Поли(А)-связывающий белок
Поли(А)-связывающий белок ( PAB или PABP ) [1] представляет собой РНК-связывающий белок , который запускает связывание комплекса фактора инициации 4 эукариот (eIF4G) непосредственно с поли(А)-хвостом мРНК длиной 200-250 нуклеотидов. [2] Поли(А)-хвост расположен на 3'-конце мРНК и был открыт Мэри Эдмондс . [3] который также охарактеризовал фермент поли-А-полимеразы, который генерирует поли(а)-хвост. [4] Связывающий белок также участвует в предшественниках мРНК , помогая полиаденилат-полимеразе добавлять поли(А)-нуклеотидный хвост к пре-мРНК перед трансляцией . [5] Ядерная изоформа избирательно связывается примерно с 50 нуклеотидами и стимулирует активность полиаденилат-полимеразы за счет увеличения ее сродства к РНК . Поли(А)-связывающий белок также присутствует на стадиях метаболизма мРНК, включая нонсенс-опосредованный распад и нуклеоцитоплазматический транспорт. Поли(А)-связывающий белок может также защищать хвост от деградации и регулировать выработку мРНК. Без этих двух белков в тандеме поли(А)-хвост не был бы добавлен, и РНК быстро деградировала бы. [6]
Структура
[ редактировать ]
Цитозольный поли-А-связывающий белок (PABPC) состоит из четырех мотивов распознавания РНК (RRM) и С-концевой области, известной как домен PABC. RRM является наиболее распространенным мотивом узнавания РНК и обычно состоит из 90-100 аминокислот . раствора Предыдущие исследования ЯМР и рентгеновской кристаллографии показали, что RRM представляют собой глобулярные домены , каждый из которых состоит из 4 антипараллельных β-листов , подкрепленных 2 α-спиралями . Две центральные β-цепи, соединенные коротким линкером, каждого RRM образуют корытообразную поверхность, которая, как полагают, отвечает за связывание с поли(А) -олигонуклеотидами . Полиаденилатная РНК принимает расширенную конформацию, проходящую по всей длине молекулярной впадины. Распознавание аденина в первую очередь опосредовано контактами с консервативными остатками , обнаруженными в мотивах RNP двух RRM. [7] Исследования in vitro показали, что аффинность связывания составляет порядка 2-7 нМ, в то время как аффинность к поли(U), поли(G) и поли(C), как сообщается, была ниже или необнаружимой по сравнению с ними. Это показывает, что поли(А)-связывающий белок специфичен к поли(А)-олигонуклеотидам, а не к другим. [8] Поскольку две центральные β-цепи используются для связывания поли(А)-олигонуклеотидов, другая сторона белка свободна для белок-белковых взаимодействий.
Домен PABC состоит примерно из 75 аминокислот и состоит из 4 или 5 α-спиралей в зависимости от организма: у человека PABC их 5, а у дрожжей - 4. Этот домен не контактирует с РНК, а вместо этого распознает 15 остатков. последовательности, которые являются частью мотива взаимодействия PABP (PAM-2), обнаруженного на таких белках, как эукариотический фактор терминации трансляции (eRF3) и взаимодействующие с PABP белки 1 и 2 (PAIP 1, PAIP2).
Структура человеческого поли(А)-связывающего белка, обнаруженного в ядре (PABPN1), еще не определена, но было показано, что он содержит один домен RRM и аргинином богатый карбокси- концевой домен. Считается, что они структурно и функционально отличаются от поли-А-связывающих белков, обнаруженных в цитозоле .
Выражение и привязка
[ редактировать ]Экспрессия поли(А)-связывающего белка млекопитающих регулируется на уровне трансляции по механизму обратной связи: мРНК, кодирующая PABP, содержит в своей 5'- UTR богатую А последовательность, которая связывает поли(А)-связывающий белок. Это приводит к ауторегуляторному подавлению трансляции PABP.
Цитозольная изоформа эукариотического поли(А)-связывающего белка связывается с фактором инициации eIF4G через его С-концевой домен. eIF4G является компонентом комплекса eIF4F , содержащего eIF4E , еще один фактор инициации, связанный с 5'-кэпом на 5'-конце мРНК. Это связывание образует характерную петлеобразную структуру синтеза эукариотического белка . Поли(А)-связывающие белки в цитозоле конкурируют за сайты связывания eIF4G. Это взаимодействие усиливает как сродство eIF4E к кэп-структуре, так и PABP1 к поли(А), эффективно блокируя белки на обоих концах мРНК. В результате эта ассоциация может частично лежать в основе способности PABP1 способствовать рекрутированию субъединиц малых рибосом (40S), чему способствует взаимодействие между eIF4G и eIF3 . Также было показано, что поли(А)-связывающий белок взаимодействует с фактором терминации ( eRF3 ). Взаимодействие eRF3/PABP1 может способствовать рециркуляции терминирующих рибосом с 3'-конца на 5'-конец, способствуя множественным циклам инициации мРНК. Альтернативно, он может связать трансляция приводит к распаду мРНК, поскольку eRF3, по-видимому, препятствует способности PABP1 мультимеризоваться/формироваться на поли(A), что потенциально приводит к диссоциации PABP1, деаденилированию и, в конечном итоге, к обороту. [9]
Ротавирус NSP3
[ редактировать ]
ротавируса РНК-связывающий белок NSP3 взаимодействует с eIF4GI и вытесняет поли(А)-связывающий белок из eIF4F . NSP3A, заменяя PABP на eIF4GI , отвечает за прекращение синтеза клеточного белка. [10] мРНК ротавируса терминируют 3'-мотив GACC, который распознается вирусным белком NSP3. Это место, где NSP3 конкурирует с поли(А)-связывающим белком за связывание eIF4G.
При возникновении ротавирусной инфекции вирусные мРНК с хвостами GACC транслируются, тогда как мРНК с поли(А)-хвостами серьезно повреждаются. В инфицированных клетках наблюдались высокие величины как индукции трансляции (мРНК с хвостом GACC), так и редукции (мРНК с поли(А)-хвостом), которые зависят от штамма ротавируса. Эти данные позволяют предположить, что NSP3 является трансляционным суррогатом комплекса PABP-поли(А); следовательно, он сам по себе не может быть ответственным за ингибирование трансляции мРНК хозяина с поли(А)-хвостом при ротавирусной инфекции. [11]
PABP-C1, вытесненный из eIF4G с помощью NSP3, накапливается в ядре инфицированных ротавирусом клеток. Для этого процесса выселения требуются ротавирусные NSP3, eIF4G и RoXaN . Чтобы лучше понять взаимодействие, моделирование комплекса NSP3-RoXaN демонстрирует, что мутации в NSP3 прерывают этот комплекс, не ставя под угрозу взаимодействие NSP3 с eIF4G. Ядерная локализация PABP-C1 зависит от способности NSP3 взаимодействовать с eIF4G, а также требует взаимодействия NSP3 со специфической областью в RoXaN, доменом, богатым лейцином и аспарагиновой кислотой (LD). RoXaN идентифицирован как клеточный партнер NSP3, участвующий в нуклеоцитоплазматической локализации PABP-C1. [12]
Сопутствующие заболевания
[ редактировать ]ОПМД
[ редактировать ]Окулофарингеальная мышечная дистрофия (ОПМД) — это генетическое заболевание , которое возникает во взрослом возрасте, часто после 40 лет. Это заболевание обычно приводит к ослаблению мышц лица, что часто проявляется прогрессирующим опущением век, трудностями при глотании и слабостью мышц проксимальных конечностей, например, слабостью ног и бедер. мышцы. Люди с этим расстройством часто испытывают затруднения до такой степени, что им приходится пользоваться тростью, чтобы ходить. [13] OPMD зарегистрирован примерно в 29 странах, и число пострадавших сильно варьируется в зависимости от конкретной группы населения. Заболевание может наследоваться по аутосомно- доминантному или рецессивному признаку. [14]
Мутации
[ редактировать ]Мутации поли(А)-связывающего ядерного белка 1 (PABPN1) могут вызывать OPMD (окулоглоточную мышечную дистрофию). Что отличает белок PABPN1 от всех других генов, вызывающих заболевания, вызывающие расширение полиаланиновых путей, так это то, что он не является фактором транскрипции . Вместо этого PABPN1 участвует в полиаденилировании предшественников мРНК . [15]
Мутации в PABPN1, которые вызывают это нарушение, возникают, когда белок имеет расширенный полиаланиновый тракт (длиной 12-17 аланинов против ожидаемого количества 10). Дополнительные аланины заставляют PABPN1 агрегироваться и образовывать комки в мышцах, поскольку они не могут быть расщеплены. Считается, что эти комки нарушают нормальную функцию мышечных клеток , что в конечном итоге приводит к их гибели. Эта прогрессирующая потеря мышечных клеток, скорее всего, вызывает слабость мышц, наблюдаемую у пациентов с ОПМД. До сих пор неизвестно, почему это заболевание затрагивает только определенные мышцы, такие как верхняя часть ноги и бедро. В недавних исследованиях OPMD у дрозофилы было показано, что дегенерация мышц у пострадавших может быть связана не только с расширенным полиаланиновым трактом. На самом деле это может быть связано с РНК-связывающим доменом и его функцией связывания. [16]
Исследования
[ редактировать ]По состоянию на ноябрь 2015 года значительные усилия были направлены на исследование OPMD и потенциальных методов лечения. Была предложена трансплантация миобластов, которая фактически проходит клинические испытания во Франции. Это делается путем взятия миобластов из нормальной мышечной клетки и помещения их в глоточные мышцы и предоставления им возможности развиваться, помогая формировать новые мышечные клетки. Также проводилось тестирование существующих или разработанных соединений, чтобы выяснить, могут ли они бороться с ОПМД и его симптомами. Трегалоза — это особая форма сахара, которая показала снижение образования агрегатов и отсрочку развития патологии на мышиной модели OPMD. Доксициклин также играл аналогичную роль в замедлении токсичности OPMD на моделях мышей, скорее всего, из-за остановки образования агрегатов и снижения апоптоза . Многие другие соединения и методы в настоящее время исследуются и демонстрируют определенный успех в клинических испытаниях, что вселяет оптимизм в отношении лечения этого заболевания. [17]
Гены
[ редактировать ]Множественные гены человека кодируют различные изоформы белка и паралоги PABP, включая PABPN1 , PABPC1 , PABPC3 , PABPC4 , PABPC5 . [18]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Кахведжян А., Свиткин Ю.В., Сукарие Р., М'Бучу М.Н., Соненберг Н. (январь 2005 г.). «Поли(А)-связывающий белок млекопитающих является эукариотическим фактором инициации трансляции, который действует посредством множества механизмов» . Гены и развитие . 19 (1): 104–13. дои : 10.1101/gad.1262905 . ПМЦ 540229 . ПМИД 15630022 .
- ^ Поли(А)-связывание + белки Национальной медицинской библиотеки США в медицинских предметных рубриках (MeSH)
- ^ Эдмондс М. , Воан М.Х., Наказато Х. (июнь 1971 г.). «Последовательности полиадениловой кислоты в гетерогенной ядерной РНК и быстро меченной полирибосомальной РНК клеток HeLa: возможные доказательства связи предшественников» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 68 (6): 1336–40. дои : 10.1073/pnas.68.6.1336 . ПМК 389184 . ПМИД 5288383 .
- ^ Уинтерс, Массачусетс , Эдмондс М. (июль 1973 г.). «Поли(А)-полимераза из тимуса теленка. Очистка и свойства фермента» . Журнал биологической химии . 248 (13): 4756–62. дои : 10.1016/s0021-9258(19)43729-0 . ПМИД 4718742 .
- ^ «UniProtKB — Q86U42 (PABP2_HUMAN)» . uniprot.org . Проверено 17 ноября 2015 г.
- ^ Воет Д., Воет Дж. Биохимия (4-е изд.). Уайли. п. 1304.
- ^ Део Р.К., Бонанно Дж.Б., Соненберг Н., Берли С.К. (сентябрь 1999 г.). «Распознавание полиаденилатной РНК поли(А)-связывающим белком» . Клетка . 98 (6): 835–45. дои : 10.1016/s0092-8674(00)81517-2 . ПМИД 10499800 .
- ^ Госс диджей, Клейман Ф.Э. (2013). «Поли(А)-связывающие белки: все ли они созданы равными?» . Междисциплинарные обзоры Wiley. РНК . 4 (2): 167–79. дои : 10.1002/WRNA.1151 . ПМЦ 3580857 . ПМИД 23424172 .
- ^ Горгони Б., Грей Н.К. (август 2004 г.). «Роль цитоплазматических поли(А)-связывающих белков в регуляции экспрессии генов: перспективы развития» . Брифинги по функциональной геномике и протеомике . 3 (2): 125–41. дои : 10.1093/bfgp/3.2.125 . ПМИД 15355595 .
- ^ Пирон М., Венде П., Коэн Дж., Понсе Д. (октябрь 1998 г.). «РНК-связывающий белок ротавируса NSP3 взаимодействует с eIF4GI и вытесняет поли(А)-связывающий белок из eIF4F» . Журнал ЭМБО . 17 (19): 5811–21. дои : 10.1093/emboj/17.19.5811 . ПМК 1170909 . ПМИД 9755181 .
- ^ Грация М., Сарот Э., Венде П., Шарпильен А., Барон CH, Дуарте М. и др. (сентябрь 2015 г.). «Ротавирус NSP3 является трансляционным заменителем комплекса поли(А)-связывающий белок-поли(А) » Журнал вирусологии . 89 (17): 8773–82. дои : 10.1128/JVI.01402-15 . ПМК 4524085 . ПМИД 26063427 .
- ^ Харб М., Беккер М.М., Витур Д., Барон С.Х., Венде П., Браун С.К. и др. (ноябрь 2008 г.). «Ядерная локализация цитоплазматического поли(А)-связывающего белка при ротавирусной инфекции включает взаимодействие NSP3 с eIF4G и RoXaN» . Журнал вирусологии . 82 (22): 11283–93. дои : 10.1128/JVI.00872-08 . ПМЦ 2573281 . ПМИД 18799579 .
- ^ «Окулоглоточная мышечная дистрофия» . Домашний справочник по генетике . Национальная медицинская библиотека.
- ^ «Окулоглоточная мышечная дистрофия» . Национальная организация редких заболеваний .
- ^ Шубридж С. (2000). «Нарушения полиаланинового тракта и нейрокогнитивные фенотипы» . База данных биологических наук мадам Кюри .
- ^ Шартье А, Бенуа Б, Симонелиг М (май 2006 г.). «Модель окулофарингеальной мышечной дистрофии у дрозофилы демонстрирует внутреннюю токсичность PABPN1» . Журнал ЭМБО . 25 (10): 2253–62. дои : 10.1038/sj.emboj.7601117 . ПМК 1462976 . ПМИД 16642034 .
- ^ «Исследования и результаты» . Медицинский факультет Университета Нью-Мексико .
- ^ PABPC5 . Комитет по генной номенклатуре Хьюго . Доступ 8 апреля 2020 г.