Ретикулон

Ретикулоны ( RTN у позвоночных и ретикулоноподобные белки или RNT1 у других эукариот ) представляют собой группу эволюционно консервативных белков, расположенных преимущественно в эндоплазматическом ретикулуме и в первую очередь играющих роль в обеспечении искривления мембраны . Кроме того, ретикулоны могут играть роль в образовании комплексов ядерных пор , образовании пузырьков и других процессах, которые еще предстоит определить. Они также связаны с ролью олигодендроцитов в ингибировании роста нейритов. Некоторые исследования связывают RTN с болезнью Альцгеймера и боковым амиотрофическим склерозом .

Все изученные до сих пор эукариоты несут в своих геномах гены RTN . Ретикулоны отсутствуют только у архей и бактерий . У млекопитающих есть четыре ретикулонных гена: RTN1 , RTN2 , RTN3 , RTN4 . Растения обладают большим числом ретикулона изоформ , 21 из которых была идентифицирована у широко используемого модельного организма Arabidopsis thaliana .

Гены обладают рядом экзонов и интронов и соответственно сплайсированы во многие изоформы . С-концевая область RTN содержит высококонсервативный домен гомологии ретикулона (RHD), тогда как другие части белка могут различаться даже в пределах одного организма.

Особенностью изоформы RTN4 RTN4A (Nogo-A) является ее способность ингибировать рост аксонов . Эта подформа ретикулона, как ни странно, отсутствует у рыб . таксон , известный повышенной способностью ЦНС к регенерации после травмы.

Трансмембранный 33 ( TMEM33 ) экзогенно подавляет функцию ретикулона 4C и, следовательно, может играть роль в диктовании кривизны мембраны посредством ингибирования функции ретикулона.

Структура

Эволюционная история

ретикулона Белки , содержащие от 200 до 1200 аминокислот , были обнаружены во всех исследованных эукариотических организмах. Семейство белков позвоночных называются ретикулонами, а все остальные локализованные у эукариот — ретикулоноподобными белками. Некоторые примеры изученных ретикулонных геномов эукариот находятся у Homo sapiens , Mus musculus , Danio rerio , Drosophila melanogaster , Arabidopsis thaliana и Saccharomyces cerevisiae . Эти геномы не обнаружены ни у архей, ни у бактерий. Из-за их отсутствия у прокариот и тесной связи с эндоплазматической сетью (ER) предполагается, что ретикулоны развились вместе с эндомембранной системой эукариот. У млекопитающих имеется четыре ретикулонных гена: RTN _1-4 . RTN 3 и 4 имеют более близкую идентичность последовательностей на 73%, чем между 2 и 4, с идентичностью последовательностей только 52%. Между ретикулонами существует расхождение в последовательности, поскольку их сплайсинговые изоформы могут быть вариабельными даже в одном и том же организме. Это согласуется с эволюцией видов и клеточно-специфической ролью ретикулонов. самая длинная изоформа Nogo-A может ингибировать рост и регенерацию нейритов. Исследования показали, что Однако эта изоформа отсутствует у рыб, у которых регенерация центральной нервной системы обширна. Ретикулоны могут различаться по функциям у разных видов.

Структура белка ретикулона

Семейство ретикулонов содержит карбокси-концевой гомологический домен ретикулона (RHD), который имеет две гидрофобные области по 28-36 аминокислот. Эти области предположительно встроены в мембрану. Эти области разделены 60-70 аминокислотами гидрофильной петли. За петлей следует карбокси-концевой хвост длиной около 50 аминокислот . Аминоконцевые домены не похожи на ретикулоны внутри семейства . Однако трехмерная структура сохранилась от дрожжей до растений и человека. Гидрофобная область структуры аномально длинна по сравнению с другими трансмембранными доменами. Структура ретикулона может быть связана с функцией этого белка .

Локализация в ЭР, N- и С-концевых концах

Ретикулоны обычно находятся в ЭР клеток ; однако они также были обнаружены на поверхности клеток млекопитающих и на поверхности олигодендроцитов , где они ингибируют рост аксонов. N -конец , петлевая область и С-конец находятся на цитозольной стороне мембраны ЭР и способны взаимодействовать с другими цитозольными белками. N-концевые области ретикулонных белков разнообразны во взаимодействии с другими субстратами.

В целом были идентифицированы три модели топологии RHD. Одно открытие предполагает, что аминокислотный конец и 66-петля простираются во внеклеточное пространство. Это может указывать на то, что гидрофобная область мембраны образует двойное замыкание. Другие данные позволяют предположить, что аминоконец находится внутриклеточно. Наконец, третья модель объясняет, что 66-петлевой и аминоконцевой домен являются цитоплазматическими . Все эти модели предполагают, что ретикулоны могут иметь различную топологию в разных регионах, таких как ЭР и плазматическая мембрана . Это позволило бы им не только выглядеть по-разному в каждом месте, но и иметь возможность выполнять разные роли в ячейке и в разных типах ячеек.

Первый ретикулонный белок RTN ₁ был охарактеризован как антиген нейроэндокринных клеток из кДНК нервной ткани. было доказано, что он связан с ER Позже он был переименован, когда несколькими различными методами . Ретикулоны не имеют последовательности локализации ER , но гидрофобная область RHD способна направлять белок-RTN в ER посредством зеленой флуоресценции. Без RHD нет никакой связи с отделением скорой помощи . Ретикулоны локализованы в ЭР у следующих организмов: дрожжей, Arabidopsis , Xenopus , Drosophila и млекопитающих.

Функция

Механизмы

Данные показывают, что ретикулоны влияют на транспортировку ЭР и телец Гольджи в клетку и из нее через белки, ассоциированные с плазматической мембраной. Ретикулоны дополнительно способствуют образованию везикул и морфогенезу мембран. Ингибируя RTN ₄ A в клетках млекопитающих, он не позволяет правильно формировать мембранные канальцы. У C. elegans удаление RTNL RET _-1 и связанных с ним белков мешает образованию ER во время митоза . Это также нарушает сборку ядерной оболочки . Было обнаружено, что ретикулоны взаимодействуют с белками , которые участвуют в образовании везикул и морфогенезе ЭР . Они дополнительно участвуют во внутриклеточном трафике. В одном примере было показано, что увеличение экспрессии RTN ₃ препятствует ретроградному транспорту белков из телец Гольджи в ER . Кроме того, ретикулоны можно использовать для формирования покрытых белковых везикул путем взаимодействия с компонентом комплекса адаптерного белка (который поддерживает оболочку на везикулах ). Ретикулоны также могут участвовать в апоптозе. RTN ₁ C ингибирует Bcl-X _L , который является ингибитором апоптоза . RTN ₁ Также было показано, что C в ER усиливает его чувствительность к стрессорам, что способно модулировать апоптоз .

Ретикулоны также связаны с ролью олигодендроцитов в ингибировании роста нейритов. Самая длинная изоформа RTN ₄ была тщательно изучена и показала, что этот белок (Nogo-A) идентифицирован как ингибитор роста нейритов. Более конкретно, 66-петлевая область (Nogo66) является мощным ингибитором роста нейритов. Многие исследования на животных показали, что ингибирование взаимодействия NogoA способствует аксонов росту и восстановлению после травмы спинного мозга . против Nogo, клинические испытания антител Впоследствии начались чтобы выяснить, сможем ли мы использовать это явление на людях .

Появляется все больше доказательств того, что ретикулоны связаны с несколькими различными типами нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и боковой амиотрофический склероз. При болезни Альцгеймера специфический фермент вырабатывает патологический агент. Ретикулоны могут вмешиваться в работу этих ферментов, снижая уровень Aβ . было обнаружено В височных долях человека , что RTN ₃ истощен у пациентов с болезнью Альцгеймера. Тем не менее, точная связь между болезнью Альцгеймера и ретикулонами неизвестна. Также может быть связь ретикулонов с рассеянным склерозом и наследственной спастической параплегией . Сыворотка больных рассеянным склерозом содержит аутоантитела против специфической для изоформы А области RTN4 . В наиболее распространенном мутированном белке при наследственной спастической параплегии , спастине , наблюдалось взаимодействие как с RTN1 , так и с RTN3 посредством двухгибридного скрининга. Наконец, ретикулоны могут быть связаны с боковым амиотрофическим склерозом (БАС). На мышиной модели различная регуляция RTN ₄ A. была обнаружена В биоптатах мышц крыс уровни RTN4 были связаны с тяжестью заболевания. Кроме того, БАС можно предсказать по повышенной экспрессии RTN _4A при синдромах нижних мотонейронов.

Ретикулоны у растений

Знания о ретикулоне более развиты у дрожжей и животных , чем у растений . Большую часть того, что мы знаем о растениях, можно получить в результате исследований последних, при этом одних только растений мало. Локализация некоторых RTN установлена ​​в канальцах растительных клеток, образующих ЭР . Однако исследования показывают, что ретикулоны ограничены краями цистерн ЭР . Ученые пришли к выводу, что ретикулоны играют роль в сборке ядерной оболочки во время деления клеток . Текущие исследования включают поиск гомологов белка Nogo-66 в растениях. Есть также надежда определить рецептор домена RHD у растений.

Ретикулоноподобные белки: Arabidopsis.

Из-за отсутствия информации о ретикулонах ученые часто изучают ретикулоноподобные белки. Геном Arabidopsis thaliana содержит по меньшей мере 19 ретикулоноподобных белков, 15 из них были точно идентифицированы. Одно исследование Arabadopsis изучает транспорт между органеллами и специфическими рецепторами. Регуляция транспорта рецепторов к плазматической мембране важна для распознавания патогенов . Мембраносвязанные белки перемещаются из ЭР в тельца Гольджи и, в конечном итоге, в плазматическую мембрану. Иммунные рецепторы, связанные с плазматической мембраной, называются рецепторами распознавания образов (PRR). С помощью Arabidopsis белковых микрочипов был помечен рецептор FLAGELIN-SENSITIVE2 (FLS2), PRR , для идентификации ретикулоноподобного белка RTNLB1 и его гомолога RTNLB2. При манипулировании уровнями экспрессии RTNLB1 и RTNLB2 передача сигнала рецептора FLS2 прерывалась. Сериновый кластер на N-конце белка важен для взаимодействия FLS2. Хотя прямого вмешательства не происходит, RTNLB1 и RTNLB2 взаимодействуют с недавно созданным FLS2, облегчая транспортировку к плазматической мембране. Благодаря ретикулонным доменам RTNLB1 и RTNLB2 их функция является частью более крупной белковой системы, которая смягчает секрецию FLS2. Трафик рецепторов рассматривается в исследованиях растений как важный процесс активности рецепторов. Роль ретикулонов человека, которые участвуют во внутриклеточном транспорте белков, указывает на связь между ретикулонами и RTNLB растений.

Один из способов сравнить эти белки с ретикулонами — рассмотреть дрожжевые клетки, обедненные ретикулонами . Флуоресценция была обнаружена в модифицированных структурах ER этих дрожжевых клеток , а локализация FLS2 была нарушена.

В другом исследовании были клонированы представители семейства RTN Arabidopsis thaliana (RTNLB13). Эти члены были экспрессированы в эпидермальных клетках табачного листа с прикрепленным желтым флуоресцентным белком (YFP). RTNLB13 локализовался в ЭР этих клеток. Кроме того, был помечен маркер просвета ER, чтобы дополнительно показать, что при добавлении RTNLB13 в просвете ER существовали морфологические изменения . Восстановление флуоресценции после анализа фотообесцвечивания (FRAP) показало, что повышенная экспрессия RTNLB13 снижает вероятность растворимости белков в просвете ЭР. Для дальнейшего изучения того, что RTNS находится в ER , повышенная экспрессия RTNLB13 не влияла на форму аппарата Гольджи и секрецию репортерного белка.

Внешние ссылки

• Строение и топология мембран ретикулонов.