachdem es ein neues Komplexes mit Bazooka (Baz) gebildet ist. Der Baz-Sdt-PATJ-Komplex liegt zusammen mit dem Crb-Sdt-PATJ-Komplex im reifen Epithel der embryonalen Epidermis vor und könnte eine redundante Rolle bei der Myosin-Aktivitätsmodulation spielen.
Anhand PAR-aPKC-Komplexes wurde gezeigt, dass PAR-6 die Stabilität des Crb-Komplexes reguliert. Tatsächlich haben wir aus einer Funktionsverluststudie herausgefunden, dass PAR-6 die Stabilität des Crb-Adaptor-Proteins Sdt fördert und dadurch die Crb-Komplex-Anordnung reguliert. Weitere Daten zeigten, dass PAR-6 mit dem Proteasom-Rezeptor Rpn13 assoziiert ist und den Abbau von Sdt indirekt verhindert. Wichtig ist, dass der Sdt-Abbau-Phänotyp durch den Verlust von PAR-6 in gewissem Ausmaß durch Herunterregulieren von Rpn13 gerettet werden kann. So definieren wir einen neuen Mechanismus von PAR-6, der den proteasomalen Abbau von Sdt hemmt, um eine korrekte apikale Basalpolarität aufrechtzuerhalten.
Zuletzt wurde eine Struktur-Funktions-Analyse des Crb-Adaptor-Proteins Sdt durchgeführt und die Lokalisation und Funktion der mutierten Proteine in der embryonalen Epidermis untersucht. Unsere in-vivo-Daten bestätigten, dass die PDZ-Domäne von Sdt für die Bindung und Lokalisierung von Crb entscheidend ist. Interessanterweise sind die konservierte N-terminalen Regionen (ECR1 und ECR2) nicht entscheidend für die epitheliale Polarität. Im Gegensatz dazu spielt die GUK-Domäne eine wichtige Rolle in der epithelialen Polarität. Außerdem, unabhängig von der PATJ-Bindung ist die L27N-Domäne für die epitheliale Polarisation essentiell.