Комплексная реакция на стресс

Интегрированная реакция на стресс — это клеточная реакция на стресс, консервативная в эукариотических клетках , которая подавляет синтез белка и активирует определенные гены в ответ на внутренние или экологические стрессы. ^[1]

Фон

Интегрированная реакция на стресс может быть вызвана внутри клетки как внешними, так и внутренними условиями. Внешние факторы включают гипоксию , недостаток аминокислот , недостаток глюкозы , вирусную инфекцию и присутствие оксидантов . Основным внутренним фактором является стресс эндоплазматического ретикулума из-за накопления развернутых белков . Также было замечено, что комплексная реакция на стресс может срабатывать из-за активации онкогена . Интегрированная реакция на стресс либо вызовет экспрессию генов , которые фиксируют повреждения в клетке из-за стрессовых условий, либо вызовет каскад событий, приводящих к апоптозу , который происходит, когда клетку невозможно вернуть в гомеостаз . ^[1]

белковый комплекс eIF2

Сигналы стресса могут привести к тому, что протеинкиназы , известные как киназы EIF-2 , фосфорилируют α-субъединицу белкового комплекса, называемого фактором инициации трансляции 2 ген ATF4 , что в дальнейшем влияет на экспрессию генов. (eIF2), в результате чего включается ^[1] eIF2 состоит из трех субъединиц: eIF2α , eIF2β и eIF2γ . eIF2α содержит два сайта связывания: один для фосфорилирования и один для связывания РНК. ^[1] Киназы фосфорилируют серин 51 на α-субъединице, что является обратимым действием. ^[2] В клетке, находящейся в нормальных условиях, eIF2 помогает инициировать трансляцию мРНК и распознавать стартовый кодон AUG. ^[1] Однако как только eIF2α фосфорилируется, активность комплекса снижается, вызывая снижение инициации трансляции и синтеза белка, одновременно способствуя экспрессии гена ATF4. ^[2]

Протеинкиназы

Существует четыре известные млекопитающих протеинкиназы , которые фосфорилируют eIF2α, включая PKR-подобную киназу ER (PERK, EIF2AK3), гем-регулируемую киназу eIF2α (HRI, EIF2AK1), недепрессируемую 2 общего контроля (GCN2, EIF2AK4) и двухцепочечную РНК-зависимую киназу. протеинкиназа (PKR, EIF2AK2). ^[1]^[3]

ПЕРК

PERK (кодируемый у человека геном EIF2AK3 ) реагирует главным образом на стресс эндоплазматического ретикулума и имеет два режима активации. ^[1]^[2] Эта киназа имеет уникальный люминальный домен, который играет роль в активации. Классическая модель активации утверждает, что люминальный домен обычно связан с белком, регулируемым глюкозой 78 кДа ( GRP78 ). Как только происходит накопление развернутых белков, GRP78 диссоциирует от люминального домена. Это приводит к димеризации PERK, что приводит к аутофосфорилированию и активации. Активированная киназа PERK затем фосфорилирует eIF2α, вызывая каскад событий. Таким образом, активация этой киназы зависит от агрегации развернутых белков в эндоплазматическом ретикулуме. Также наблюдалось, что PERK активируется в ответ на активность протоонкогена MYC . Эта активация вызывает экспрессию ATF4, что приводит к онкогенезу и клеточной трансформации . ^[1]

БОЛЕЗНИ

HRI (кодируемый у человека геном EIF2AK1 ) также димеризуется с целью аутофосфорилирования и активации. Эта активация зависит от присутствия гема . HRI имеет два домена, с которыми может связываться гем, в том числе один на N-конце и один на домене вставки киназы. Присутствие гема приводит к образованию дисульфидной связи между мономерами HRI, в результате чего образуется структура неактивного димера. Однако когда гем отсутствует, мономеры HRI образуют активный димер посредством нековалентных взаимодействий. Следовательно, активация этой киназы зависит от дефицита гема. Активация HRI также может происходить из-за других стрессоров, таких как тепловой шок, осмотический стресс и ингибирование протеасом. Активация HRI в ответ на эти стрессоры не зависит от гема, а скорее зависит от помощи двух белков теплового шока ( HSP90 и HSP70 ). HRI в основном обнаруживается в предшественниках эритроцитов, и наблюдается его увеличение во время эритропоэза . ^[1]

GCN2

GCN2 (кодируемый у человека геном EIF2AK4 ) активируется в результате дефицита аминокислот . Механизмы этой активации все еще исследуются; однако один механизм был изучен на дрожжах. ^[1] Было замечено, что GCN2 связывается с незаряженной/деацилированной тРНК , что вызывает конформационные изменения, приводящие к димеризации. ^[2] Затем димеризация вызывает аутофосфорилирование и активацию. ^[2] Сообщалось также, что другие стрессоры активируют GCN2. Активация GCN2 наблюдалась в опухолевых клетках, лишенных глюкозы, хотя предполагалось, что это был косвенный эффект, связанный с тем, что клетки использовали аминокислоты в качестве альтернативного источника энергии. ^[1] В эмбриональных фибробластах мыши и кератиноцитах человека GCN2 активировался под воздействием УФ-излучения . ^[4]^[5] Пути этой активации требуют дальнейших исследований, хотя было предложено множество моделей, включая сшивку между GCN2 и тРНК. ^[1]

ПКР

Активация PKR (кодируемая у человека геном EIF2AK2 ) в основном зависит от присутствия двухцепочечной РНК во время вирусной инфекции . дсРНК заставляет PKR образовывать димеры, что приводит к аутофосфорилированию и активации. ^[1] После активации PKR фосфорилирует eIF2α, что вызывает каскад событий, которые приводят к ингибированию синтеза белка вируса и хозяина. Другие стрессоры, вызывающие активацию PKR, включают окислительный стресс , стресс эндоплазматического ретикулума, депривацию факторов роста и бактериальную инфекцию . каспаз Также наблюдалось, что активность на ранних стадиях апоптоза запускает активацию PKR. Однако эти стрессоры отличаются тем, что они активируют PKR без использования дсРНК. ^[1]

АТФ4

Когда клетка подвергается стрессовым условиям, ATF4 . экспрессируется ген ^[1] Фактор транскрипции ATF4 обладает способностью образовывать димеры со многими различными белками, которые влияют на экспрессию генов и судьбу клеток. ATF4 связывается с последовательностями элемента ответа C/EBP-ATF (CARE), которые работают вместе, увеличивая транскрипцию генов, реагирующих на стресс. Однако при аминокислотном голодании последовательности вместо этого будут действовать как элементы аминокислотного ответа. ^[1]

ATF4 будет работать вместе с другими факторами транскрипции, такими как CHOP и ATF3 , образуя гомодимеры или гетеродимеры, что приводит к многочисленным наблюдаемым эффектам. ^[3] Белки, с которыми взаимодействует ATF4, определяют исход клетки во время интегрированной реакции на стресс. ^[1] Например, ATF4 и ATF3 работают над установлением гомеостаза внутри клетки после стрессовых условий. ^[3] С другой стороны, ATF4 и CHOP работают вместе, вызывая гибель клеток, а также регулируя биосинтез аминокислот, транспортные и метаболические процессы. Наличие домена лейциновой молнии ( bZIP ) позволяет ATF4 работать вместе со многими другими белками, создавая тем самым специфические ответы на различные типы стрессоров. Когда клетка испытывает стресс, вызванный гипоксией, ATF4 взаимодействует с PHD1 и PHD3, снижая ее транскрипционную активность. Кроме того, когда клетка испытывает аминокислотное голодание или стресс эндоплазматического ретикулума, TRIP3 также взаимодействует с ATF4, снижая активность. ^[1]

Одним из результатов экспрессии ATF4 и белков реакции на стресс является индукция аутофагии . ^[6] Во время этого процесса клетка образует аутофагосомы или везикулы с двойной мембраной, которые позволяют транспортировать материал по клетке. ^[6] Эти аутофагосомы могут нести ненужные органеллы и белки, а также поврежденные или вредные компоненты в попытке клетки сохранить гомеостаз. ^[6]

Прекращение комплексной реакции на стресс

Для прекращения комплексной реакции на стресс необходимо дефосфорилирование eIF2α. Комплекс протеинфосфатазы 1 (PP1) способствует дефосфорилированию eIF2α. Этот комплекс содержит каталитическую субъединицу PP1, а также две регуляторные субъединицы. Этот комплекс отрицательно регулируется двумя белками: белком остановки роста и индуцируемым повреждением ДНК белком (GADD34), также известным как PPP1R15A , или конститутивным репрессором фосфорилирования eIF2α (CReP), также известным как PPP1R15B . CReP поддерживает низкий уровень фосфорилирования eIF2α в клетках в нормальных условиях. GADD34 вырабатывается в ответ на ATF4 и усиливает дефосфорилирование eIF2α. Дефосфорилирование eIF2α приводит к возвращению нормального синтеза белка и клеточных функций. Однако дефосфорилирование eIF2α может также способствовать выработке белков, вызывающих смерть, в тех случаях, когда клетка повреждена настолько сильно, что нормальное функционирование невозможно восстановить. ^[1]

Мутации, влияющие на комплексную реакцию на стресс

Мутации, влияющие на функционирование комплексной реакции на стресс, могут оказывать ослабляющее воздействие на клетки. Например, клетки, лишенные гена ATF4, не способны вызывать правильную экспрессию генов в ответ на стрессоры. Это приводит к тому, что в клетках возникают проблемы с транспортом аминокислот, биосинтезом глутатиона и устойчивостью к окислительному стрессу. Когда мутация ингибирует функционирование PERK, эндогенные пероксиды накапливаются, когда клетка испытывает стресс эндоплазматического ретикулума. ^[1] У мышей и людей, лишенных PERK, наблюдалось разрушение секреторных клеток, подвергающихся сильному стрессу эндоплазматического ретикулума. ^[2]

См. также

ISRIB , интегрированный ингибитор реакции на стресс.

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот ^п ^д ^р ^с ^т Пакош-Зебрукка, Каролина; Корыга, Изабела; Мнич, Катажина; Люич, Мила; Самали, Афшин; Горман, Адриенн М. (октябрь 2016 г.). «Комплексная реакция на стресс» . Отчеты ЭМБО . 17 (10): 1374–1395. дои : 10.15252/эмбр.201642195 . ПМК 5048378 . ПМИД 27629041 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Хардинг, Хизер П.; Чжан, Юхун; Цзэн, Хуэйцинг; Новоа, Изабель; Лу, Фиби Д.; Кальфон, Марселла; Садри, Навид; Юн, Чи; Попко, Брайан; Паулс, Ричард; Стойдл, Дэвид Ф.; Белл, Джон К.; Хеттманн, Тор; Лейден, Джеффри М.; Рон, Дэвид (март 2003 г.). «Комплексная реакция на стресс регулирует метаболизм аминокислот и устойчивость к окислительному стрессу» . Молекулярная клетка . 11 (3): 619–33. дои : 10.1016/S1097-2765(03)00105-9 . ПМИД 12667446 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Ван, Ченг; Тан, Чжицзя; Ню, Бен; Цанг, Квок Юнг; Тай, Эндрю; Чан, Уилсон CW; Ло, Ребекка Л.К.; Люнг, Кейт К.Х.; Дунг, Нельсон В.Ф.; Ито, Нобуюки; Чжан, Майкл Кью; Чан, Дэнни; Чеа, Кэтрин Сонг Энг (19 июля 2018 г.). «Подавление интегрированного пути реакции на стресс предотвращает аберрантную дифференцировку хондроцитов, тем самым облегчая хондродисплазию» . электронная жизнь . 7 . дои : 10.7554/eLife.37673 . ПМК 6053305 . ПМИД 30024379 .
^ Овчинникова Г.А.; Пигина, ТВ (февраль 1975 г.). «[Применение сигетина в терапии задержки роста плода у кроликов, вызванной ишемией матки]». Акушерство и Гинекология (2): 58–60. ПМИД 1217635 .
^ Лу, Вэй; Ласло, Чаба Ф.; Мяо, Чжисинь; Чен, Хао; Ву, Шиюн (4 сентября 2009 г.). «Роль синтазы оксида азота в регуляции индуцированного ультрафиолетовым излучением фосфорилирования α-субъединицы эукариотического фактора инициации 2» . Журнал биологической химии . 284 (36): 24281–24288. дои : 10.1074/jbc.M109.008821 . ПМК 2782021 . ПМИД 19586904 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Кремер, Гвидо; Мариньо, Гильермо; Левин, Бет (октябрь 2010 г.). «Аутофагия и комплексная реакция на стресс» . Молекулярная клетка . 40 (2): 280–293. doi : 10.1016/j.molcel.2010.09.023 . ПМК 3127250 . ПМИД 20965422 .

[:0-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот ^п ^д ^р ^с ^т Пакош-Зебрукка, Каролина; Корыга, Изабела; Мнич, Катажина; Люич, Мила; Самали, Афшин; Горман, Адриенн М. (октябрь 2016 г.). «Комплексная реакция на стресс» . Отчеты ЭМБО . 17 (10): 1374–1395. дои : 10.15252/эмбр.201642195 . ПМК 5048378 . ПМИД 27629041 .

[:1-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Хардинг, Хизер П.; Чжан, Юхун; Цзэн, Хуэйцинг; Новоа, Изабель; Лу, Фиби Д.; Кальфон, Марселла; Садри, Навид; Юн, Чи; Попко, Брайан; Паулс, Ричард; Стойдл, Дэвид Ф.; Белл, Джон К.; Хеттманн, Тор; Лейден, Джеффри М.; Рон, Дэвид (март 2003 г.). «Комплексная реакция на стресс регулирует метаболизм аминокислот и устойчивость к окислительному стрессу» . Молекулярная клетка . 11 (3): 619–33. дои : 10.1016/S1097-2765(03)00105-9 . ПМИД 12667446 .

[:2-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с Ван, Ченг; Тан, Чжицзя; Ню, Бен; Цанг, Квок Юнг; Тай, Эндрю; Чан, Уилсон CW; Ло, Ребекка Л.К.; Люнг, Кейт К.Х.; Дунг, Нельсон В.Ф.; Ито, Нобуюки; Чжан, Майкл Кью; Чан, Дэнни; Чеа, Кэтрин Сонг Энг (19 июля 2018 г.). «Подавление интегрированного пути реакции на стресс предотвращает аберрантную дифференцировку хондроцитов, тем самым облегчая хондродисплазию» . электронная жизнь . 7 . дои : 10.7554/eLife.37673 . ПМК 6053305 . ПМИД 30024379 .

[4] Овчинникова Г.А.; Пигина, ТВ (февраль 1975 г.). «[Применение сигетина в терапии задержки роста плода у кроликов, вызванной ишемией матки]». Акушерство и Гинекология (2): 58–60. ПМИД 1217635 .

[5] Лу, Вэй; Ласло, Чаба Ф.; Мяо, Чжисинь; Чен, Хао; Ву, Шиюн (4 сентября 2009 г.). «Роль синтазы оксида азота в регуляции индуцированного ультрафиолетовым излучением фосфорилирования α-субъединицы эукариотического фактора инициации 2» . Журнал биологической химии . 284 (36): 24281–24288. дои : 10.1074/jbc.M109.008821 . ПМК 2782021 . ПМИД 19586904 .

[:3-6] Перейти обратно: ^а ^б ^с Кремер, Гвидо; Мариньо, Гильермо; Левин, Бет (октябрь 2010 г.). «Аутофагия и комплексная реакция на стресс» . Молекулярная клетка . 40 (2): 280–293. doi : 10.1016/j.molcel.2010.09.023 . ПМК 3127250 . ПМИД 20965422 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]