Протеинфосфатаза 1
Протеинфосфатаза 1 ( PP1 ) принадлежит к определенному классу фосфатаз, известному как протеинсерин/треонинфосфатазы . Этот тип фосфатазы включает металлозависимые протеинфосфатазы (PPM) и аспартата фосфатазы на основе . Было обнаружено, что PP1 важен для контроля метаболизма гликогена , сокращения мышц , клеточной прогрессии, активности нейронов, сплайсинга РНК , митоза , [ 1 ] деление клеток, апоптоз , синтез белка и регуляция мембранных рецепторов и каналов. [ 2 ]
Структура
[ редактировать ]Каждый фермент PP1 содержит как каталитическую субъединицу, так и по крайней мере одну регуляторную субъединицу. [ 3 ] [ 4 ] Каталитическая субъединица состоит из однодоменного белка массой 30 кДа, который может образовывать комплексы с другими регуляторными субъединицами. Каталитическая субъединица высоко консервативна среди всех эукариот , что указывает на общий каталитический механизм. Каталитическая субъединица может образовывать комплексы с различными регуляторными субъединицами. Эти регуляторные субъединицы играют важную роль в субстратной специфичности, а также в компартментализации . Некоторые общие регуляторные субъединицы включают GM (PPP1R3A) и GL (PPP1R3B), которые названы в честь мест их действия в организме (мышцы и печень соответственно). [ 5 ] В то время как дрожжи S. cerevisiae кодируют только одну каталитическую субъединицу, у млекопитающих есть четыре изозима, кодируемых тремя генами, каждый из которых привлекает свой набор регуляторных субъединиц. [ 4 ] Регуляция этих различных процессов осуществляется различными голоферментами PP1 , которые облегчают образование комплексов каталитической субъединицы PP1 с различными регуляторными субъединицами. [ 4 ] и PPP1R3G .
Имеются рентгеноструктурные данные каталитической субъединицы PP1. [ 3 ] Каталитическая субъединица PP1 образует α/β-складку с центральным β-сэндвичем, расположенным между двумя α-спиральными доменами. Взаимодействие трех β-листов β-сэндвича создает канал каталитической активности, поскольку является местом координации ионов металлов. [ 6 ] Эти ионы металлов были идентифицированы как Mn и Fe, а их координация обеспечивается тремя гистидинами, двумя аспарагиновыми кислотами и одним аспарагином. [ 7 ]
Каталитический механизм
[ редактировать ]Механизм заключается в связывании и активации двух ионов металлов воды, что инициирует нуклеофильную атаку атома фосфора. [ 8 ]
Экзогенные ингибиторы
[ редактировать ]Потенциальные ингибиторы включают различные природные токсины, включая окадаиновую кислоту , диарейный яд моллюсков, сильный опухолевый промотор и микроцистин . [ 9 ] Микроцистин представляет собой токсин печени, вырабатываемый сине-зелеными водорослями, и содержит циклическую гептапептидную структуру, которая взаимодействует с тремя различными областями поверхности каталитической субъединицы PP1. [ 10 ] Структура MCLR не меняется при образовании комплекса с PP1, но меняется каталитическая субъединица PP1, чтобы избежать стерических эффектов Tyr 276 PP1 и боковой цепи Mdha MCLR. [ 7 ]
Кантаридовая кислота также является ингибитором PP1. [ 11 ]
Биологическая функция и регуляция
[ редактировать ]PP1 играет решающую роль в регуляции уровня глюкозы в крови в печени и метаболизме гликогена. PP1 важен для реципрокной регуляции метаболизма гликогена, обеспечивая противоположную регуляцию распада гликогена и синтеза гликогена. Ключевым регулятором PP1 является гликогенфосфорилаза а , которая служит сенсором глюкозы в гепатоцитах . [ 12 ] Когда уровень глюкозы низкий, фосфорилаза а в активном состоянии R прочно связывает PP1. Это связывание с фосфорилазой а предотвращает любую фосфатазную активность PP1 и поддерживает гликогенфосфорилазу в ее активной фосфорилированной конфигурации. Следовательно, фосфорилаза А ускоряет распад гликогена до тех пор, пока не будет достигнут адекватный уровень глюкозы. [ 12 ] Когда концентрация глюкозы становится слишком высокой, фосфорилаза А переходит в неактивное Т-состояние. Перемещая фосфорилазу а в состояние Т, PP1 диссоциирует от комплекса. Эта диссоциация активирует гликогенсинтазу и превращает фосфорилазу а в фосфорилазу b . Фосфорилаза b не связывает PP1, позволяя PP1 оставаться активированным. [ 12 ]
Когда мышцы тела сигнализируют о необходимости расщепления гликогена и повышения уровня глюкозы в крови, PP1 будет регулироваться соответствующим образом. Протеинкиназа А ( цАМФ -зависимая протеинкиназа) может снижать активность PP1. Область связывания гликогена, GM, фосфорилируется, что вызывает ее диссоциацию от каталитической единицы PP1. [ 12 ] Такое разделение каталитической единицы PP1, гликогена и других субстратов вызывает значительное снижение дефосфорилирования. Кроме того, когда другие субстраты фосфорилируются протеинкиназой А, они могут связываться с каталитической субъединицей PP1 и напрямую ингибировать ее. [ 12 ] В конечном итоге гликогенфосфорилаза сохраняется в активной форме, а гликогенсинтаза - в неактивной форме. Отдельно от ингибирования PP1 глюкагон также поддерживает активность киназы фосфорилазы через цАМФ , тем самым сохраняя активность гликогенфосфорилазы.
Когда уровень сахара в крови высок, инсулин будет секретироваться бета-клетками поджелудочной железы , косвенно активируя гликогенсинтазу и запуская синтез гликогена. Хотя с конца 1990-х годов было известно, что PP1 является одной из наиболее важных фосфатаз, участвующих в действии инсулина, [ 13 ] Точные механизмы, с помощью которых инсулин регулирует PP1, были раскрыты совсем недавно.
Исследование, проведенное в 2019 году исследователями из Цинхуа , Фуданя и Университета Китайской академии наук, продемонстрировало как в экспериментах на клеточных культурах, так и на мышах с нокдауном PPP1R3G, что Akt (протеинкиназа B) напрямую фосфорилирует регуляторную субъединицу 3G протеинфосфатазы 1 (PPP1R3G) , что затем связывается с комплексом PP1, активируя его фосфатазную активность. Исследование показало, что фосфорилированный PPP1R3G также способен независимо связывать фосфорилированную гликогенсинтазу (p-GS) и рекрутировать p-GS в сторону PP1, позволяя PP1 дефосфорилировать и тем самым активировать гликогенсинтазу независимо от GSK3 (которая, как уже известно, ингибируется Akt ). [ 14 ]
Клиническая значимость
[ редактировать ]При болезни Альцгеймера гиперфосфорилирование белка, связанного с микротрубочками, ингибирует сборку микротрубочек в нейронах. Исследователи из Института фундаментальных исследований нарушений развития штата Нью-Йорк показали, что активность фосфатазы 1 типа значительно ниже как в сером, так и в белом веществе головного мозга при болезни Альцгеймера. [ 15 ] Это предполагает, что дисфункциональные фосфатазы играют роль в болезни Альцгеймера.
Регуляция ВИЧ -1 транскрипции с помощью протеинфосфатазы 1 (PP1). Было признано, что протеинфосфатаза-1 (PP1) служит важным регулятором транскрипции ВИЧ-1. Исследователи из Университета Говарда показали, что белок Tat направляет PP1 в ядро, и последующее взаимодействие важно для транскрипции ВИЧ-1. [ 16 ] Белок также способствует патогенезу эболавируса, дефосфорилируя активатор вирусной транскрипции VP30, что позволяет ему продуцировать вирусные мРНК. Ингибирование PP1 предотвращает дефосфорилирование VP30, тем самым предотвращая производство вирусной мРНК и, следовательно, вирусного белка. Однако вирусная L-полимераза все еще способна реплицировать вирусные геномы без дефосфорилирования VP30 с помощью PP1. [ 17 ]
Белок простого герпеса вируса ICP34.5 также активирует протеинфосфатазу 1, которая преодолевает клеточный стрессовый ответ на вирусную инфекцию; протеинкиназа R вируса активируется двухцепочечной РНК , а протеинкиназа R затем фосфорилирует белок, называемый эукариотическим фактором инициации-2А (eIF-2A), который инактивирует eIF-2A. EIF-2A необходим для трансляции , поэтому, отключая eIF-2A, клетка не позволяет вирусу захватить собственный механизм производства белка. Герпесвирусы, в свою очередь, развили ICP34.5, чтобы преодолеть защиту; ICP34.5 активирует протеинфосфатазу-1A, которая дефосфорилирует eIF-2A, позволяя повторной трансляции. ICP34.5 разделяет C-концевой регуляторный домен ( InterPro : IPR019523 ) с субъединицей 15A/B протеинфосфатазы 1. [ 18 ]
Субъединицы
[ редактировать ] | В этом разделе отсутствует информация о примерных функциях reg-субъединиц: не все они являются ингибирующими и заслуживают некоторого пояснения. ( август 2019 г. ) |
| протеинфосфатаза 1, каталитическая субъединица, альфа-изофермент | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | PPP1CA | ||
| Альт. символы | ПП1, ПП1а, MGC15877, MGC1674, ПП-1А, ПП1альфа, ПП1А | ||
| ген NCBI | 5499 | ||
| HGNC | 9281 | ||
| МОЙ БОГ | 176875 | ||
| RefSeq | НП_002699.1 | ||
| ЮниПрот | P62136 | ||
| Другие данные | |||
| Номер ЕС | 3.1.3.16 | ||
| Локус | Хр. 11 q13 | ||
| |||
| протеинфосфатаза 1, каталитическая субъединица, бета-изофермент | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | PPP1CB | ||
| Альт. символы | ПП1, ПП1б, ПП1бета, ПП-1Б; PPP1CD; МГК3672; ПП1бета; PPP1CB | ||
| ген NCBI | 5500 | ||
| HGNC | 9282 | ||
| МОЙ БОГ | 600590 | ||
| RefSeq | НП_002700.1 | ||
| ЮниПрот | P62140 | ||
| Другие данные | |||
| Номер ЕС | 3.1.3.16 | ||
| Локус | Хр. 2 стр.23 | ||
| |||
| протеинфосфатаза 1, каталитическая субъединица, гамма-изофермент | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | PPP1CC | ||
| Альт. символы | ПП1гамма, ПП1у, ПП1гамма, ППП1Г | ||
| ген NCBI | 5501 | ||
| HGNC | 9283 | ||
| МОЙ БОГ | 176914 | ||
| RefSeq | НП_002701.1 | ||
| ЮниПрот | P36873 | ||
| Другие данные | |||
| Номер ЕС | 3.1.3.16 | ||
| Локус | Хр. 12 q24 | ||
| |||
Протеинфосфатаза 1 представляет собой мультимерный фермент, который может содержать следующие субъединицы: [ 19 ]
- каталитическая субъединица: PPP1CA , PPP1CB , PPP1CC
- регуляторная субъединица 1: PPP1R1A , PPP1R1B , PPP1R1C
- регуляторная субъединица 2: PPP1R2
- регуляторная субъединица 3: PPP1R3A , PPP1R3B , PPP1R3C , PPP1R3D , PPP1R3E , PPP1R3F , PPP1R3G.
- регуляторная субъединица 7: PPP1R7
- регуляторная субъединица 8: PPP1R8
- регуляторная субъединица 9: PPP1R9A , PPP1R9B
- регуляторная субъединица 10: PPP1R10
- регуляторная субъединица 11: PPP1R11
- регуляторная субъединица 12: PPP1R12A , PPP1R12B , PPP1R12C
- регуляторная субъединица 13: PPP1R13B
- регуляторная субъединица 14: PPP1R14A , PPP1R14B , PPP1R14C , PPP1R14D
- регуляторная субъединица 15: PPP1R15A , PPP1R15B
- регуляторная субъединица 16: PPP1R16A , PPP1R16B
Как описано ранее, каталитическая субъединица всегда связана с одной или несколькими регуляторными субъединицами. Мотивом основной последовательности для связывания с каталитической субъединицей является «RVxF», но дополнительные мотивы позволяют использовать дополнительные сайты. О некоторых комплексах с двумя присоединенными регуляторными субъединицами сообщалось в 2002 и 2007 годах. [ 4 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Турнебиз Р., Андерсен С.С., Верде Ф., Доре М., Карсенти Э., Хайман А.А. (сентябрь 1997 г.). «Различные роли PP1 и PP2A-подобных фосфатаз в контроле динамики микротрубочек во время митоза» . Журнал ЭМБО . 16 (18): 5537–49. дои : 10.1093/emboj/16.18.5537 . ПМК 1170186 . ПМИД 9312013 .
- ^ Фонг Н.М., Дженсен Т.К., Шах А.С., Парех Н.Н., Салтиэль А.Р., Брейди М.Дж. (ноябрь 2000 г.). «Идентификация сайтов связывания на белках, направляющих гликоген для ферментов метаболизма гликогена» . Журнал биологической химии . 275 (45): 35034–9. дои : 10.1074/jbc.M005541200 . ПМИД 10938087 .
- ^ Перейти обратно: а б Голдберг Дж., Хуанг Х.Б., Квон Ю.Г., Грингард П., Нэрн А.С., Куриян Дж. (август 1995 г.). «Трехмерная структура каталитической субъединицы белка серин/треонинфосфатазы-1». Природа . 376 (6543): 745–53. Бибкод : 1995Natur.376..745G . дои : 10.1038/376745a0 . ПМИД 7651533 . S2CID 4256743 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Виршуп Д.М., Шеноликар С. (март 2009 г.). «От распущенности к точности: протеинфосфатазы претерпевают изменения» . Молекулярная клетка . 33 (5): 537–45. doi : 10.1016/j.molcel.2009.02.015 . ПМИД 19285938 .
- ^ Армстронг К.Г., Браун Г.Дж., Коэн П., Коэн П.Т. (ноябрь 1997 г.). «PPP1R6, новый член семейства субъединиц протеинфосфатазы 1, нацеленных на гликоген». Письма ФЭБС . 418 (1–2): 210–4. дои : 10.1016/S0014-5793(97)01385-9 . ПМИД 9414128 . S2CID 21169749 .
- ^ Эглофф MP, Джонсон Д.Ф., Мурхед Дж., Коэн П.Т., Коэн П., Барфорд Д. (апрель 1997 г.). «Структурная основа распознавания регуляторных субъединиц каталитической субъединицей протеинфосфатазы 1» . Журнал ЭМБО . 16 (8): 1876–87. дои : 10.1093/emboj/16.8.1876 . ПМЦ 1169791 . ПМИД 9155014 .
- ^ Перейти обратно: а б Барфорд Д., Дас А.К., член парламента Эглофф (1998). «Структура и механизм протеинфосфатаз: понимание катализа и регуляции». Ежегодный обзор биофизики и биомолекулярной структуры . 27 : 133–64. doi : 10.1146/annurev.biophys.27.1.133 . ПМИД 9646865 .
- ^ Чжан Ю, Чжан М, Чжан Ю (март 2011 г.). «Кристаллическая структура Ssu72, незаменимой эукариотической фосфатазы, специфичной для С-концевого домена РНК-полимеразы II, в комплексе с аналогом переходного состояния». Биохимический журнал . 434 (3): 435–44. дои : 10.1042/BJ20101471 . ПМИД 21204787 .
- ^ Вера С., Хеммингс Б.А. (октябрь 1995 г.). «Серин/треонин протеинфосфатазы» . Биохимический журнал . 311 (Часть 1) (1): 17–29. дои : 10.1042/bj3110017 . ПМК 1136113 . ПМИД 7575450 .
- ^ Маккинтош С., Битти К.А., Клампп С., Коэн П., Кодд Г.А. (май 1990 г.). «Цианобактериальный микроцистин-LR является мощным и специфическим ингибитором протеинфосфатаз 1 и 2А как у млекопитающих, так и у высших растений» . Письма ФЭБС . 264 (2): 187–92. дои : 10.1016/0014-5793(90)80245-E . ПМИД 2162782 . S2CID 27643473 .
- ^ «Кантаридовая кислота | CAS 28874-45-5» .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Берг Дж. М., Страйер Л., Тимочко Дж. Л. (24 декабря 2010 г.). Биохимия (7-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 978-1-4292-2936-4 .
- ^ Брэди М., Салтиэль А. (1 января 2001 г.). «Роль протеинфосфатазы-1 в действии инсулина» (PDF) . Последние версии Prog Horm . 56 : 157–173. дои : 10.1210/rp.56.1.157 . ПМИД 11237211 . Проверено 15 декабря 2023 г.
- ^ Ли Ц, Чжао Ц, Чжан Дж, Линкан Л, Вэньхао В, Чуа Б, Чэнь Ю, Сюй Л, Ли П (24 сентября 2019 г.). «Комплекс протеинфосфатазы 1 является прямой мишенью АКТ, которая связывает передачу сигналов инсулина с отложением гликогена в печени» . Отчеты по ячейкам . 28 (13): 3406–3422. дои : 10.1016/j.celrep.2019.08.066 . ПМИД 31553910 .
- ^ Гонг CX, Сингх Т.Дж., Грундке-Икбал I, Икбал К. (сентябрь 1993 г.). «Активность фосфопротеинфосфатазы при болезни Альцгеймера в мозге». Журнал нейрохимии . 61 (3): 921–7. дои : 10.1111/j.1471-4159.1993.tb03603.x . ПМИД 8395566 . S2CID 30225343 .
- ^ Нехай С., Жеребцова М., Джексон А., Саутерленд В. (январь 2007 г.). «Регуляция транскрипции ВИЧ-1 протеинфосфатазой 1». Текущие исследования ВИЧ . 5 (1): 3–9. дои : 10.2174/157016207779316279 . ПМИД 17266553 . S2CID 12105058 .
- ^ Ильиных П.А., Тигабу Б, Иванов А, Аммосова Т, Обухов Ю, Гаррон Т, Кумари Н, Ковальский Д, Платонов М.О., Наумчик В.С., Фрейберг А.Н., Нехай С., Букреев А (август 2014 г.). «Роль протеинфосфатазы 1 в дефосфорилировании белка VP30 вируса Эбола и ее нацеливании на ингибирование вирусной транскрипции» . Журнал биологической химии . 289 (33): 22723–38. дои : 10.1074/jbc.M114.575050 . ПМЦ 4132779 . ПМИД 24936058 .
- ^ Агарвалла ПК, Аги МК (2012). «Разработка и получение онколитического вируса простого герпеса». Онколитические вирусы . Методы молекулярной биологии. Том. 797. стр. 1–19. дои : 10.1007/978-1-61779-340-0_1 . ISBN 978-1-61779-339-4 . ПМИД 21948465 .
- ^ Коэн PT (январь 2002 г.). «Протеинфосфатаза 1, направленная во многих направлениях». Журнал клеточной науки . 115 (Часть 2): 241–56. дои : 10.1242/jcs.115.2.241 . ПМИД 11839776 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Белок + фосфатаза + 1 в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
