Фосфатидилинозит 5-фосфат
![]() | Эта статья может быть слишком технической для понимания большинства читателей . ( Июль 2018 г. ) |
Фосфатидилинозит-5-фосфат ( PtdIns5P ) представляет собой фосфоинозитид, одно из фосфорилированных производных фосфатидилинозитола (PtdIns), которые представляют собой хорошо закрепившиеся на мембране регуляторные молекулы. Фосфоинозитиды участвуют в сигнальных событиях, которые контролируют динамику цитоскелета, внутриклеточный трафик мембран, пролиферацию клеток и многие другие клеточные функции. Обычно фосфоинозитиды передают сигналы путем рекрутирования специфических фосфоинозитидсвязывающих белков на внутриклеточные мембраны. [1]
Фосфатидилинозитол-5-фосфат — один из 7 известных клеточных фосфоинозитидов с менее изученными функциями. Он фосфорилируется в положении D-5 головной группы инозитола, которая присоединена посредством фосфодиэфирной связи к диацилглицерину (с различным химическим составом ацильных цепей, часто 1-стеароил-2-арахидоноильной цепи). В покоящихся клетках PtdIns5P в среднем имеет такое же или более высокое содержание по сравнению с PtdIns3P и примерно в 20–100 раз ниже уровней PtdIns4P ( фосфатидилинозитол-4-фосфата и PtdIns(4,5)P2 ( фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата). ). [2] Примечательно, что стационарные уровни PtdIns5P более чем в 5 раз выше, чем уровни PtdIns(3,5)P2 . [3] [4]
PtdIns5P был впервые продемонстрирован с помощью ВЭЖХ ( жидкостной хроматографии высокого давления ) в фибробластах мышей в качестве субстрата для синтеза PtdIns(4,5)P2 с помощью киназ PIP типа II ( 1-фосфатидилинозитол-5-фосфат 4-киназы ). [5] Однако во многих типах клеток PtdIns5P не обнаруживается с помощью ВЭЖХ из-за технических ограничений, связанных с его плохим отделением от обильного PtdIns4P. [6] Скорее, PtdIns5P измеряется с помощью «массового анализа», где PtdIns5P (как часть экстрагированных клеточных липидов) преобразуется in vitro с помощью очищенной 4-киназы PtdIns5P в PtdIns(4,5)P2, который впоследствии определяют количественно. [7]
На основе исследований с массовым анализом [6] и улучшенная техника ВЭЖХ, [8] PtdIns5P обнаружен во всех изученных клетках млекопитающих. Большая часть клеточного PtdIns5P находится на цитоплазматических мембранах, тогда как меньшая часть находится в ядре. [9] Цитоплазматический и ядерный пулы имеют разные функции и регуляцию. [10]
Метаболизм
[ редактировать ]Клеточные PtdIns5P могут быть получены путем D-5-фосфорилирования фосфатидилинозитола или дефосфорилирования PtdIns(3,5)P2 или PtdIns(4,5)P2. Каждая из этих возможностей подтверждается экспериментально. PtdIns5P синтезируется in vitro с помощью PIKfyve , фермента, главным образом ответственного за производство PtdIns(3,5)P2. [11] [12] а также [PIP5K]s. [13] О важной роли PIKfyve в синтезе клеточного PtdIns5P свидетельствуют данные о снижении уровня массы PtdIns5P при гетерологичной сверхэкспрессии ферментативно неактивного точечного мутанта PIKfyve (PIKfyveK1831E). [6] [14] и подавление PIKfyve с помощью малых интерферирующих РНК. [15] Такая роль подтверждается данными о трансгенных фибробластах с одним генетически нарушенным аллелем PIKfyve, демонстрирующими одинаковое снижение равновесных уровней PtdIns5P и PtdIns(3,5)P2. [3]
Аналогично, аналогичное снижение PtdIns5P и PtdIns(3,5)P2 обнаруживается в фибробластах с нокаутом активатора PIKfyve. [16] ArPIKfyve/ VAC14 . [4] Эти экспериментальные данные в сочетании с тем фактом, что клеточные уровни PtdIns5P более чем в 5 раз превышают уровни PtdIns(3,5)P2, указывают на преобладающую роль PIKfyve в поддержании стабильных уровней PtdIns5P посредством фосфорилирования D-5 фосфатидилинозитола. .
Роль семейства белков myotubularin в продукции PtdIns5P была предложена на основании дефосфорилирования PtdIns(3,5)P2 с помощью сверхэкспрессированного myotubularin 1 . [17] Соответственно, генетическое удаление белка 2, связанного с миотубулярином ( MTMR2 ), вызывает повышение клеточного PtdIns(3,5)P2 и снижение PtdIns5P. [18] Низкие клеточные уровни PtdIns(3,5)P2 позволяют предположить, что активность миотубуляринфосфатазы играет незначительную роль в поддержании стабильных уровней PtdIns5P. Важно отметить, что PtdIns(3,5)P2 синтезируется из PtdIns3P с помощью комплекса PIKfyve, который включает ArPIKfyve и Sac3/ Рис4 . [19] Примечательно, что комплекс PIKfyve лежит в основе как синтеза PtdIns(3,5)P2, так и превращения в PtdIns3P. [20] Относительная доля оборота PtdIns(3,5)P2 миотубуляринфосфатазами по сравнению с оборотом Sac3 неизвестна.
PtdIns5P также можно получить путем дефосфорилирования PtdIns(4,5)P2. Такая фосфатазная активность показана для Shigella flexneri IpgD. эффектора [21] и две фосфатазы млекопитающих – PtdIns(4,5)P2 4-фосфатаза типа I и типа II. [22]
В миобластах PtdIns5P быстро метаболизируется PI5P 4-киназой α в PI(4,5)P2, который накапливается на плазматической мембране, тем самым способствуя образованию подосомоподобных выступов, играющих решающую роль в пространственно-временной регуляции слияния миобластов. [23]
В настоящее время неизвестна фосфатаза млекопитающих, которая специфически дефосфорилирует PtdIns5P. Путь клиренса PtdIns5P включает синтез PtdIns(4,5)P2. [10]
Функции
[ редактировать ]Уровни PtdIns5P существенно изменяются в ответ на физиологические и патологические стимулы. Инсулин, [8] [24] тромбин, [7] активация Т-клеток, [25] и трансформация клеток тирозинкиназой анапластической нуклеофосминовой лимфомы (NPM-ALK), [15] вызывают повышение клеточных уровней PtdIns5P. Напротив, гипоосмотический шок [6] и лечение гистамином [26] снизить уровень PtdIns5P. В Т-клетках два белка «после тирозинкиназы» DOK1 и DOK2 предполагаются в качестве PtdIns5P-связывающих белков и эффекторов. [25]
Как и другие фосфоинозитиды, PtdIns5P также присутствует в ядре клеток млекопитающих. [27] Ядерный пул PtdIns5P контролируется ядерной 4-фосфатазой PtdIns(4,5)P2 типа I, которая в сочетании с киназой PIPKIIbeta играет роль в УФ-стрессе, апоптозе и прогрессировании клеточного цикла. [9] [28] [29]
Функция PtdIns5P в передаче ядерных сигналов, вероятно, включает ING2 , члена семейства ING. Белки этого семейства связываются и модулируют активность ацетилаз и деацетилаз гистонов , а также индуцируют апоптоз посредством р53 ацетилирования . ING2 взаимодействует с PtdIns5P через мотив пальца растительного гомеодомена (PHD). [30]
Таким образом, имеющиеся данные указывают на то, что активность PIKfyve является основным источником стабильного клеточного PtdIns5P. При определенных условиях PtdIns5P образуется путем дефосфорилирования бисфосфоинозитидов. PtdIns5P участвует в регуляции как основных клеточных функций, так и ответов на множество физиологических и патологических стимулов с помощью еще не уточненных молекулярных механизмов.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ди Паоло, Гилберт; Де Камилли, Пьетро (12 октября 2006 г.). «Фосфоинозитиды в регуляции клеток и динамике мембран». Природа . 443 (7112): 651–657. Бибкод : 2006Natur.443..651D . дои : 10.1038/nature05185 . ISSN 1476-4687 . ПМИД 17035995 . S2CID 10479545 .
- ^ Шишева, Асия (01 сентября 2003 г.). «Регулирование динамики везикул Glut4 с помощью фосфоинозитидкиназ и фосфоинозитидфосфатаз». Границы бионауки: журнал и виртуальная библиотека . 8 (6): с945–946. дои : 10.2741/1101 . ISSN 1093-9946 . ПМИД 12957825 .
- ^ Jump up to: а б Икономов, Огнян К.; Сбрисса, Диего; Дельвеккио, Кортнал; и др. (15 апреля 2011 г.). «Фосфоинозитидкиназа PIKfyve жизненно важна для раннего эмбрионального развития: предимплантационная летальность эмбрионов PIKfyve-/-, но нормальность мышей PIKfyve+/-» . Журнал биологической химии . 286 (15): 13404–13413. дои : 10.1074/jbc.M111.222364 . ISSN 1083-351X . ПМК 3075686 . ПМИД 21349843 .
- ^ Jump up to: а б Чжан, Яньлин; Золов Сергей Н.; Чоу, Клемент Ю.; и др. (30 октября 2007 г.). «Потеря Vac14, регулятора сигнального липида фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфата, приводит к нейродегенерации у мышей» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (44): 17518–17523. Бибкод : 2007PNAS..10417518Z . дои : 10.1073/pnas.0702275104 . ISSN 0027-8424 . ПМК 2077288 . ПМИД 17956977 .
- ^ Рамех, Ле; Толиас, К.Ф.; Дакворт, Британская Колумбия; Кэнтли, ЛК (13 ноября 1997 г.). «Новый путь синтеза фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата». Природа . 390 (6656): 192–196. Бибкод : 1997Natur.390..192R . дои : 10.1038/36621 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 9367159 . S2CID 4403301 .
- ^ Jump up to: а б с д Сбрисса, Диего; Икономов, Огнян К.; Диб, Роберт; Шишева, Асия (06 декабря 2002 г.). «Биосинтез фосфатидилинозитол-5-фосфата связан с PIKfyve и участвует в пути осмотического ответа в клетках млекопитающих» . Журнал биологической химии . 277 (49): 47276–47284. дои : 10.1074/jbc.M207576200 . ISSN 0021-9258 . ПМИД 12270933 .
- ^ Jump up to: а б Моррис, Дж.Б.; Хинчлифф, Калифорния; Сируэла, А.; и др. (09.06.2000). «Стимуляция тромбоцитов тромбином вызывает увеличение фосфатидилинозитол-5-фосфата, выявленное массовым анализом». Письма ФЭБС . 475 (1): 57–60. Бибкод : 2000FEBSL.475...57M . дои : 10.1016/s0014-5793(00)01625-2 . ISSN 0014-5793 . ПМИД 10854858 . S2CID 41475679 .
- ^ Jump up to: а б Саркс, Дебора; Раме, Люсия Э. (27 мая 2010 г.). «Новый подход на основе ВЭЖХ делает возможным пространственную характеристику клеточных PtdIns5P и других фосфоинозитидов» . Биохимический журнал . 428 (3): 375–384. дои : 10.1042/BJ20100129 . ISSN 1470-8728 . ПМЦ 2944655 . ПМИД 20370717 .
- ^ Jump up to: а б Цзоу, Цзюнь; Марьянович, Ясна; Киселева Марина Владимировна; и др. (23 октября 2007 г.). «Фосфатидилинозит-4,5-бисфосфат-4-фосфатаза I типа регулирует апоптоз, вызванный стрессом» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (43): 16834–16839. Бибкод : 2007PNAS..10416834Z . дои : 10.1073/pnas.0708189104 . ISSN 0027-8424 . ПМК 2040409 . ПМИД 17940011 .
- ^ Jump up to: а б Грейнджер, Дебора Л.; Тавелис, Христодулос; Райан, Александр Дж.; Хинчлифф, Кэтрин А. (2012). «Новая роль PtdIns5P: его место занимает другой сигнальный фосфоинозитид». Труды Биохимического общества . 40 (1): 257–261. дои : 10.1042/BST20110617 . ISSN 1470-8752 . ПМИД 22260701 .
- ^ Сбрисса, Д.; Икономов, О.К.; Шишева, А. (30 июля 1999 г.). «PIKfyve, ортолог дрожжевой липидкиназы Fab1p млекопитающих, синтезирует 5-фосфоинозитиды. Эффект инсулина» . Журнал биологической химии . 274 (31): 21589–21597. дои : 10.1074/jbc.274.31.21589 . ISSN 0021-9258 . ПМИД 10419465 .
- ^ Шишева, А. (2001). «PIKfyve: путь к PtdIns 5-P и PtdIns 3,5-P(2)». Международная клеточная биология . 25 (12): 1201–1206. дои : 10.1006/cbir.2001.0803 . ISSN 1065-6995 . ПМИД 11748912 . S2CID 29411107 .
- ^ Толиас, К.Ф.; Рамех, Ле; Исихара, Х.; и др. (17 июля 1998 г.). «Фосфатидилинозит-4-фосфат-5-киназы I типа синтезируют новые липиды: фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфат и фосфатидилинозитол-5-фосфат» . Журнал биологической химии . 273 (29): 18040–18046. дои : 10.1074/jbc.273.29.18040 . ISSN 0021-9258 . ПМИД 9660759 .
- ^ Шишева, Асия (2008). «PIKfyve: Партнеры, значение, споры и парадоксы» . Международная клеточная биология . 32 (6): 591–604. дои : 10.1016/j.cellbi.2008.01.006 . ISSN 1065-6995 . ПМЦ 2491398 . ПМИД 18304842 .
- ^ Jump up to: а б Коронас, С.; Лагарриг, Ф.; Рамель, Д.; и др. (25 июля 2008 г.). «Повышенные уровни PtdIns5P в клетках, трансформированных NPM-ALK: влияние PIKfyve». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 372 (2): 351–355. дои : 10.1016/j.bbrc.2008.05.062 . ISSN 1090-2104 . ПМИД 18501703 .
- ^ Сбрисса, Диего; Икономов, Огнян К.; Стракова, Яна; и др. (2004). «Ортолог Saccharomyces cerevisiae Vac14 млекопитающих, который связывается с активностью фосфоинозитид-5-киназы PIKfyve и усиливает ее» . Молекулярная и клеточная биология . 24 (23): 10437–10447. дои : 10.1128/MCB.24.23.10437-10447.2004 . ISSN 0270-7306 . ПМК 529046 . ПМИД 15542851 .
- ^ Троншер, Элен; Лапорт, Джоселин; Пендари, Кэролайн; и др. (20 февраля 2004 г.). «Продукция фосфатидилинозитол-5-фосфата фосфоинозитид-3-фосфатазой миотубулярином в клетках млекопитающих» . Журнал биологической химии . 279 (8): 7304–7312. дои : 10.1074/jbc.M311071200 . ISSN 0021-9258 . ПМИД 14660569 .
- ^ Ваккари, Илария; Дина, Джорджия; Троншер, Элен; и др. (2011). «Генетическое взаимодействие между фосфолипидными фосфатазами MTMR2 и Fig4, участвующими в невропатиях Шарко-Мари-Тута» . ПЛОС Генетика . 7 (10): e1002319. дои : 10.1371/journal.pgen.1002319 . ISSN 1553-7404 . ПМЦ 3197679 . ПМИД 22028665 .
- ^ Сбрисса, Диего; Икономов, Огнян К.; Фу, Чияо; и др. (17 августа 2007 г.). «Основной белковый механизм синтеза и обмена фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфата млекопитающих, который регулирует прогресс эндосомального транспорта. Новая фосфатаза Sac присоединяется к комплексу ArPIKfyve-PIKfyve» . Журнал биологической химии . 282 (33): 23878–23891. дои : 10.1074/jbc.M611678200 . ISSN 0021-9258 . ПМИД 17556371 .
- ^ Икономов, Огнян К.; Сбрисса, Диего; Феннер, Гомер; Шишева, Асия (18 декабря 2009 г.). «Основной комплекс PIKfyve-ArPIKfyve-Sac3: места контактов и их влияние на активность фосфатазы Sac3 и гомеостаз эндоцитарной мембраны» . Журнал биологической химии . 284 (51): 35794–35806. дои : 10.1074/jbc.M109.037515 . ISSN 1083-351X . ПМК 2791009 . ПМИД 19840946 .
- ^ Нибур, Кирстен; Джуриато, Сильви; Педрон, Тьерри; и др. (01.10.2002). «Преобразование PtdIns(4,5)P(2) в PtdIns(5)P эффектором IpgD S.flexneri реорганизует морфологию клетки-хозяина» . Журнал ЭМБО . 21 (19): 5069–5078. дои : 10.1093/emboj/cdf522 . ISSN 0261-4189 . ПМК 129044 . ПМИД 12356723 .
- ^ Унгевикелл, Александр; Хьюг, Кристофер; Киселева Марина; и др. (27 декабря 2005 г.). «Идентификация и характеристика двух фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат-4-фосфатаз» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (52): 18854–18859. Бибкод : 2005PNAS..10218854U . дои : 10.1073/pnas.0509740102 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 1323219 . ПМИД 16365287 .
- ^ Манса, Мелани; Кпотор, Афи Опортун; Шиканн, Гаэтан; и др. (04.06.2024). «MTM1-опосредованное производство фосфатидилинозитол-5-фосфата способствует образованию подосомоподобных выступов, регулирующих слияние миобластов» . Учеб. Натл. акад. наук. США . дои : 10.1073/pnas.2217971121 . ПМЦ 11161799 . ПМИД 38805272 .
- ^ Сбрисса, Диего; Икономов, Огнян К.; Стракова, Яна; Шишева, Асия (2004). «Роль нового сигнального промежуточного продукта, фосфатидилинозитол-5-фосфата, в регулируемом инсулином расщеплении стрессовых волокон F-актина и транслокации GLUT4». Эндокринология . 145 (11): 4853–4865. дои : 10.1210/en.2004-0489 . ISSN 0013-7227 . ПМИД 15284192 .
- ^ Jump up to: а б Гиттард, Джеффри; Жерар, Одри; Дюпюи-Коронас, Софи; и др. (01 апреля 2009 г.). «Авангард: адаптерные молекулы Dok-1 и Dok-2 регулируются выработкой фосфатидилинозитол-5-фосфата в Т-клетках». Журнал иммунологии . 182 (7): 3974–3978. doi : 10.4049/jimmunol.0804172 . ISSN 1550-6606 . ПМИД 19299694 .
- ^ Робертс, Хилари Ф.; Кларк, Джонатан Х.; Летчер, Эндрю Дж.; и др. (23 мая 2005 г.). «Влияние экспрессии липидкиназы и клеточных стимулов на уровни фосфатидилинозитол-5-фосфата в клеточных линиях млекопитающих». Письма ФЭБС . 579 (13): 2868–2872. Бибкод : 2005FEBSL.579.2868R . дои : 10.1016/j.febslet.2005.04.027 . ISSN 0014-5793 . ПМИД 15876433 .
- ^ Барлоу, Кристи А.; Лаишрам, Ракеш С.; Андерсон, Ричард А. (2010). «Ядерные фосфоинозитиды: сигнальная загадка, обернутая головоломкой отдельных частей» . Тенденции в клеточной биологии . 20 (1): 25–35. дои : 10.1016/j.tcb.2009.09.009 . ISSN 1879-3088 . ПМК 2818233 . ПМИД 19846310 .
- ^ Кларк, Дж. Х.; Летчер, Эй Джей; Д'Сантос, CS; и др. (01 августа 2001 г.). «Липиды инозитола регулируются во время клеточного цикла в ядрах клеток мышиной эритролейкемии» . Биохимический журнал . 357 (Часть 3): 905–910. дои : 10.1042/0264-6021:3570905 . ISSN 0264-6021 . ПМК 1222024 . ПМИД 11463365 .
- ^ Джонс, Дэвид Р.; Бульсма, Иветт; Кеуне, Виллем-Ян; и др. (01 сентября 2006 г.). «Ядерный PtdIns5P как преобразователь сигналов стресса: роль PIP4Kbeta in vivo» . Молекулярная клетка . 23 (5): 685–695. doi : 10.1016/j.molcel.2006.07.014 . ISSN 1097-2765 . ПМИД 16949365 .
- ^ Гозани, Ор; Каруман, Филип; Джонс, Дэвид Р.; и др. (11 июля 2003 г.). «Палец PHD ассоциированного с хроматином белка ING2 функционирует как ядерный фосфоинозитидный рецептор» . Клетка . 114 (1): 99–111. дои : 10.1016/s0092-8674(03)00480-x . ISSN 0092-8674 . ПМИД 12859901 .