Презентация подложки
Представление субстрата — это биологический процесс, который активирует белок . Белок изолируется от своего субстрата, а затем активируется путем высвобождения белка и воздействия его на субстрат. [1] [2] Субстрат действует обычно представляет собой вещество, на которое фермент , но также может представлять собой поверхность белка, с которой связывается лиганд . Подложка – это материал, на который воздействуют. В случае взаимодействия с ферментом белок или органический субстрат обычно меняют химическую форму. Представление субстрата отличается от аллостерической регуляции тем, что ферменту не нужно менять свою конформацию, чтобы начать катализ. Представление подложки лучше всего описано для разделения доменов на наноскопических расстояниях (<100 нм). [3]
Примеры
[ редактировать ]Белок-предшественник амилоида
[ редактировать ]Белок-предшественник амилоида (APP) расщепляется бета- и гамма-секретазой из 40-42 аминокислот, с образованием пептида ответственного за амилоидные бляшки, связанные с болезнью Альцгеймера . Ферменты секретазы регулируются презентацией субстрата. [4] Субстрат APP пальмитоилирован и перемещается внутрь и наружу липидных рафтов GM1 в ответ на холестерин астроцитов. Холестерин, доставляемый аполипопротеином E (ApoE), заставляет APP связываться с липидными рафтами GM1. Когда уровень холестерина низкий, белок перемещается в поврежденную область и расщепляется альфа-секретазой с образованием неамилогенного продукта. Ферменты, по-видимому, не реагируют на холестерин, перемещается только субстрат.
Гидрофобность способствует разделению молекул. В клетке это приводит к компартментализации внутри клетки и внутри клеточных мембран . Что касается липидных рафтов, пальмитоилирование регулирует сродство рафтов к большинству интегральных белков рафтов. [5] Регуляция рафтов регулируется передачей сигналов холестерина .
Фосфолипаза D2
[ редактировать ]( PLD2 ) является четко определенным примером фермента, активируемого презентацией субстрата. [6] Фермент пальмитоилируется , что приводит к его перемещению к липидным доменам GM1 или « липидным плотам ». Субстратом фосфолипазы D является фосфатидилхолин (ФХ), который является ненасыщенным и содержится в небольшом количестве в липидных рафтах. PC локализуется в неупорядоченной области клетки вместе с полиненасыщенным липидом фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфатом ( PIP2 ). PIP2 PLD2 имеет связывающий домен . Когда концентрация PIP2 в мембране увеличивается, PLD2 покидает домены GM1 и связывается с доменами PIP2 , где затем получает доступ к своему субстрату PC и начинает катализ, основанный на представлении субстрата. Предположительно, фермент способен катализировать реакцию в липидном рафте, но не имеет субстрата для активности.
Воспаление
[ редактировать ]( ADAM17 ), также называемый TACE, секвестрируется в липидных рафтах вдали от своего субстрата, мембраносвязанного фактора некроза опухоли (mTNF). [7] Холестерин заставляет mTNF группироваться с ADAM17 в липидных рафтах и выделять растворимый TNF (sTNF), который является воспалительным цитокином.
Киназная передача сигналов
[ редактировать ]Рецепторные тирозинкиназы представляют собой рецепторы клеточной поверхности, которые связываются с различными полипептидными факторами роста, цитокинами и гормонами. Активация RTK осуществляется пальмитоилированием и димеризацией, процессом, которому способствует холестерин в липидных рафтах. [8] [9] После димеризации рецептор подвергается аутофосфорилированию, которое запускает последующий каскад фосфорилирования. Это частный случай, когда субстрат и фермент представляют собой одну и ту же молекулу.
Протеинкиназа C (PKC) представляет собой класс ферментов, фосфорилирующих белки. Его субстраты обычно находятся на поверхности мембраны, где фермент рекрутируется липидом диацилглицерином. Таким образом, часть активации PKC происходит посредством презентации субстрата, т.е. путем локализации его субстрата на мембране.
SARS-CoV-2
[ редактировать ]( Фурин ) (клетка-продуцент, репликация). Когда клетки нагружены холестерином, фурин перемещается к липидным рафтам GM1, где он локализуется вместе с пальмитоилированным шиповидным белком SARS-CoV-2 и готовит его для проникновения вируса. [10]
( ACE2 ) (клетка-мишень, вход вируса), рецептор SARS-CoV-2. ACE2 транспортирует SARS-CoV-2 к липидным рафтам GM1, где он эндоцитозируется и подвергается воздействию катепсина для расщепления и оптимального слияния клеток. [11] [12] При низком уровне холестерина ACE2 передает вирус на TMPRSS2, который также расщепляет и обеспечивает проникновение вируса, но посредством предполагаемого поверхностного механизма, который гораздо менее эффективен. Считается, что чувствительность ACE2 к холестерину способствует менее тяжелым симптомам COVID19 у детей.
Механизмы активации
[ редактировать ]секвестрация
[ редактировать ]Секвестрация — это процесс перемещения молекулы к липидному рафту. Внутри плазматической мембраны секвестрация в первую очередь осуществляется за счет упаковки насыщенных липидов холестерином или разделения фаз на очень малых расстояниях (< 100 нм). На макроскопическом уровне органеллы и везикулы могут ограничивать доступ фермента к субстрату.
Секвестрация может как повышать, так и снижать концентрацию белка вблизи его субстрата. Когда субстрат присутствует в липидном рафте, секвестрация приводит к увеличению концентрации белка вблизи субстрата. И наоборот, если субстрат исключен из липидного рафта, секвестрация приводит к снижению взаимодействия между белком и субстратом, как это видно в случае PLD2.
Либо субстрат фермента может двигаться. Движение обычно представляет собой нарушение локализации, опосредованной пальмитатом , или трафика органелл . Для белков, которые одновременно пальмитоилированы и связывают PIP2, увеличение концентрации PIP2 способствует перемещению фермента из липидных рафтов в PIP2. PIP2 в основном является полиненасыщенным, что заставляет липид локализоваться вдали от липидных рафтов и позволяет PIP2 противодействовать локализации, опосредованной пальмитатом. [13]
Регулирование
[ редактировать ]Холестерин
[ редактировать ]Холестерин и полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) регулируют образование липидных рафтов и, следовательно, биологическую функцию рафтов. Когда в мембране увеличивается количество насыщенных липидов и холестерина, липидные рафты увеличивают свое сродство к пальмитоилированным белкам. [14] ПНЖК оказывают противоположный эффект: они разжижают мембрану.
ПНЖК
[ редактировать ]ПНЖК также могут увеличивать концентрацию сигнальных липидов. Арахидоновая кислота, очень распространенная ПНЖК в мозге, включается в ПК и PIP2. [15] Арахидонил-ФХ является предпочтительным субстратом ПЛД, вероятно, увеличивающим количество ПА в клетке. Регуляция функции рафта с помощью холестерина эффективно регулирует презентацию субстрата и многих пальмитоилированных белков, которые используют презентацию субстрата в качестве механизма активации. Хотя это и спекулятивно, глубокое влияние холестерина и ПНЖК на здоровье человека, вероятно, связано с физиологической регуляцией функции липидного рафта в клетках.
Роль в биологии
[ редактировать ]Механоощущение
[ редактировать ]Механическая сила (сдвиг или набухание) может независимо нарушить упаковку и, как следствие, сродство пальмитата к липидным рафтам. Это нарушение также приводит к тому, что PLD2 отдает предпочтение перенаправлению в домены PIP2. [16] Механочувствительный ионный канал TREK-1 высвобождается из холестерин-зависимых липидных рафтов в ответ на механическое воздействие. Это имеет эффект приглушения боли. [17]
Анестезия
[ редактировать ]Мембранно-опосредованная анестезия предполагает презентацию субстрата. Общие анестетики пропофол и ингаляционные анестетики ксенон , хлороформ , изофлюран , диэтиловый эфир нарушают функцию липидных рафтов и пальмитат-опосредованную локализацию PLD2 на липидных рафтах. [18] [19] Активация PLD затем активирует каналы TREK-1. Мембранно-опосредованная активация PLD2 может передаваться нечувствительному к анестетику гомологу TRAAK, делая канал чувствительным к анестетику.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Петерсен, Э.Н.; Павел, М.А.; Ван, Х; Хансен, С.Б. (28 октября 2019 г.). «Нарушение пальмитат-опосредованной локализации; общий путь силовой и анестезирующей активации каналов TREK-1» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Биомембраны . 1862 (1): 183091. doi : 10.1016/j.bbamem.2019.183091 . ПМК 6907892 . ПМИД 31672538 .
- ^ Робинсон, CV; Рохач, Т; Хансен, SB (сентябрь 2019 г.). «Инструменты для понимания наномасштабной липидной регуляции ионных каналов» . Тенденции биохимических наук . 44 (9): 795–806. дои : 10.1016/j.tibs.2019.04.001 . ПМК 6729126 . ПМИД 31060927 .
- ^ Юань, Цзысюань; Хансен, Скотт Б. (20 февраля 2023 г.). «Регуляция холестерина в мембранных белках, выявленная с помощью двухцветной визуализации сверхвысокого разрешения» . Мембраны . 13 (2): 250. doi : 10.3390/membranes13020250 . ПМЦ 9966874 . ПМИД 36837753 .
- ^ Ван, Хао; Кулас, Джошуа А.; Ван, Чао; Хольцман, Дэвид М.; Феррис, Хизер А.; Хансен, Скотт Б. (17 августа 2021 г.). «Регуляция производства бета-амилоида в нейронах с помощью холестерина, полученного из астроцитов» . Труды Национальной академии наук . 118 (33): e2102191118. Бибкод : 2021PNAS..11802191W . дои : 10.1073/pnas.2102191118 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 8379952 . ПМИД 34385305 .
- ^ Левенталь, Я; Лингвуд, Д; Гжибек, М; Джошкун, У; Саймонс, К. (21 декабря 2010 г.). «Пальмитоилирование регулирует сродство рафта к большинству интегральных белков рафта» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 107 (51): 22050–4. Бибкод : 2010PNAS..10722050L . дои : 10.1073/pnas.1016184107 . ПМК 3009825 . ПМИД 21131568 .
- ^ Петерсен, Э.Н.; Чунг, Х.В.; Наебосадри, А; Хансен, С.Б. (15 декабря 2016 г.). «Кинетическое разрушение липидных рафтов является механосенсором фосфолипазы D». Природные коммуникации . 7 : 13873. Бибкод : 2016NatCo...713873P . дои : 10.1038/ncomms13873 . ПМК 5171650 . ПМИД 27976674 .
- ^ Телье, Эдвиж; Кано, Матиас; Ребсомен, Лора; Бонардо, Бернадетт; Юхан-Ваге, Ирен; Налбоне, Жиль; Пейретти, Франк (10 декабря 2006 г.). «Активность выделения ADAM17 изолируется в липидных рафтах». Экспериментальные исследования клеток . 312 (20): 3969–3980. дои : 10.1016/j.yexcr.2006.08.027 . ПМИД 17010968 .
- ^ Пайк, LJ (30 декабря 2005 г.). «Рецепторы факторов роста, липидные рафты и кавеолы: развивающаяся история» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Исследования молекулярных клеток . 1746 (3): 260–73. дои : 10.1016/j.bbamcr.2005.05.005 . ПМИД 15951036 .
- ^ Пейдж, Луизиана; Надлер, МЮ; Харрисон, ML; Кэссиди, Дж. М.; Гелен, Р.Л. (25 апреля 1993 г.). «Обратимое пальмитоилирование протеинтирозинкиназы p56lck» . Журнал биологической химии . 268 (12): 8669–74. дои : 10.1016/S0021-9258(18)52927-6 . ПМИД 8473310 .
- ^ Ван, Хао; Юань, Цзысюань; Павел, Махмуд Ариф; Хансен, Скотт Б. (29 мая 2020 г.). «Роль высокого холестерина в возрастной смертности от COVID19» . bioRxiv : 2020.05.09.086249. дои : 10.1101/2020.05.09.086249 . ПМЦ 7263494 . ПМИД 32511366 .
- ^ Хансен, Скотт Б.; Юань, Цзысюань (март 2023 г.). «Приступаем к делу: новые инструменты, позволяющие увидеть, как SARS-CoV-2 заражает клетку» . Клеточная химическая биология . 30 (3): 233–234. doi : 10.1016/j.chembiol.2023.02.010 . ПМК 10018748 . ПМИД 36931249 .
- ^ Ван, Хао; Юань, Цзысюань; Павел, Махмуд Ариф; Хансен, Скотт Б. (29 мая 2020 г.). «Роль высокого холестерина в возрастной смертности от COVID19» . bioRxiv : 2020.05.09.086249. дои : 10.1101/2020.05.09.086249 . ПМЦ 7263494 . ПМИД 32511366 .
- ^ Хансен, С.Б. (май 2015 г.). «Липидный агонизм: парадигма PIP2 лиганд-управляемых ионных каналов» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Молекулярная и клеточная биология липидов . 1851 (5): 620–8. дои : 10.1016/j.bbalip.2015.01.011 . ПМК 4540326 . ПМИД 25633344 .
- ^ Левенталь, Я; Лингвуд, Д; Гжибек, М; Джошкун, У; Саймонс, К. (21 декабря 2010 г.). «Пальмитоилирование регулирует сродство рафта к большинству интегральных белков рафта» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 107 (51): 22050–4. Бибкод : 2010PNAS..10722050L . дои : 10.1073/pnas.1016184107 . ПМК 3009825 . ПМИД 21131568 .
- ^ Петерсен, Э. Николас; Гуджети, Манаса; Павел, Махмуд Ариф; Мерфи, Кейт Р.; Да, Уильям В.; Йоргенсен, Эрик М.; Хансен, Скотт Б. (5 сентября 2019 г.). «Фосфолипаза D передает силу на каналы TREK-1 в биологической мембране». bioRxiv 10.1101/758896 .
- ^ Петерсен, Э.Н.; Павел, М.А.; Ван, Х; Хансен, С.Б. (28 октября 2019 г.). «Нарушение пальмитат-опосредованной локализации; общий путь силовой и анестезирующей активации каналов TREK-1» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Биомембраны . 1862 (1): 183091. doi : 10.1016/j.bbamem.2019.183091 . ПМК 6907892 . ПМИД 31672538 .
- ^ Петерсен, Э. Николас; Павел, Махмуд Ариф; Хансен, Сэмюэл С.; Гуджети, Манаса; Ван, Хао; Юань, Цзысюань; Мерфи, Кейт Р.; Да, Уильям; Феррис, Хизер А.; Йоргенсен, Эрик; Хансен, Скотт Б. (26 февраля 2024 г.). «Механическая активация калиевого канала, связанного с TWIK, путем наноскопического движения и быстрой передачи сигналов вторичного мессенджера» . электронная жизнь . 12 : RP89465. doi : 10.7554/eLife.89465 . ПМЦ 10942622 . ПМИД 38407149 .
- ^ Петерсен, Э.Н.; Павел, М.А.; Ван, Х; Хансен, С.Б. (1 января 2020 г.). «Нарушение пальмитат-опосредованной локализации; общий путь силовой и анестезирующей активации каналов TREK-1» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Биомембраны . 1862 (1): 183091. doi : 10.1016/j.bbamem.2019.183091 . ПМК 6907892 . ПМИД 31672538 .
- ^ Павел, Махмуд Ариф; Петерсен, Э. Николас; Ван, Хао; Лернер, Ричард А.; Хансен, Скотт Б. (19 июня 2019 г.). «Исследование механизма мембранно-опосредованной общей анестезии». bioRxiv 10.1101/313973 .