Phosphoinositides are minor components of cellular membrane, but serve crucial roles in cell physiology through the recruitment of effector proteins based on electrostatic interaction. Phosphatidylinositol 4-phosphate [PI4P], in recent, has emerged as an important regulator of diverse cellular process at the plasma membrane. However, in neuronal exocytosis, its own roles beyond being a synthetic precursor of phosphatidylinositol 4,5-bisphosphatate [PI(4,5)$P_2$] is unknown. Here, using structured illumination microscopy on the plasma membrane of PC12 cells from Rattus norvegicus, we show that PI4P is an inner-leaflet lipid that clusters in microdomains and that is involved in clustering of t-SNARE protein syntaxin 1, a protein essential for vesicle docking. Furthermore, we found that the syntaxin 1？associated exocytic proteins synaptotagmin 1 and synaptotagmin-like protein 4 interact with PI4P independently of $Ca^{2+}$ through their C2 domains at the plasma membrane. These electrostatic protein-lipid interaction is required for recruiting vesicles to the plasma membrane. Our results demonstrate that PI4P contribute to the anionic lipid pools that defines plasma membrane identify, directly regulate vesicle docking through electrostatic interaction with syntaxin 1 and C2 domain-contained exocytic proteins
포스포이노시타이드 (Phosphoinositide)는 세포막에 비교적 적은 양으로 존재하는 지질이지만 정전기적 상호작용을 토대로 세포막으로 이펙터 단백질을 모집함으로써 세포 생리학 측면에서 중요한 역할을 수행한다. 최근 원형질막에 존재하는 포스파티딜이노시톨 4-포스페이트 [PI4P]가 다양한 세포 과정에서 중요한 조절 인자로 대두되고 있다. 하지만 신경세포외유출 (neuronal exocytosis)에 있어서는 PI4P는 여전히 포스파티딜이노시톨 4,5-비스포스페이트 [PI(4,5)$P_2$]의 합성 전구체로 알려져 있을 뿐, 그 자체로 어떤 역할을 하는지는 알려진 바가 없다. 우리는 신경내분비세포인 PC12 세포의 원형질 막을 구조 조명 현미경을 이용해 관찰함으로써 통해서 PI4P가 원형질 내막 미세영역 (microdomain)에 모여서 존재하고 있음을 알 수 있었다. 이러한 PI4P 클러스터는 소포 도킹에 필수적인 단백질인 신택신 1 (syntaxin 1)이 정전기적 성질에 의해 뭉치는 것에 관여했다. 우리는 신택신 1과 그리고 PI(4,5)$P_2$ 와의 결합을 통해 소포도킹을 조절한다고 알려진 시냅토태그민 1 (synaptotagmin 1)이 C2 도메인을 통해 칼슘에 비의존적으로 원형질막의 PI4P와도 결합한다는 것을 확인했다. 나아가 Munc18-1 의존적으로 신택신 1과 결합하며 소포도킹을 촉진한다고 알려진 시냅토태그민 유사 단백질 4 (synaptotagmin-like protein 4, SLP4) 역시 C2 도메인을 통해서 원형질막에 존재하는 PI4P 와 PI(4,5)$P_2$에 모두 결합하는 것을 확인했다. 이러한 정전기적인 단백질-지질간의 결합은 소포를 원형질막내의 도킹 사이트로 모집하여 도킹을 촉진시키는 데 필수적인 역할을 하게 된다. 종합적으로, PI4P는 PC12 세포에서 원형질막의 정체성을 정의하는 지질 풀(lipid pool)에 기여하며, 나아가 정전기적 상호작용에 의해 세포 외 유출이 나타나는 부위에서 신택신 1 미세영역을 형성에 관여하고 엑소시틱 단백질을 모집함으로써 소포 도킹을 조절한다.
