Фосфорилирование тирозина
Фосфорилирование тирозина представляет собой присоединение фосфата ( PO 4 3− ) группа к аминокислоте тирозину в белке. Это один из основных типов фосфорилирования белков . Эта передача становится возможной благодаря ферментам, называемым тирозинкиназами . Фосфорилирование тирозина является ключевым этапом передачи сигнала и регуляции ферментативной активности.
История
[ редактировать ]Летом 1979 года исследования активности киназ, связанных со средним T и v-Src полиомавируса, привели к открытию фосфорилирования тирозина как нового типа модификации белка . [ 1 ] После открытия в 1979 году того, что Src представляет собой тирозинкиназу, число известных различных тирозинкиназ быстро росло, чему способствовало появление технологии быстрого секвенирования ДНК и ПЦР . [ 2 ] Примерно год спустя исследователи обнаружили важную роль фосфорилирования тирозина в факторов роста передаче сигналов и пролиферации , а также в онкогенезе за счет захвата сигнальных путей фосфорилирования тирозина фактора роста.
В 1990 году рецепторная тирозинкиназа (RTK) была обнаружена инициация внутриклеточной передачи сигналов. Остатки фосфотирозина (P.Tyr) на активированных RTK распознаются фосфозависимым связывающим доменом, доменом SH2 . Привлечение белков домена SH2 к аутофосфорилированным RTK на плазматической мембране важно для инициации и распространения последующей передачи сигналов. Белки домена SH2 могут иметь множество функций, включая адаптерные белки для рекрутирования других сигнальных белков, ферменты, действующие на мембранные молекулы, такие как фосфолипазы , цитоплазматические тирозинкиназы, передающие сигналы, убиквитинлигазы E3 и факторы транскрипции. [ 3 ] В 1995 году были обнаружены белки, содержащие второй тип P.Tyr-связывающего домена, PTB, в передаче сигналов RTK. Постепенно число идентифицированных тирозинкиназ и рецепторных тирозинкиназ росло. По состоянию на 2002 год из 90 известных тирозинкиназ человека 58 были RTK, а действию тирозинкиназ противостояли 108 протеинфосфатаз, способных удалять фосфат из P.Tyr в белках. [ 4 ]
Преобразование сигнала
[ редактировать ]Уширо и Коэн (1980) открыли важную роль фосфорилирования тирозина как регулятора внутриклеточных процессов и выявили изменения тирозинкиназной активности белков в клетках млекопитающих. Впоследствии было показано, что изменение активности протеинтирозинкиназы лежит в основе сигнального пути Ras-MAPK, регулируемого митоген-активируемыми протеинкиназами (MAP) . [ 5 ]
Классическая схема передачи пролиферативных сигналов по пути, опосредованному факторами роста (путь Ras-MAPK), включает:
- ассоциация фактора роста с рецептором
- димеризация рецептора и аутофосфорилирование ( рецепторной тирозинкиназы РТК)
- сопряжение модуля RTK с адаптерными белками SH2-домена; активация Раса
- фосфорилирование и активация MAP-киназ
- передача сигнала в геном .
Другим путем передачи пролиферативных сигналов в геном с участием факторов роста и тирозинкиназ является монокаскадный белковый путь STAT (преобразователь сигнала и активатор транскрипции), активируемый рецепторами факторов роста и цитокинами . Сущность этой передачи состоит в непосредственной активации тирозинкиназами белков STAT (преобразователя сигнала и активатора транскрипции), расположенных в цитоплазме . Эту передачу также обеспечивают контакты SH2-домена, ответственные за связывание фосфотирозинсодержащих белков. [ 6 ]
ПТК
[ редактировать ]Двумя важными классами тирозинкиназ в фосфорилировании тирозина являются рецепторная тирозинкиназа и нерецепторная тирозинкиназа . Рецепторные тирозинкиназы представляют собой трансмембранные белки типа I, обладающие N-концевым внеклеточным доменом , который может связывать активирующие лиганды, одиночным трансмембранным доменом и C-концевым цитоплазматическим доменом, включающим каталитический домен . Нерецепторные тирозинкиназы лишены трансмембранного домена. Большинство из них представляют собой растворимые внутриклеточные белки, но некоторые из них связаны с мембранами посредством направленной на мембрану посттрансляционной модификации , такой как N-концевая миристоильная группа, и могут действовать как каталитическая субъединица для рецепторов, у которых отсутствует собственный каталитический домен. [ 7 ]
Реакция
[ редактировать ]Протеинтирозинкиназы (ПТК) катализируют перенос γ-фосфатной группы от АТФ к гидроксильной группе остатков тирозина, тогда как протеинтирозинфосфатазы ( ПТФ) удаляют фосфатную группу у фосфотирозина. [ 8 ]
Функция
[ редактировать ]Сигнализация фактора роста
[ редактировать ]Фосфорилирование тирозина некоторых белков-мишеней необходимо для лигандной стимуляции их ферментативной активности. В ответ на EGF , PDGF или FGF активацию рецепторов домены SH2 PLCγ связываются со специфическими фосфотирозинами в C-концевых хвостах этих рецепторов. Связывание PLCγ с активированным рецептором облегчает его эффективное фосфорилирование тирозина с помощью RTK. PDGF-индуцированная активация активности фосфолипазы C прекращается в клетках, экспрессирующих PLCγ, мутированную в сайтах фосфорилирования тирозина. [ 9 ]
Клеточная адгезия, распространение, миграция и форма
[ редактировать ]Фосфорилирование остатков тирозина, локализованных на мембранных белках, стимулирует каскад сигнальных путей, контролирующих клеток пролиферацию , миграцию и адгезию . Эти остатки тирозина фосфорилируются очень рано. Например, p140Cap (Cas-ассоциированный белок) фосфорилируется в течение 15 минут после адгезии клеток к лигандам интегрина. [ 10 ]
Дифференциация клеток в развитии
[ редактировать ]Фосфорилирование тирозина опосредует пути передачи сигналов во время развития зародышевых клеток и определяет их связь с дифференцировкой функциональной гаметы. Пока зародышевые клетки яичек не дифференцируются в сперматозоиды , цАМФ-индуцированное фосфорилирование тирозина не обнаруживается. Вход этих клеток в придаток яичка сопровождается внезапной активацией пути фосфорилирования тирозина, сначала в основной части клетки, а затем в средней части. [ 11 ]
Контроль клеточного цикла
[ редактировать ]Переходы фаз клеточного цикла также зависят от фосфорилирования тирозина. В поздней фазе G2 он присутствует в виде неактивного комплекса фосфорилированного по тирозину p34cdc2 и нефосфорилированного циклина Bcdc13. В фазе М его активация в качестве активного MPF, отображающего киназу гистона H1 (H1K), происходит в результате одновременного дефосфорилирования тирозина субъединицы p34cdc2 и фосфорилирования субъединицы cylin Bcdc13. Когда клетки покидают фазу S и переходят в фазу G2, происходит массовое фосфорилирование тирозина p34cdc2. [ 12 ]
Регуляция генов и транскрипция
[ редактировать ]Регуляция с помощью фосфорилирования тирозина играет очень важную роль в регуляции генов . Фосфорилирование тирозина может влиять на образование различных факторов транскрипции и последующее развитие их продукта. Одним из таких случаев является тирозиновое фосфорилирование кавеолина 2 (Cav-2), которое отрицательно регулирует антипролиферативную функцию трансформирующего фактора роста бета (TGF-бета) в эндотелиальных клетках. Только фосфорилирование тирозина необходимо для негативной регуляции антипролиферативной функции и передачи сигналов TGF-β в ЭК. [ 13 ]
Эндоцитоз и экзоцитоз
[ редактировать ]В этих двух очень важных процессах важную роль играет фосфорилирование остатков тирозина. Известно, что лиганд-зависимый эндоцитоз , не связанный с секрецией, регулируется посредством фосфорилирования тирозина. Эффект фосфорилирования тирозина специфичен для быстрого эндоцитоза. Динамин фосфорилируется по тирозину при быстром эндоцитозе, а также при лиганд-зависимом эндоцитозе. [ 14 ]
Инсулиновая стимуляция поглощения глюкозы
[ редактировать ]Инсулин связывается с инсулиновым рецептором на поверхности клетки и активирует его тирозинкиназную активность, что приводит к аутофосфорилированию и фосфорилированию нескольких субстратов рецептора. Известно, что фосфорилирование выбранных участков тирозина на субстратах рецепторов активирует различные пути, ведущие к увеличению глюкозы поглощения , липогенезу , синтезу гликогена и белка, а также к стимуляции роста клеток . Помимо активации этих путей посредством фосфорилирования тирозина, также было идентифицировано несколько механизмов подавления ответа на стимуляцию инсулином. [ 15 ]
Ангиогенез (образование новых кровеносных сосудов)
[ редактировать ]Фосфорилирование белка тирозина эндотелиальных клеток капилляров играет важную роль в их пролиферации. Это фосфорилирование может образовывать новые кровеносные сосуды. [ 16 ]
Регуляция ионных каналов в нервной передаче
[ редактировать ]Многие исследования, демонстрирующие высокие уровни протеин-тирозинкиназ и фосфатаз в центральной нервной системе, позволяют предположить, что фосфорилирование тирозина также участвует в регуляции нейрональных процессов. Высокие уровни протеин-тирозинкиназ и фосфатаз и их субстратов в синапсах , как пресинаптически, так и постсинаптически, позволяют предположить, что фосфорилирование тирозина может регулировать синаптическую передачу. Роль фосфорилирования тирозина в регуляции лиганд-управляемых ионных каналов в центральной нервной системе менее ясна. Основными возбуждающими нейромедиаторными рецепторами в центральной нервной системе являются глутаматные рецепторы . Эти рецепторы можно разделить на три основных класса: АМРА-, каинатные и NMDA-рецепторы, в зависимости от их селективных агонистов и их физиологических свойств. Недавние исследования предоставили доказательства того, что рецепторы NMDA регулируются фосфорилированием тирозина. [ 17 ]
Тирозинкиназа и заболевания
[ редактировать ]Тирозинкиназы являются важными медиаторами внутриклеточной передачи сигналов и внутриклеточных ответов на внеклеточную передачу сигналов. Изменения активности тирозинкиназы связаны с многочисленными заболеваниями человека, включая рак , диабет и инфекционность патогенов. Понимание механизма CD4-опосредованной отрицательной передачи сигналов представляет особый интерес ввиду прогрессирующего истощения субпопуляции CD4+ Т-лимфоцитов вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ), который вызывает СПИД . Т-клетки ВИЧ-инфицированных также обнаруживают дефекты активации и подвергаются спонтанному апоптозу в культуре. Сходство между ингибирующим действием антител против CD4 и иммунных комплексов gp 120, полученных от ВИЧ, на Т-клетки позволяет предположить, что секвестрация этого и/или других предполагаемых субстратов посредством gp 120-опосредованного лигирования CD4 у ВИЧ-инфицированных лиц может играть роль в гибель CD4+ клеток и торможение их активации.
При активированной B-клеточноподобной (ABC) диффузной крупноклеточной B-клеточной лимфоме JAK1 опосредует аутокринную активацию цитокинов IL-6 и IL-10 посредством неканонического эпигенетического механизма регуляции, включающего фосфорилирование H3Y41P . [ 18 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Экхарт В., Хатчинсон М.А., Хантер Т. (1979). «Активность по фосфорилированию тирозина в иммунопреципитатах Т-антигена полиомы» . Клетка . 18 (4): 925–33. дои : 10.1016/0092-8674(79)90205-8 . ПМИД 229973 .
- ^ Хантер Т., Экхарт В. (2004). «Открытие фосфорилирования тирозина: все дело в буфере!» . Клетка . 116 (2 доп): С35–9, 1 п после С48. дои : 10.1016/s0092-8674(04)00049-2 . ПМИД 15055579 . S2CID 106886 .
- ^ Поусон Т. (2004). «Специфичность передачи сигнала: от взаимодействия доменов фосфотирозина-SH2 к сложным клеточным системам» . Клетка . 116 (2): 191–203. дои : 10.1016/s0092-8674(03)01077-8 . ПМИД 14744431 . S2CID 15962886 .
- ^ Алонсо А., Сасин Дж., Боттини Н., Фридберг И., Фридберг И., Остерман А. и др. (2004). «Белки тирозинфосфатазы в геноме человека» . Клетка . 117 (6): 699–711. дои : 10.1016/j.cell.2004.05.018 . ПМИД 15186772 .
- ^ Хантер Т., Купер Дж.А. (1985). «Протеин-тирозинкиназы». Анну Рев Биохим . 54 : 897–930. дои : 10.1146/annurev.bi.54.070185.004341 . ПМИД 2992362 .
- ^ Дарнелл Дж. Э. (1997). «STAT и регуляция генов». Наука . 277 (5332): 1630–5. дои : 10.1126/science.277.5332.1630 . ПМИД 9287210 .
- ^ Мэннинг Дж., Уайт Д.Б., Мартинес Р., Хантер Т., Сударсанам С. (2002). «Протеинкиназный комплемент генома человека». Наука . 298 (5600): 1912–34. Бибкод : 2002Sci...298.1912M . дои : 10.1126/science.1075762 . ПМИД 12471243 . S2CID 26554314 .
- ^ Хантер Т. (1998). «Лекция Круниана 1997. Фосфорилирование белков по тирозину: его роль в росте клеток и заболеваниях» . Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci . 353 (1368): 583–605. дои : 10.1098/rstb.1998.0228 . ПМЦ 1692245 . ПМИД 9602534 .
- ^ Пасантес-Моралес Х., Франко Р. (2002). «Влияние протеинтирозинкиназ на высвобождение таурина, вызванное изменением объема клеток» . Мозжечок . 1 (2): 103–9. дои : 10.1080/147342202753671231 . ПМИД 12882359 . S2CID 9909209 .
- ^ Ди Стефано П., Кабоди С., Боэри Эрба Э., Маргария В., Бергатто Э., Джуффрида М.Г. и др. (2004). «P130Cas-ассоциированный белок (p140Cap) как новый тирозин-фосфорилированный белок, участвующий в распространении клеток» . Мол Биол Клетка . 15 (2): 787–800. doi : 10.1091/mbc.E03-09-0689 . ПМК 329393 . ПМИД 14657239 .
- ^ Лин М., Ли Ю.Х., Сюй В., Бейкер М.А., Эйткен Р.Дж. (2006). «Онтогенез сигнальных путей фосфорилирования тирозина во время сперматогенеза и созревания придатков яичка у мышей» . Биол Репрод . 75 (4): 588–97. дои : 10.1095/biolreprod.106.052712 . ПМИД 16790687 .
- ^ Мейер Л., Аззи Л., Ван Дж.И. (1991). «Циклин B нацелен на p34cdc2 для фосфорилирования тирозина» . ЭМБО Дж . 10 (6): 1545–54. дои : 10.1002/j.1460-2075.1991.tb07674.x . ПМК 452818 . ПМИД 1709096 .
- ^ Абель Б., Уиллоуби С., Чан С., Купер Л., Се Л., Во-Рансделл С. и др. (2012). «N-концевое фосфорилирование тирозина кавеолина-2 сводит на нет антипролиферативный эффект трансформирующего фактора роста бета в эндотелиальных клетках» . ФЭБС Летт . 586 (19): 3317–23. дои : 10.1016/j.febslet.2012.07.008 . ПМЦ 3586282 . ПМИД 22819829 .
- ^ Нуцифора ПГ, Фокс АП (1999). «Фосфорилирование тирозина регулирует быстрый эндоцитоз в хромаффинных клетках надпочечников» . Дж. Нейроски . 19 (22): 9739–46. doi : 10.1523/JNEUROSCI.19-22-09739.1999 . ПМК 6782969 . ПМИД 10559383 .
- ^ Шмельцле К., Кейн С., Гридли С., Линхард Г.Е., Уайт Ф.М. (2006). «Временная динамика фосфорилирования тирозина в передаче сигналов инсулина» . Диабет . 55 (8): 2171–9. дои : 10.2337/db06-0148 . ПМИД 16873679 .
- ^ Хаяши А., Попович К.С., Ким Х.К., де Хуан Э. (1997). «Роль фосфорилирования белка тирозина в неоваскуляризации роговицы крыс». Graefes Arch Clin Exp Офтальмол . 235 (7): 460–7. дои : 10.1007/bf00947067 . ПМИД 9248844 .
- ^ Лау Л.Ф., Хуганир Р.Л. (1995). «Дифференциальное фосфорилирование тирозина субъединиц рецептора N-метил-D-аспартата» . J Биол Хим . 270 (34): 20036–41. дои : 10.1074/jbc.270.34.20036 . ПМИД 7544350 .
- ^ Руй, Ликсин; Дреннан, Аманда С.; Черибелли, Микеле; Чжу, Фен; Райт, Джордж В.; Хуан, Да Вэй; Сяо, Вэньмин; Ли, Янгуан; Гриндл, Крег М.; Лу, Ли; Ходсон, Дэниел Дж.; Шаффер, Артур Л.; Чжао, Хун; Сюй, Вэйхун; Ян, Яндан; Штаудт, Луи М. (2016). «Эпигенетическая регуляция генов с помощью Янус-киназы 1 при диффузной крупноклеточной В-клеточной лимфоме» . Труды Национальной академии наук . 113 (46): Е7260–Е7267. дои : 10.1073/pnas.1610970113 . ПМК 5135360 . ПМИД 27799566 .