Чувствительная к напряжению фосфатаза
Потенциально-чувствительные фосфатазы или фосфатазы, содержащие датчик напряжения , обычно сокращенно VSP , представляют собой семейство белков, обнаруженное у многих видов, включая человека, мышей, рыбок данио, лягушек и морских асцидий.
| Идентификаторы | |
|---|---|
| Символ | ВСП |
| Суперсемейство OPM | 447 |
| белок OPM | 4g80 |
Открытие
[ редактировать ]Первая вольточувствительная фосфатаза была обнаружена в результате полногеномного поиска у асцидии Ciona кишечной . [1] Поиск был направлен на идентификацию белков, содержащих последовательность аминокислот, называемую датчиком напряжения , поскольку эта последовательность аминокислот придает чувствительность к напряжению потенциалзависимым ионным каналам . [2] [3] [4] Хотя первоначальный геномный анализ был в первую очередь связан с эволюцией потенциалзависимых ионных каналов, одним из результатов работы стало открытие белка VSP в асцидиях, названного Ci-VSP . [5]
Гомологи Ci-VSP у млекопитающих называются трансмембранными фосфатазами с гомологией тензина или TPTE . TPTE (теперь также называемый hVSP2 [6] ) и тесно связанный с ним TPIP (также называемый TPTE2 или hVSP1). [6] ) были идентифицированы до открытия Ci-VSP, [7] [8] [9] [10] однако в первоначальных сообщениях об этих белках не было описано потенциал-зависимой активности. Впоследствии с помощью вычислительных методов было сделано предположение, что эти белки могут быть чувствительны к напряжению. [11] однако Ci-VSP по-прежнему широко считается первым обнаруженным VSP. [12] [13]
Виды и распространение тканей
[ редактировать ]VSP обнаруживаются у животных и хоанофлагеллят , но теряются у нематод и насекомых. [14] У людей есть два члена, TPTE и TPTE2, которые возникают в результате специфичной для приматов дупликации [1] . В большинстве сообщений указывается, что ВСП обнаруживаются преимущественно в репродуктивных тканях, особенно в семенниках. Среди других обнаруженных ВСП: Dr-VSP ( рыбка данио Danio rerio , 2008, [15] 2022 [16] ), Гг-ВСП ( курица Gallus Gallus Domesticus , 2014), [17] Xl-VSP1, Xl-VSP2 и Xt-VSP (лягушки: X. laevis и X.tropicis , 2011), [18] ТПТЭ (мышь), [19] [20] и т. д.
После открытия Ci-VSP номенклатура, используемая для обозначения этих белков, состоит из двух букв, соответствующих инициалам названия вида, за которыми следует аббревиатура VSP. Для человеческих VSP было предложено использовать названия Hs-VSP1 и Hs-VSP2 применительно к TPIP и TPTE соответственно. [13] [21]
Структура и функции
[ редактировать ]VSP состоят из двух белковых доменов : домена датчика напряжения и домена фосфатазы , связанного с липидсвязывающим доменом C2.
Датчик напряжения
[ редактировать ]
Домен датчика напряжения содержит четыре трансмембранные спирали, названные от S1 до S4. Трансмембранная спираль S4 содержит ряд положительно заряженных аминокислотных остатков аргинина и лизина. Чувствительность к напряжению в VSP генерируется в первую очередь этими зарядами в S4, почти так же, как потенциал-управляемые ионные каналы закрываются напряжением. Когда положительный заряд накапливается на одной стороне мембраны, содержащей такие датчики напряжения, он генерирует электрическую силу, прижимающую S4 в противоположном направлении. Таким образом, изменения мембранного потенциала перемещают S4 вперед и назад через мембрану, позволяя датчику напряжения действовать как переключатель. Активация датчика напряжения происходит при деполяризованных потенциалах, т. е. когда мембрана собирает больше положительного заряда на внутреннем листке. И наоборот, деактивация датчика напряжения происходит при гиперполяризованных потенциалах, когда мембрана собирает больше отрицательного заряда на внутреннем листке. Активация датчика напряжения увеличивает активность фосфатазного домена, а деактивация датчика напряжения снижает активность фосфатазы.
Фосфатаза
[ редактировать ]Домен фосфатазы в VSP очень гомологичен супрессору опухоли PTEN и удаляет фосфатные группы из фосфолипидов в мембране, содержащей VSP. Фосфолипиды, такие как инозитолфосфаты, представляют собой сигнальные молекулы, которые оказывают различные эффекты в зависимости от характера их фосфорилирования и дефосфорилирования. Следовательно, действие ВСП заключается в косвенной регуляции процессов, зависящих от фосфолипидов.
Основной субстрат, охарактеризованный к настоящему времени для VSP (включая hVSP1 [6] но не hVSP2/ TPTE , который не проявляет фосфатазной активности) представляет собой фосфатидилинозитол (4,5)-бисфосфат , который VSP дефосфорилирует в 5'-положении. [22] [23] Однако сообщалось об активности VSP в отношении других фосфоинозитидов и , включая фосфатидилинозитол(3,4,5)-трифосфат , который также дефосфорилируется в 5'-положении. [24] активность против 3-фосфата PI(3,4)P2 ; Также была продемонстрирована эта активность, по-видимому, проявляется при высоких мембранных потенциалах, при более низких потенциалах преобладает активность 5'-фосфатазы. [25]
Рентгеновские кристаллические структуры
[ редактировать ]Рентгеновская кристаллография использовалась для создания изображений с высоким разрешением двух доменов Ci-VSP, отдельных друг от друга. [26] [27] [28] Внеся небольшие мутации в белок, исследователи создали кристаллические структуры как домена восприятия напряжения, так и домена фосфатазы из Ci-VSP в состояниях, которые считаются «включенными» и «выключенными». Эти структуры привели к модели активации VSP, в которой движение датчика напряжения влияет на конформационные изменения в «воротной петле», перемещая остаток глутамата в воротной петле от каталитического кармана фосфатазного домена для увеличения активности фосфатазы.
Использование в исследованиях и биологии
[ редактировать ]VSP использовались как инструмент для манипулирования фосфолипидами в экспериментальных условиях. Поскольку мембранный потенциал можно контролировать с помощью методов патч-клампа , размещение VSP в мембране позволяет экспериментаторам быстро дефосфорилировать субстраты VSP. Датчики напряжения VSP также использовались для создания различных типов генетически кодируемых индикаторов напряжения (GEVI). Эти зонды позволяют экспериментаторам визуализировать напряжение в мембранах с помощью флуоресценции. Однако нормальная роль, которую играют ВСП в организме, до сих пор не совсем понятна.
См. также
[ редактировать ]- Гейтирование (электрофизиология)
- Генетически закодированный индикатор напряжения
- Ионный канал
- фосфатаза
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Окамура Ю, Нисино А, Мурата Ю, Накадзё К, Ивасаки Х, Оцука Ю, Танака-Кунисима М, Такахаси Н, Хара Ю, Ёсида Т, Нисида М, Окадо Х, Ватари Х, Мейнерцхаген ИА, Сато Н, Такахаси К, Сато Ю, Окада Ю, Мори Ю (август 2005 г.). «Комплексный анализ генома асцидий открывает новое понимание молекулярной эволюции генов ионных каналов». Физиологическая геномика . 22 (3): 269–82. doi : 10.1152/физиологгеномика.00229.2004 . ПМИД 15914577 .
- ^ Лиман Э.Р., Хесс П., Уивер Ф., Корен Г. (октябрь 1991 г.). «Вольтчувствительные остатки в области S4 K+-канала млекопитающих». Природа . 353 (6346): 752–6. Бибкод : 1991Natur.353..752L . дои : 10.1038/353752a0 . ПМИД 1944534 . S2CID 4372265 .
- ^ Папазян Д.М., Тимпе Л.К., Ян Ю.Н., Ян Л.И. (январь 1991 г.). «Изменение потенциал-зависимости калиевого канала Шейкера мутациями в последовательности S4». Природа . 349 (6307): 305–10. Бибкод : 1991Natur.349..305P . дои : 10.1038/349305a0 . ПМИД 1846229 . S2CID 4239823 .
- ^ Шао XM, Папазян DM (август 1993 г.). «Мутации S4 изменяют кинетику одноканального стробирования каналов Shaker K+». Нейрон . 11 (2): 343–52. дои : 10.1016/0896-6273(93)90189-X . ПМИД 8352942 . S2CID 26474737 .
- ^ Мурата Ю., Ивасаки Х., Сасаки М., Инаба К., Окамура Ю. (июнь 2005 г.). «Активность фосфоинозитидфосфатазы, связанная с датчиком внутреннего напряжения». Природа . 435 (7046): 1239–43. Бибкод : 2005Natur.435.1239M . дои : 10.1038/nature03650 . ПМИД 15902207 . S2CID 4427755 .
- ^ Перейти обратно: а б с Халасович Ч.Р., Лейтнер М.Г., Маврантони А., Ле А., Фрецца Л., Фойер А., Шрайбер Д.Н., Вильяльба-Галеа К.А., Оливер Д. (ноябрь 2012 г.). «Человеческая фосфолипидфосфатаза, активируемая трансмембранным контрольным модулем» . Журнал исследований липидов . 53 (11): 2266–74. дои : 10.1194/jlr.M026021 . ПМЦ 3465996 . ПМИД 22896666 .
- ^ Гуиппони, М.; Таппарель, К.; Жуссон, О.; Скамуффа, Н.; Мас, К.; Россье, К.; Хаттер, П.; Меда, П.; Лайл, Р. (1 декабря 2001 г.). «Мышиный ортолог белка TPTE, локализованного в Гольджи, дает ключ к разгадке эволюционной истории семейства генов TPTE человека» (PDF) . Генетика человека . 109 (6): 569–575. дои : 10.1007/s004390100607 . ISSN 0340-6717 . ПМИД 11810268 . S2CID 8267495 .
- ^ Уокер С.М., Даунс С.П., Лесли Н.Р. (декабрь 2001 г.). «TPIP: новая фосфоинозитид-3-фосфатаза» . Биохимический журнал . 360 (Часть 2): 277–83. дои : 10.1042/0264-6021:3600277 . ПМЦ 1222227 . ПМИД 11716755 .
- ^ Ву, Ю.; Довбенко Д.; Пизабарро, Монтана; Диллард-Телм, Л.; Кеппен, Х.; Ласки, Луизиана (15 июня 2001 г.). «PTEN 2, ассоциированный с Гольджи специфичный для семенников гомолог липид-фосфатазы-супрессора опухолей PTEN» . Журнал биологической химии . 276 (24): 21745–21753. дои : 10.1074/jbc.M101480200 . ISSN 0021-9258 . ПМИД 11279206 .
- ^ Чен, Х.; Россье, К.; Моррис, Массачусетс; Скотт, HS; Гос, А.; Байрох, А.; Антонаракис, SE (1 ноября 1999 г.). «Ген, специфичный для семенников, TPTE, кодирует предполагаемую трансмембранную тирозинфосфатазу и картируется в прицентромерной области человеческих хромосом 21 и 13, а также в хромосомах 15, 22 и Y». Генетика человека . 105 (5): 399–409. doi : 10.1007/s004390051122 (неактивен 29 марта 2024 г.). ISSN 0340-6717 . ПМИД 10598804 .
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на март 2024 г. ( ссылка ) - ^ Куманович, Аттила; Левин, Гал; Блаунт, Пол (1 октября 2002 г.). «Семейные связи закрытых пор: эволюция сенсорного модуля» . Журнал ФАСЭБ . 16 (12): 1623–1629. дои : 10.1096/fj.02-0238hyp . ISSN 1530-6860 . ПМИД 12374785 . S2CID 9820811 .
- ^ Окамура Ю., Мурата Ю., Ивасаки Х. (февраль 2009 г.). «Вольт-чувствительная фосфатаза: действия и потенциалы» . Журнал физиологии . 587 (3): 513–20. дои : 10.1113/jphysicalol.2008.163097 . ПМК 2670076 . ПМИД 19074969 .
- ^ Перейти обратно: а б Вильяльба-Галеа, Калифорния (2012). «Ферменты, управляемые напряжением: новые ЯнусБифроны» . Границы в фармакологии . 3 : 161. дои : 10.3389/fphar.2012.00161 . ПМК 3440755 . ПМИД 22993507 .
- ^ Чен, Марк Дж.; Диксон, Джек Э.; Мэннинг, Джерард (11 апреля 2017 г.). «Геномика и эволюция протеинфосфатаз». Научная сигнализация . 10 (474): eaag1796. doi : 10.1126/scisignal.aag1796 . ISSN 1937-9145 . ПМИД 28400531 . S2CID 41041971 .
- ^ Хоссейн, штат Мэриленд Исраил; Ивасаки, Хирохиде; Окочи, Ёсифуми; Шахин, Мохамед; Хигасиджима, Шиничи; Нагаяма, Куниаки; Окамура, Ясуси (27 июня 2008 г.). «Ферментный домен влияет на движение датчика напряжения в потенциал-чувствительных фосфатазах асцидий и рыбок данио» . Журнал биологической химии . 283 (26): 18248–18259. дои : 10.1074/jbc.M706184200 . ISSN 0021-9258 . ПМИД 18375390 .
- ^ Ратанайота, Адисорн; Мацуда, Макото; Кимура, Юкико; Такенага, Фумико; Мизуно, Томоаки; Хоссейн, штат Мэриленд Исраил; Хигасидзима, Синъити; Каваи, Такафуми; Огасавара, Мичио; Окамура, Ясуши (10 сентября 2022 г.). «Вольт-чувствительная фосфатаза (Vsp) регулирует зависимое от эндоцитоза поглощение питательных веществ в энтероцитах хордовых» . Коммуникационная биология . 5 (1): 948. doi : 10.1038/s42003-022-03916-6 . ISSN 2399-3642 . ПМЦ 9464190 . ПМИД 36088390 .
- ^ Ямагучи, Синдзи; Аоки, Наоя; Китадзима, Такааки; Окамура, Ясуси; Хомма, Коичи Дж. (01 октября 2014 г.). «Экспрессия гена потенциал-чувствительной фосфатазы в тканях эмбриона кур и во взрослом мозжечке» . Коммуникативная и интегративная биология . 7 (5): e9705021. дои : 10.4161/19420889.2014.970502 . ПМЦ 4594614 . ПМИД 26843905 .
- ^ Ратзан, Уильям Дж.; Евсиков Алексей Владимирович; Окамура, Ясуси; Яффе, Лауринда А. (1 ноября 2011 г.). «Потенциал-чувствительные фосфоинозитидфосфатазы Xenopus: их распределение в тканях и зависимость от напряжения» . Журнал клеточной физиологии . 226 (11): 2740–2746. дои : 10.1002/jcp.22854 . ISSN 1097-4652 . ПМК 3181042 . ПМИД 21618529 .
- ^ «Tpte – MCG118205, изоформа CRA_c – Mus musculus (Мышь) – ген и белок Tpte» . www.uniprot.org . Проверено 11 мая 2017 г.
- ^ Каваи, Такафуми; Мията, Харухико; Наканиси, Хироки; Саката, Сухей; Мориока, Шин; Сасаки, Джунко; Ватанабэ, Масахико; Сакимура, Кендзи; Фудзимото, Тоёси; Сасаки, Такэхико; Икава, Масахито; Окамура, Ясуши (27 ноября 2019 г.). «Поляризованное распределение PtdIns(4,5)P2, опосредованное потенциал-чувствительной фосфатазой (VSP), регулирует подвижность сперматозоидов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 116 (51): 26020–26028. Бибкод : 2019PNAS..11626020K . дои : 10.1073/pnas.1916867116 . ISSN 0027-8424 . ПМК 6925991 . ПМИД 31776261 .
- ^ Окамура, Ясуси; Каванабэ, Акира; Каваи, Такафуми (1 августа 2018 г.). «Фосфатазы, чувствительные к напряжению: биофизика, физиология и молекулярная инженерия» . Физиологические обзоры . 98 (4): 2097–2131. doi : 10.1152/physrev.00056.2017 . ISSN 1522-1210 . ПМИД 30067160 .
- ^ Ивасаки Х., Мурата Ю., Ким Ю., Хоссейн М.И., Уорби К.А., Диксон Дж.Э., МакКормак Т., Сасаки Т., Окамура Ю. (июнь 2008 г.). «Потенциал-чувствительная фосфатаза, Ci-VSP, которая имеет идентичную последовательность с PTEN, дефосфорилирует фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (23): 7970–5. Бибкод : 2008PNAS..105.7970I . дои : 10.1073/pnas.0803936105 . ПМЦ 2430346 . ПМИД 18524949 .
- ^ Халасович Ч.Р., Шрайбер Д.Н., Оливер Д. (январь 2009 г.). «Ci-VSP представляет собой активируемую деполяризацией фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат и фосфатидилинозитол-3,4,5-трифосфат-5'-фосфатазу» . Журнал биологической химии . 284 (4): 2106–13. дои : 10.1074/jbc.M803543200 . ПМИД 19047057 .
- ^ Халасович, Кристиан Р.; Шрайбер, Даниэла Н.; Оливер, Доминик (23 января 2009 г.). «Ci-VSP представляет собой активируемую деполяризацией фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат и фосфатидилинозитол-3,4,5-трифосфат-5'-фосфатазу» . Журнал биологической химии . 284 (4): 2106–2113. дои : 10.1074/jbc.M803543200 . ISSN 0021-9258 . ПМИД 19047057 .
- ^ Курокава Т., Такасуга С., Саката С., Ямагути С., Хори С., Хомма К.Дж., Сасаки Т., Окамура Ю. (июнь 2012 г.). «Активность 3'-фосфатазы по отношению к фосфатидилинозитол-3,4-бисфосфату [PI(3,4)P2] посредством потенциал-чувствительной фосфатазы (VSP)» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (25): 10089–94. дои : 10.1073/pnas.1203799109 . ПМЦ 3382541 . ПМИД 22645351 .
- ^ Мацуда М., Такешита К., Курокава Т., Саката С., Сузуки М., Ямасита Е., Окамура Ю., Накагава А. (июль 2011 г.). «Кристаллическая структура цитоплазматической фосфатазы и гомолога тензина (PTEN)-подобной области потенциал-чувствительной фосфатазы Ciona интестиналиса дает представление о субстратной специфичности и окислительно-восстановительной регуляции активности фосфоинозитидфосфатазы» . Журнал биологической химии . 286 (26): 23368–77. дои : 10.1074/jbc.M110.214361 . ПМК 3123101 . ПМИД 21543329 .
- ^ Ли, Цюйфэй; Странник, Шерри; Падух, Марцин; Медовой, Давид; Сингхарой, Абхишек; МакГриви, Райан; Вильяльба-Галеа, Карлос А.; Халс, Раймонд Э.; Ру, Бенуа (01 марта 2014 г.). «Структурный механизм потенциалзависимого стробирования в изолированной потенциально-чувствительной области» . Структурная и молекулярная биология природы . 21 (3): 244–252. дои : 10.1038/nsmb.2768 . ISSN 1545-9985 . ПМК 4116111 . ПМИД 24487958 .
- ^ Лю Л., Кохут С.С., Сюй К., Мюллер С., Кимберлин С.Р., Исакофф Е.Ю., Минор Д.Л. (май 2012 г.). «Глутаматный переключатель контролирует функцию чувствительной к напряжению фосфатазы» . Структурная и молекулярная биология природы . 19 (6): 633–41. дои : 10.1038/nsmb.2289 . ПМЦ 3529583 . ПМИД 22562138 .