Маннозо-6-фосфатный рецептор
Катион-независимый повтор маннозо-6-фосфатного рецептора | |||
---|---|---|---|
Идентификаторы | |||
Символ | ЦИМР | ||
Пфам | PF00878 | ||
ИнтерПро | IPR000479 | ||
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 2 | 1e6f / SCOPe / СУПФАМ | ||
Мембраном | 30 | ||
|
Катион-зависимый маннозо-6-фосфатный рецептор | |||
---|---|---|---|
Идентификаторы | |||
Символ | М6ПР | ||
ген NCBI | 4074 | ||
HGNC | 6752 | ||
МОЙ БОГ | 154540 | ||
RefSeq | НМ_002355 | ||
ЮниПрот | P20645 | ||
Другие данные | |||
Локус | Хр. 12 стр13 | ||
|
Катион-независимый рецептор маннозо-6-фосфата | |||
---|---|---|---|
Идентификаторы | |||
Символ | IGF2R | ||
ген NCBI | 3482 | ||
HGNC | 5467 | ||
МОЙ БОГ | 147280 | ||
RefSeq | НМ_000876 | ||
ЮниПрот | P11717 | ||
Другие данные | |||
Локус | 6 q25q27 | ||
|
Рецепторы маннозо-6-фосфата ( MPR ) представляют собой трансмембранные гликопротеины , которые направляют ферменты в лизосомы у позвоночных . [ 1 ]
Маннозо-6-фосфатные рецепторы связывают вновь синтезированные лизосомальные гидролазы в транс-сети Гольджи (TGN) и доставляют их в прелизосомальные компартменты. Существует два разных MPR: один ~300 кДа и меньший димерный рецептор ~46 кДа. [ 2 ] [ 3 ] Более крупный рецептор известен как катион-независимый маннозо-6-фосфатный рецептор ( CI-MPR ), тогда как меньший рецептор ( CD-MPR ) требует двухвалентных катионов для эффективного распознавания лизосомальных гидролаз. [ 3 ] Хотя двухвалентные катионы не являются необходимыми для связывания лиганда CD-MPR человека, номенклатура была сохранена. [ 4 ]
Оба этих рецептора связывают терминальный маннозо-6-фосфат с одинаковым сродством (CI-MPR = 7 мкМ, CD-MPR = 8 мкМ). [ 5 ] и имеют сходные сигналы в своих цитоплазматических доменах для внутриклеточного транспорта. [ 6 ]
История
[ редактировать ]Элизабет Нойфельд изучала пациентов, которых присутствовало множественные тельца включения в клетках . [ 7 ] Из-за большого количества телец включения она назвала это состояние I-клеточной болезнью . Эти тельца включения представляли собой лизосомы, наполненные неперевариваемым материалом. Сначала Нойфельд подумал, что у этих пациентов, должно быть, недостаток лизосомальных ферментов . . Дальнейшие исследования показали, что все лизосомальные ферменты вырабатывались, но их цель была неправильной . Вместо того, чтобы попасть в лизосому , они секретировались. Более того, было обнаружено, что эти неправильно нацеленные ферменты не фосфорилируются . Таким образом, Ньюфельд предположил, что болезнь I-клеток вызвана дефицитом ферментов, которые добавляют специфическую метку маннозо-6-фосфата к лизосомальным ферментам, чтобы они могли быть направлены на лизосому .
Исследования болезней I-клеток привели к открытию рецепторов , которые связываются с этой конкретной меткой. Впервые CI-MPR был обнаружен и выделен с помощью аффинной хроматографии . Однако ученые обнаружили, что некоторые лизосомальные ферменты все же достигают лизосомы в отсутствие CI-MPR. Это привело к идентификации другого рецептора, связывающего маннозо-6-фосфат , CD-MPR, который связывает свой лиганд в присутствии двухвалентного катиона, такого как Mn. 2+ . [ 8 ] [ 9 ]
Гены рецептора каждого . были клонированы и охарактеризованы Считается, что они произошли консервативны от одного и того же предкового гена, поскольку некоторые границы их интрона / экзона имеется гомология , а в их связывающих доменах . [ 7 ]
Функция
[ редактировать ]Основная функция MPR заключается в нацеливании лизосомальных ферментов на лизосому .
Механизм таргетинга
[ редактировать ]Лизосомальные ферменты синтезируются в шероховатой эндоплазматической сети вместе с рядом других секреторных белков . Была разработана специальная распознающая метка, предотвращающая секрецию этих вредных лизосомальных ферментов и обеспечивающая их нацеливание на лизосому. [ 7 ] Эта метка представляет собой остаток маннозо-6-фосфата.
Как только лизосомальный фермент транслоцируется в шероховатый эндоплазматический ретикулум, олигосахарид , состоящий из Glc 3 Man 9 GlcNAc 2, переносится единым блоком в белок. [ 1 ] Олигосахарид , присутствующий на лизосомальных ферментах, процессируется так же, как и другие секреторные белки, при этом он транспортируется из эндоплазматического ретикулума в цис -Гольджи .

В Транс -Гольджи ( фосфотрансфераза GlcNAc ) EC 2.7.8.17 добавляет остаток GlcNAc -1- фосфата к 6-гидроксильной группе специфического остатка маннозы в олигосахариде . [ 10 ] При этом образуется фосфодиэфир : Man-фосфат-GlcNAc. После образования фосфодиэфира лизосомальный фермент перемещается через аппарат Гольджи в транс -Гольджи . В транс -Гольджи фосфодиэстераза ( EC 3.1.4.45 ) удаляет остаток GlcNAc, обнажая метку маннозо-6-фосфата, позволяя лизосомальным ферментам связываться с CI-MPR и CD-MPR. Комплекс MPR-лизосомальный фермент транслоцируется в прелизосомальный отсек, известный как эндосома , в везикуле, покрытой COPII . [ 11 ] [ 12 ] Такое направление в сторону от секреторного пути достигается за счет присутствия специфического сортирующего сигнала, мотива кислотный кластер/дилейцин, в цитоплазматических хвостах MPR. [ 13 ] Оба MPR наиболее эффективно связывают свои лиганды при pH 6–7; позволяя рецепторам связываться с лизосомальными ферментами транс таким образом -Гольджи и высвобождать их в подкисленной среде эндосомы . Как только фермент диссоциирует от рецептора маннозо-6-фосфата, он перемещается из эндосомы в лизосому , где фосфатная метка удаляется из фермента .
MPR не обнаруживаются в лизосомах ; они циркулируют в основном между транс -сетью Гольджи и эндосомами . CI-MPR также присутствует на поверхности клеток . Около 10–20% CI-MPR можно обнаружить на клеточной мембране. [ 14 ] Его функция здесь заключается в захвате любых ферментов, меченных маннозо-6-фосфатом , которые случайно попали в секреторный путь. Как только он связывается с лизосомальным ферментом, быстро рецептор интернализуется. Интернализация опосредована сортировочным сигналом в его цитоплазматическом хвосте – мотивом YSKV. [ 13 ] Это гарантирует, что все вредные лизосомальные ферменты будут направлены в лизосому .
Исследования на нокаутных мышах
[ редактировать ]CI-MPR
Мыши, у которых отсутствует CI-MPR, умирают на 15-й день беременности сердца из-за гиперплазии . [ 7 ] Мыши страдают от аномального роста, поскольку они не способны регулировать уровень свободного IGF-II (инсулиноподобного фактора роста типа II). Смерть мышей можно предотвратить, если аллель IGF-II также нокаутировать . Дальнейший анализ эмбрионов также показал, что у них наблюдаются дефекты в нацеливании лизосомальных ферментов , поскольку у них повышен уровень фосфорилированных лизосомальных ферментов в околоплодных водах . Примерно 70% лизосомальных ферментов секретируются в отсутствие CI-MPR – это говорит о том, что CD-MPR не способен компенсировать его потерю. [ 1 ]
CD-MPR
CD-MPR, Когда у мышей нокаут они кажутся здоровыми, за исключением того факта, что у них есть дефекты в нацеливании на несколько лизосомальных ферментов . У этих мышей наблюдаются повышенные уровни фосфорилированных лизосомальных ферментов в крови, и они накапливают непереваренный материал в своих лизосомах . [ 7 ]
На примере этих нокаутных мышей можно сделать вывод, что оба рецептора необходимы для эффективного нацеливания на лизосомальные ферменты . Лизосомальные ферменты , секретируемые двумя разными линиями нокаутных клеток, образуют два разных набора. Это предполагает, что каждый MPR преимущественно взаимодействует с подмножеством лизосомальных ферментов .
Структура
[ редактировать ]CI-MPR и CD-MPR являются структурно различными рецепторами , однако они имеют общую общую структуру, поскольку оба являются интегральными мембранными белками типа I. Оба рецептора имеют большой N-концевой экстрацитоплазматический домен, один трансмембранный домен и короткий С-концевой цитоплазматический хвост. Эти цитоплазматические хвосты содержат множественные сигналы сортировки; [ 15 ] некоторые из которых могут быть либо фосфорилированы , либо пальмитоилированы . [ 13 ]

CI-MPR : CI-MPR составляет ~300 кДа. [ 16 ] экстрацитоплазматический домен N-концевой содержит 15 смежных доменов распознавания углеводов P-типа. [ 16 ] Их называют доменами MRH (гомология маннозо-6-фосфатного рецептора). Домены гомологичны, потому что они имеют:
- Похожий размер - каждый имеет около 150 аминокислотных остатков.
- Консервативные аминокислотные остатки – идентичность последовательностей от 14 до 38%. [ 13 ]
- Консервативное расположение 6 специфических остатков цистеина , которые участвуют в образовании дисульфидных связей. [ 13 ]
Структура 7 из 15 доменов была определена с помощью рентгеновской кристаллографии , и, похоже, они имеют схожую структуру . [ 16 ] CI-MPR существует в основном в виде димера в мембране . Было обнаружено, что домены 3, 5 и 9 связываются с маннозо-6-фосфатом. Домены 3 и 9 могут связываться с маннозо-6-фосфатом с высоким сродством . Домен 5 связывает Ман-6-фосфат только со слабым сродством . Однако также было показано, что домен 5 связывается с фосфодиэфиром Man-фосфат-GlcNAc. [ 16 ] Это механизм безопасности для клетки – это означает, что она способна связываться с лизосомальными ферментами , избежавшими действия фермента, удаляющего остаток GlcNAc . Объединение этих трех доменов позволяет CI-MPR связываться с широким спектром фосфорилированных гликановых структур. Домен 11 связывается с IGF-II .
CD-MPR : CD-MPR намного меньше, чем CI-MPR – всего ~46 кДа. [ 16 ] Его N-концевой экстрацитоплазматический домен содержит только 1 домен распознавания углеводов P-типа. CD-MPR существует в основном в виде димера в мембране . Однако мономерные и тетрамерные формы. считается, что существуют также [ 17 ] На равновесие между этими различными олигомерами влияют pH , температура и наличие остатков маннозо-6-фосфата. Каждый мономер образует 9-нитевой β-цилиндр , который может связываться с одним остатком маннозо-6-фосфата.

Связывание маннозы-6-фосфата
[ редактировать ]CI-MPR и CD-MPR связывают маннозо-6-фосфат аналогичным образом. Оба образуют набор водородных связей между ключевыми остатками и характерными гидроксильными группами на остатке маннозы . Водородные связи с гидроксильными группами в положениях 2, 3 и 4 делают этот сайт специфичным только для маннозы .
Оба MPR имеют общие 4 остатка, которые необходимы для связывания лиганда . Мутация любого из этих остатков приводит к потере связывания маннозо-6-фосфата. [ 16 ] Этими остатками являются глутамин , аргинин , глутаминовая кислота и тирозин , которые отвечают за образование водородных связей , которые контактируют со специфическими гидроксильными группами в остатке маннозы .
широкий спектр N-гликановых На лизосомальных ферментах может присутствовать структур. Эти гликаны могут различаться по:
- Тип – гибридные или высокоманнозные структуры .
- Размер
- Наличие фосфомоноэфира (маннозо-6-фосфата) или фосфодиэфира (Man-фосфат-GlcNAc)
- Количество меток маннозо-6-фосфата
- Расположение метки маннозо-6-фосфата
CI-MPR и CD-MPR способны связываться с этим широким спектром структур N-гликанов , имея разную архитектуру сайта связывания. [ 1 ] MPR также связываются с фосфатной группой несколько иным образом. Домен 3 CI-MPR использует Ser -386 и упорядоченную молекулу воды для связывания с фосфатным фрагментом. С другой стороны, CD-MPR использует остатки Asp -103, Asn -104 и His -105 для образования благоприятных водородных связей с фосфатной группой. [ 16 ] CD-MPR также содержит двухвалентный катион Mn. 2+ который образует благоприятные водородные связи с фосфатным фрагментом.
CI-MPR и рак
[ редактировать ]Хорошо известно, что CI-MPR связывает маннозо-6-фосфат, но появляется все больше данных, свидетельствующих о том, что CI-MPR также связывается с негликозилированным IGF-II . Считается, что когда CI-MPR присутствует на поверхности клетки , домен 11 будет связываться с любым IGF-II свободным во внеклеточном матриксе . Затем рецептор . быстро интернализуется вместе с IGF-II через мотив YSKV, присутствующий в цитоплазматическом хвосте CI-MPR [ 13 ] Затем IGF-II будет направлен в лизосому , где он будет расщеплен. Это регулирует уровень свободного IGF-II в организме.
Эту функцию CI-MPR определяли с использованием нокаутных мышей . Было замечено, что у мышей с дефицитом CI-MPR наблюдался повышенный уровень свободного IGF-II и увеличенные органы (увеличение размера примерно на 30%). [ 7 ] ). Эти мыши умирают на 15-й день беременности сердца из-за гиперплазии . [ 7 ] Смерть мышей можно было предотвратить, если бы IGF-II также был нокаутирован аллель . Когда CI-MPR и аллель IGF-II нокаутированы, наблюдается нормальный рост мыши, поскольку больше не присутствует фактор роста, который необходимо регулировать.
Из-за способности CI-MPR модулировать уровни IGF-II было высказано предположение, что он может играть роль супрессора опухолей . [ 13 ] Исследования множественных видов рака человека показали, что потеря функции CI-MPR связана с прогрессированием онкогенеза . [ 18 ] Потеря гетерозиготности (LOH) в локусе CI-MPR наблюдалась при нескольких рака, типах включая рак печени и молочной железы . [ 13 ] [ 19 ] Однако это относительно новая концепция, и потребуется еще много исследований для изучения связи между CI-MPR и раком .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и Дрикамер К., Тейлор М.Э. (2011). Введение в гликобиологию (3-е изд.). Оксфорд [ua]: Издательство Оксфордского университета. стр. 177–181. ISBN 978-0199569113 .
- ^ Хофлак Б., Корнфельд С. (июль 1985 г.). «Связывание лизосомального фермента с мембранами макрофагов P388D1 мыши, лишенных рецептора маннозо-6-фосфата массой 215 кДа: доказательства существования второго рецептора маннозо-6-фосфата» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 82 (13): 4428–32. Бибкод : 1985PNAS...82.4428H . дои : 10.1073/pnas.82.13.4428 . ПМК 391114 . ПМИД 3160044 .
- ^ Jump up to: а б Хофлак Б., Корнфельд С. (октябрь 1985 г.). «Очистка и характеристика катион-зависимого маннозо-6-фосфатного рецептора из мышиных макрофагов P388D1 и бычьей печени» . Ж. Биол. Хим . 260 (22): 12008–14. дои : 10.1016/S0021-9258(17)38977-9 . ПМИД 2931431 .
- ^ Юнгханс У, Вахид А, фон Фигура К (сентябрь 1988 г.). «Катион-зависимый» маннозо-6-фосфатный рецептор связывает лиганды в отсутствие двухвалентных катионов» . ФЭБС Летт . 237 (1–2): 81–4. дои : 10.1016/0014-5793(88)80176-5 . ПМИД 2971570 . S2CID 29141433 .
- ^ Тонг П.Ю., Корнфельд С. (май 1989 г.). «Лигандные взаимодействия катионозависимого маннозо-6-фосфатного рецептора. Сравнение с катион-независимым маннозо-6-фосфатным рецептором» . Ж. Биол. Хим . 264 (14): 7970–5. дои : 10.1016/S0021-9258(18)83137-4 . ПМИД 2542255 .
- ^ Джонсон К.Ф., Чан В., Корнфельд С. (декабрь 1990 г.). «Катион-зависимый маннозо-6-фосфатный рецептор содержит два сигнала интернализации в своем цитоплазматическом домене» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 87 (24): 10010–4. Бибкод : 1990PNAS...8710010J . дои : 10.1073/pnas.87.24.10010 . ПМЦ 55304 . ПМИД 2175900 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Варки А., Каммингс Р.Д., Эско Дж.Д., Фриз Х.Х., Стэнли П., Бертоцци Ч.Р., Харт Г.В., Этцлер М. (2009). «Лектины Р-типа». Основы гликобиологии (2-е изд.). Колд-Спринг-Харбор, Нью-Йорк: Лабораторное издательство Колд-Спринг-Харбор. ISBN 978-0879697709 .
- ^ Хофлак, Б.; Комфельд, С. (1985). «Связывание лизосомального фермента с мембранами макрофагов P388D1 мыши, лишенных рецептора маннозо-6-фосфата массой 215 кДа: свидетельства существования второго рецептора маннозо-6-фосфата» . Учеб. Натл. акад. наук. 82 (13): 4428–32. Бибкод : 1985PNAS...82.4428H . дои : 10.1073/pnas.82.13.4428 . ПМК 391114 . ПМИД 3160044 .
- ^ Хофлак Б., Корнфельд С. (1985). «Очистка и характеристика катион-зависимого маннозо-6-фосфатного рецептора из мышиных макрофагов P388D1 и бычьей печени» . Ж. Биол. хим. 260 (22): 12008–14. дои : 10.1016/S0021-9258(17)38977-9 . ПМИД 2931431 .
- ^ Рейтман М.Л., Корнфельд С. (1981). «Нацеливание на лизосомальные ферменты. N-ацетилглюкозаминилфосфотрансфераза избирательно фосфорилирует нативные лизосомальные ферменты» . Ж. Биол. хим. 256 (23): 11977–80. дои : 10.1016/S0021-9258(18)43217-6 . ПМИД 6457829 .
- ^ Дункан-младший, Корнфельд С. (март 1988 г.). «Внутриклеточное движение двух маннозо-6-фосфатных рецепторов: возвращение к аппарату Гольджи» . Дж. Клеточная Биол . 106 (3): 617–28. дои : 10.1083/jcb.106.3.617 . ПМК 2115106 . ПМИД 2964450 .
- ^ Ле Борнь Р., Хофлак Б. (1997). «Маннозо-6-фосфатные рецепторы регулируют образование покрытых клатрином везикул в TGN» . Дж. Клеточная Биол . 137 (2): 335–45. дои : 10.1083/jcb.137.2.335 . ПМК 2139777 . ПМИД 9128246 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Гош П., Дамс Н.М., Корнфельд С. (2003). «Маннозо-6-фосфатные рецепторы: новые повороты в истории». Nature Reviews Молекулярно-клеточная биология . 4 (3): 202–212. дои : 10.1038/nrm1050 . ПМИД 12612639 . S2CID 16991464 .
- ^ Полманн, Р.; Нагель, Г.; Хилле, А.; Вендланд, М.; Вахид, А.; Браульке Т. и фон Фигура К. (1989). «Маннозо-6-фосфатспецифические рецепторы: структура и функции». Биохим Соц Транс . 17 (1): 15–16. дои : 10.1042/bst0170015 . ПМИД 2541033 .
- ^ Джонсон К.Ф., Чан В., Корнфельд С. (1990). «Катион-зависимый маннозо-6-фосфатный рецептор содержит два сигнала интернализации в своем цитоплазматическом домене» . Учеб. Натл. акад. наук. 87 (24): 10010–4. Бибкод : 1990PNAS...8710010J . дои : 10.1073/pnas.87.24.10010 . ПМЦ 55304 . ПМИД 2175900 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Бонсак Р.Н., Сонг X, Олсон Л.Дж., Кудо М., Готшалл Р.Р., Кэнфилд В.М., Каммингс Р.Д., Смит Д.Ф., Дамс Н.М. (2009). «Катион-независимый маннозо-6-фосфатный рецептор, состоящий из различных сайтов связывания фосфоманнозила» . Журнал биологической химии . 284 (50): 35215–35226. дои : 10.1074/jbc.M109.056184 . ПМЦ 2787381 . ПМИД 19840944 .
- ^ Тонг П.Ю., Корнфельд С. (1989). «Лигандные взаимодействия катионозависимого маннозо-6-фосфатного рецептора. Сравнение с катион-независимым маннозо-6-фосфатным рецептором» . Ж. Биол. хим. 264 (14): 7970–5. дои : 10.1016/S0021-9258(18)83137-4 . ПМИД 2542255 .
- ^ Де Соуза А.Т., Хэнкинс Г.Р., Вашингтон М.К., Ортон Т.К., Джиртл Р.Л. (1996). «Ген M6P/IGF2R мутирует в гепатоцеллюлярной карциноме человека с потерей гетерозиготности». Нат. Жене. 11 (4): 447–9. дои : 10.1038/ng1295-447 . ПМИД 7493029 . S2CID 21787312 .
- ^ Де Соуза А.Т., Ханкинс Г.Р., Вашингтон М.К., Файн Р.Л., Ортон Т.К., Джиртл Р.Л. (1995). «Частая потеря гетерозиготности по 6q в локусе рецептора маннозо-6-фосфата / инсулиноподобного фактора роста II в гепатоцеллюлярных опухолях человека». Онкоген . 10 (9): 1725–9. ПМИД 7753549 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Дункан-младший, Корнфельд С. (1988). «Внутриклеточное движение двух маннозо-6-фосфатных рецепторов: возвращение к аппарату Гольджи» . Дж. Клеточная Биол . 106 (3): 617–28. дои : 10.1083/jcb.106.3.617 . ПМК 2115106 . ПМИД 2964450 .
- Юнгханс У, Вахид А, фон Фигура К (1988). «Катион-зависимый» маннозо-6-фосфатный рецептор связывает лиганды в отсутствие двухвалентных катионов» . ФЭБС Летт . 237 (1–2): 81–4. дои : 10.1016/0014-5793(88)80176-5 . ПМИД 2971570 . S2CID 29141433 .
- Хоукс С., Кар С. (2004). «Рецептор инсулиноподобного фактора роста-II/маннозо-6-фосфата: структура, распределение и функции в центральной нервной системе». Мозговой Рес. Мозговой Рес. Преподобный . 44 (2–3): 117–40. дои : 10.1016/j.brainresrev.2003.11.002 . ПМИД 15003389 . S2CID 20434586 .
- Киллиан Дж.К., Джиртл Р.Л. (1999). «Геномная структура человеческого рецептора M6P/IGF2». Мамм. Геном . 10 (1): 74–7. CiteSeerX 10.1.1.564.5806 . дои : 10.1007/s003359900947 . ПМИД 9892739 . S2CID 20181915 .
- Ишивата Т., Бергманн У., Корнманн М., Лопес М., Бегер Х.Г., Корц М. (1997). «Измененная экспрессия рецептора инсулиноподобного фактора роста II при раке поджелудочной железы человека». Поджелудочная железа . 15 (4): 367–73. дои : 10.1097/00006676-199711000-00006 . ПМИД 9361090 . S2CID 42073680 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Информация об исследовании лектинов Имперского колледжа
- Запись UniProtKB/ Swiss-Prot для катион-независимого человеческого рецептора маннозо-6-фосфата
- Запись UniProtKB/ Swiss-Prot для катионозависимого маннозо-6-фосфатного рецептора человека.
- PDBe-KB предоставляет обзор всей информации о структуре, доступной в PDB для катион-независимого рецептора маннозо-6-фосфата человека.