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Martín M, Salleron L, Peyret V, Geysels RC, Darrouzet E, Lindenthal S, Bernal Barquero CE, Masini-Repiso AM, Pourcher T, Nicola JP. The PDZ protein SCRIB regulates sodium/iodide symporter (NIS) expression at the basolateral plasma membrane. FASEB J 2021; 35:e21681. [PMID: 34196428 DOI: 10.1096/fj.202100303r] [Citation(s) in RCA: 10] [Impact Index Per Article: 2.5] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 02/18/2021] [Revised: 04/27/2021] [Accepted: 05/06/2021] [Indexed: 01/25/2023]
Abstract
The sodium/iodide symporter (NIS) expresses at the basolateral plasma membrane of the thyroid follicular cell and mediates iodide accumulation required for normal thyroid hormonogenesis. Loss-of-function NIS variants cause congenital hypothyroidism due to impaired iodide accumulation in thyroid follicular cells underscoring the significance of NIS for thyroid physiology. Here we report novel findings derived from the thorough characterization of the nonsense NIS mutant p.R636* NIS-leading to a truncated protein missing the last eight amino acids-identified in twins with congenital hypothyroidism. R636* NIS is severely mislocalized into intracellular vesicular compartments due to the lack of a conserved carboxy-terminal type 1 PDZ-binding motif. As a result, R636* NIS is barely targeted to the plasma membrane and therefore iodide transport is reduced. Deletion of the PDZ-binding motif causes NIS accumulation into late endosomes and lysosomes. Using PDZ domain arrays, we revealed that the PDZ-domain containing protein SCRIB binds to the carboxy-terminus of NIS by a PDZ-PDZ interaction. Furthermore, in CRISPR/Cas9-based SCRIB deficient cells, NIS expression at the basolateral plasma membrane is compromised, leading to NIS localization into intracellular vesicular compartments. We conclude that the PDZ-binding motif is a plasma membrane retention signal that participates in the polarized expression of NIS by selectively interacting with the PDZ-domain containing protein SCRIB, thus retaining the transporter at the basolateral plasma membrane. Our data provide insights into the molecular mechanisms that regulate NIS expression at the plasma membrane, a topic of great interest in the thyroid cancer field considering the relevance of NIS-mediated radioactive iodide therapy for differentiated thyroid carcinoma.
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Affiliation(s)
- Mariano Martín
- Departamento de Bioquímica Clínica, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Nacional de Córdoba, Córdoba, Argentina.,Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología (CIBICI), Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Córdoba, Argentina
| | - Lisa Salleron
- Transporteurs, Imagerie et Radiothérapie en Oncologie, Faculté de médecine, Direction de la Recherche Fondamentale, Commissariat à l'Energie Atomique et aux énergies alternatives, Université Côte d'Azur, Institut des sciences du vivant Fréderic Joliot, Nice, France
| | - Victoria Peyret
- Departamento de Bioquímica Clínica, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Nacional de Córdoba, Córdoba, Argentina.,Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología (CIBICI), Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Córdoba, Argentina
| | - Romina Celeste Geysels
- Departamento de Bioquímica Clínica, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Nacional de Córdoba, Córdoba, Argentina.,Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología (CIBICI), Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Córdoba, Argentina
| | - Elisabeth Darrouzet
- Transporteurs, Imagerie et Radiothérapie en Oncologie, Faculté de médecine, Direction de la Recherche Fondamentale, Commissariat à l'Energie Atomique et aux énergies alternatives, Université Côte d'Azur, Institut des sciences du vivant Fréderic Joliot, Nice, France
| | - Sabine Lindenthal
- Transporteurs, Imagerie et Radiothérapie en Oncologie, Faculté de médecine, Direction de la Recherche Fondamentale, Commissariat à l'Energie Atomique et aux énergies alternatives, Université Côte d'Azur, Institut des sciences du vivant Fréderic Joliot, Nice, France
| | - Carlos Eduardo Bernal Barquero
- Departamento de Bioquímica Clínica, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Nacional de Córdoba, Córdoba, Argentina.,Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología (CIBICI), Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Córdoba, Argentina
| | - Ana María Masini-Repiso
- Departamento de Bioquímica Clínica, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Nacional de Córdoba, Córdoba, Argentina.,Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología (CIBICI), Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Córdoba, Argentina
| | - Thierry Pourcher
- Transporteurs, Imagerie et Radiothérapie en Oncologie, Faculté de médecine, Direction de la Recherche Fondamentale, Commissariat à l'Energie Atomique et aux énergies alternatives, Université Côte d'Azur, Institut des sciences du vivant Fréderic Joliot, Nice, France
| | - Juan Pablo Nicola
- Departamento de Bioquímica Clínica, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Nacional de Córdoba, Córdoba, Argentina.,Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología (CIBICI), Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Córdoba, Argentina
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Martín M, Modenutti CP, Peyret V, Geysels RC, Darrouzet E, Pourcher T, Masini-Repiso AM, Martí MA, Carrasco N, Nicola JP. A Carboxy-Terminal Monoleucine-Based Motif Participates in the Basolateral Targeting of the Na+/I- Symporter. Endocrinology 2019; 160:156-168. [PMID: 30496374 PMCID: PMC6936561 DOI: 10.1210/en.2018-00603] [Citation(s) in RCA: 24] [Impact Index Per Article: 4.0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Submit a Manuscript] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 06/22/2018] [Accepted: 11/20/2018] [Indexed: 12/26/2022]
Abstract
The Na+/iodide (I-) symporter (NIS), a glycoprotein expressed at the basolateral plasma membrane of thyroid follicular cells, mediates I- accumulation for thyroid hormonogenesis and radioiodide therapy for differentiated thyroid carcinoma. However, differentiated thyroid tumors often exhibit lower I- transport than normal thyroid tissue (or even undetectable I- transport). Paradoxically, the majority of differentiated thyroid cancers show intracellular NIS expression, suggesting abnormal targeting to the plasma membrane. Therefore, a thorough understanding of the mechanisms that regulate NIS plasma membrane transport would have multiple implications for radioiodide therapy. In this study, we show that the intracellularly facing carboxy-terminus of NIS is required for the transport of the protein to the plasma membrane. Moreover, the carboxy-terminus contains dominant basolateral information. Using internal deletions and site-directed mutagenesis at the carboxy-terminus, we identified a highly conserved monoleucine-based sorting motif that determines NIS basolateral expression. Furthermore, in clathrin adaptor protein (AP)-1B-deficient cells, NIS sorting to the basolateral plasma membrane is compromised, causing the protein to also be expressed at the apical plasma membrane. Computer simulations suggest that the AP-1B subunit σ1 recognizes the monoleucine-based sorting motif in NIS carboxy-terminus. Although the mechanisms by which NIS is intracellularly retained in thyroid cancer remain elusive, our findings may open up avenues for identifying molecular targets that can be used to treat radioiodide-refractory thyroid tumors that express NIS intracellularly.
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Affiliation(s)
- Mariano Martín
- Departamento de Bioquímica Clínica, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Nacional de Córdoba, Córdoba, Argentina
- Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología–Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CIBICI–CONICET), Córdoba, Argentina
| | - Carlos Pablo Modenutti
- Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales–Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (IQUIBICEN–CONICET), Buenos Aires, Argentina
- Correspondence: Juan Pablo Nicola, PhD, Departamento de Bioquímica Clínica, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Nacional de Córdoba, Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología–Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CIBICI–CONICET), Haya de la Torre y Medina Allende, Córdoba X5000HUA, Argentina. E-mail:
| | - Victoria Peyret
- Departamento de Bioquímica Clínica, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Nacional de Córdoba, Córdoba, Argentina
- Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología–Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CIBICI–CONICET), Córdoba, Argentina
| | - Romina Celeste Geysels
- Departamento de Bioquímica Clínica, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Nacional de Córdoba, Córdoba, Argentina
- Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología–Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CIBICI–CONICET), Córdoba, Argentina
| | - Elisabeth Darrouzet
- Laboratoire Transporteurs en Imagerie et Radiothérapie en Oncologie, Faculté de Médecine, Université de Nice Sophia Antipolis–Université Côte d’Azur, Nice, France
- Laboratoire Transporteurs en Imagerie et Radiothérapie en Oncologie, Faculté de Médecine, Commissariat à l’Energie Atomique, Nice, France
| | - Thierry Pourcher
- Laboratoire Transporteurs en Imagerie et Radiothérapie en Oncologie, Faculté de Médecine, Université de Nice Sophia Antipolis–Université Côte d’Azur, Nice, France
- Laboratoire Transporteurs en Imagerie et Radiothérapie en Oncologie, Faculté de Médecine, Commissariat à l’Energie Atomique, Nice, France
| | - Ana María Masini-Repiso
- Departamento de Bioquímica Clínica, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Nacional de Córdoba, Córdoba, Argentina
- Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología–Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CIBICI–CONICET), Córdoba, Argentina
| | - Marcelo Adrián Martí
- Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales–Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (IQUIBICEN–CONICET), Buenos Aires, Argentina
| | - Nancy Carrasco
- Department of Cellular and Molecular Physiology, Yale School of Medicine, New Haven, Connecticut
| | - Juan Pablo Nicola
- Departamento de Bioquímica Clínica, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Nacional de Córdoba, Córdoba, Argentina
- Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología–Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CIBICI–CONICET), Córdoba, Argentina
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