Гуаниновый нуклеотидный фактор обмена


Гуаниновые нуклеотидные факторы обмена ( GEF ) представляют собой белки или белковые домены, которые активируют мономерные GTPases , стимулируя высвобождение гуанозинфосфата (GDP), чтобы позволить связывать гуанозин трихосфат (GTP). [ 1 ] различные неродственные структурные домены Было показано, что демонстрируют активность гуанинового нуклеотидного обмена. Некоторые GEF могут активировать несколько GTPases, в то время как другие специфичны для одной GTPase.
Функция
[ редактировать ]
Гуаниновые нуклеотидные факторы обмена (GEF) являются белками или белковыми доменами, участвующими в активации небольших GTPases . Небольшие GTPases действуют как молекулярные переключатели во внутриклеточных сигнальных путях и имеют много нижестоящих целей. Наиболее известные GTPases включают в себя суперсемейство RAS и участвуют в необходимых клеточных процессах, таких как дифференциация клеток и пролиферация, организация цитоскелета, транспортировка везикул и ядерный транспорт. [ 2 ] GTPases активны, когда связаны с GTP и неактивны, когда он связан с ВВП, что позволяет регулировать их активность GEF и противоположные белки, активирующие GTPase (промежутки). [ 3 ]
ВВП диссоциирует от неактивных GTPases очень медленно. [ 3 ] Связывание GEF с их субстратами GTPase катализирует диссоциацию ВВП, позволяя связывать молекулу GTP на его месте. GEFS функционирует, чтобы способствовать диссоциации ВВП. После того, как ВВП отделился от GTPase, GTP обычно связывается на своем месте, поскольку цитозольное соотношение GTP намного выше, чем ВВП в 10: 1. [ 4 ] Связывание GTP с GTPase приводит к высвобождению GEF, что затем может активировать новую GTPase. [ 5 ] [ 6 ] Таким образом, GEFs оба дестабилизируют взаимодействие GTPase с ВВП и стабилизируют нека нуклеотид GTPase до тех пор, пока молекула GTP не свяжется с ней. [ 7 ] Промежутки (GTPase-активирующий белок) действуют антагонистически, чтобы инактивировать GTPases, увеличивая их внутреннюю скорость гидролиза GTP. ВВП остается связанным с неактивной GTPase до тех пор, пока GEF не свяжет и не стимулирует его высвобождение. [ 3 ]
Локализация GEF может определить, где в ячейке будет активна конкретная GTPase. Например, RAN GEF, RCC1 , присутствует в ядре, в то время как разрыв RAN присутствует в цитозоле, модулируя ядерный импорт и экспорт белков. [ 8 ] RCC1 преобразует RANGDP в RANGTP в ядре, активируя RAN для экспорта белков. Когда Ran Gap катализирует преобразование RANGTP в RANGDP в цитозоле, выпускается белковый груз.
Механизм
[ редактировать ]Механизм активации GTPase варьируется между различными GEF. Тем не менее, существуют некоторые сходства в том, как различные GEF изменяют конформацию сайта связывания Nucleotide G-белка. GTPases содержат две петли, называемые переключателем 1, и переключатель 2, которые расположены по обе стороны от связанного нуклеотида. Эти области и фосфатно -связывающая петля GTPase взаимодействуют с фосфатами нуклеотида и координирующим ионом магния для поддержания высокого аффинного связывания нуклеотида. Связывание GEF индуцирует конформационные изменения в области P -петли и переключения GTPase, в то время как остальная часть структуры в значительной степени неизменная. Связывание GEF стерически препятствует сайту связывания магния и мешает области фосфат-связывающей, в то время как область связывания основания остается доступной. Когда GEF связывает GTPase, первые группы высвобождаются фосфатные группы, а GEF смещается при связывании входящей молекулы GTP. Хотя эта общая схема распространена среди GEF, специфические взаимодействия между областями GTPase и GEF варьируются среди отдельных белков. [ 9 ]
Структура и специфичность
[ редактировать ]Некоторые GEF специфичны для одной GTPase, в то время как другие имеют несколько субстратов GTPase. В то время как различные подсемейства GTPases GTPases RAS имеют консервативный домен связывания GTP, это не относится к GEF. Различные семьи GEF соответствуют различным подсемействам RAS. Функциональные области этих семейств GEF не связаны структурно и не разделяют гомологию последовательности. Эти домены GEF, по -видимому, эволюционно не связаны, несмотря на аналогичную функцию и субстраты. [ 7 ]
CDC25 домен
[ редактировать ]Домен гомологии CDC25, также называемый доменом RASGEF , является каталитическим доменом многих RAS GEF, которые активируют RAS GTPases. Домен CDC25 содержит приблизительно 500 аминокислот и впервые был идентифицирован в белке CDC25 у почкующихся дрожжей ( Saccharomyces cerevisiae ) . [ 10 ]
Домены DH и PH
[ редактировать ]DBL-подобные Rhogefs присутствовали на начале эукариот и развивались в качестве высокоадаптивных клеточных сигнальных медиаторов. [ 11 ] DBL-подобные Rhogefs характеризуются наличием домена гомологии DBL ( DH-домен ), ответственной за каталитическую активность GEF для Rho GTPases . [ 12 ] Человеческий геном кодирует 71 члена, распределенные на 20 подсемейств. Все 71 члена уже присутствовали у ранних позвоночных, и большинство из 20 подсемейств уже присутствовали у ранних метазой. Многие из белков семейства DBL млекопитающих специфичны для ткани, и их число в метазоа варьируется по доли сложности передачи сигналов клеток. Домены гомологии PLECKSTRIN ( PH -домены ) связаны в тандеме с DH -доменами в 64 из 71 члена семейства DBL. Домен рН расположен непосредственно примыкает к консультации домена DH. Вместе эти два домена представляют собой минимальную структурную единицу, необходимую для активности большинства белков семейства DBL. Домен рН участвует в внутриклеточном нацеливании домена DH. Обычно считается, что он модулирует связывание мембраны посредством взаимодействия с фосфолипидами, но было показано, что его функция варьируется в разных белках. [ 13 ] [ 14 ] Этот домен рН также присутствует в других белках за пределами Rhogefs.
DHR2 домен
[ редактировать ]Домен DHR2 является каталитическим доменом семейства доков Rho Gefs. Как и DH Domain , DHR2 уже присутствовал на происхождении эукариот. [ 11 ] Семейство доков представляет собой отдельную подмножество GEF из семейства DBL и не несет структурного или последовательного отношения к домену DH. Существует 11 идентифицированных членов семейства док, разделенных на подсемейства на основе их активации RAC и CDC42 . Члены семейства док участвуют в миграции клеток, морфогенез и фагоцитозе. Домен DHR2 составляет приблизительно 400 аминокислот. Эти белки также содержат второй консервативный домен, DHR1, который составляет приблизительно 250 аминокислот. Было показано, что домен DHR1 участвует в локализации мембраны некоторых GEF. [ 15 ]
Sec7 домен
[ редактировать ]Домен SEC7 отвечает за каталитическую активность GEF в GTPases ARF . Белки ARF функционируют при переносе пузырьков . Хотя ARF GEF расходятся в своих общих последовательностях, они содержат консервативный домен SEC 7. Эта 200 аминокислотная область гомологична дрожжевой белке Sec7p. [ 16 ]
Регулирование
[ редактировать ]GEF часто набираются адаптерными белками в ответ на восходящие сигналы. GEF являются многодоменными белками и взаимодействуют с другими белками внутри клетки через эти домены. [ 13 ] Адаптерные белки могут модулировать активность GEF, взаимодействуя с другими доменами, помимо каталитического домена. Например, SOS 1, RAS GEF в пути MAPK/ERK , рекрутируется адаптерным белком GRB2 в ответ на активацию рецептора EGF . Связывание SOS1 с GRB2 локализует его с плазматической мембраной, где она может активировать мембрановые RAS . [ 17 ] Другие GEF, такие как Rho Gef Vav1 , активируются при фосфорилировании в ответ на восходящие сигналы. [ 18 ] Вторичные посланники, такие как лагерь и кальций, также могут играть роль в активации GEF. [ 3 ]
Crosstalk также был показан между GEF и множественными сигнальными путями GTPase. Например, SOS содержит домен гомологии DBL в дополнение к своему каталитическому домену CDC25. SOS может выступать в качестве GEF для активации RAC1 , RHOGTPASE, в дополнение к своей роли GEF для RAS. Следовательно, SOS-это связь между сигнальными путями RAS-семьи и Rho-Family GTPase. [ 14 ]
Рак
[ редактировать ]GEF являются потенциальной мишенью для терапии рака из -за их роли во многих сигнальных путях, особенно клеточной пролиферации. Например, многие раковые заболевания вызваны мутациями в пути MAPK/ERK, которые приводят к неконтролируемому росту. GEF SOS1 активирует RAS, целью которой является киназа RAF . RAF является протоонкогеном , потому что мутации в этом белке были обнаружены при многих видах рака. [ 6 ] [ 13 ] Было показано, что Rho GTPase VAV1 , который может быть активирован рецептором GEF, способствует пролиферации опухоли при раке поджелудочной железы. [ 18 ] GEF представляют возможные терапевтические цели, поскольку они могут играть роль в регуляции этих путей посредством их активации GTPases.
Примеры
[ редактировать ]- Сын Семи (SOS1) является важным GEF в пути, регулирующем рост клеток MAPK/ERK. SOS1 связывает GRB2 на плазматической мембране после активации рецептора EGF. SOS1 активирует небольшой G -белок Ras. [ 17 ]
- EIF-2B является эукариотическим фактором инициации, необходимым для инициирования трансляции белка. EIF-2B регенерирует GTP-связанную форму EIF-2 для дополнительного цикла в инициации синтеза белка, то есть ее связывание с Met-T-RNA. [ 19 ]
- G-белковые рецепторы представляют собой трансмембранные рецепторы, которые действуют как GEF для их родственных G-белков при связывании лиганда. Связывание лиганда вызывает конформационное изменение, которое позволяет GPCR активировать связанную GTPase. [ 2 ]
- RCC1 является фактором обмена нуклеотидов гуанина для RAN GTPase. Он локализует ядро и катализирует активацию RAN, чтобы позволить ядерный экспорт белков. [ 8 ]
- Ras-grf1
- Классная комната
- PLEKHG2 [ 20 ]
- Ephexin5 - это GEF, участвующий в развитии синапса нейрона. [ 21 ] [ 22 ]
Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Cherfils J, Zeghouf M (январь 2013 г.). «Регуляция небольших GTPases с помощью GEF, пробелов и GDI». Физиологические обзоры . 93 (1): 269–309. doi : 10.1152/physrev.00003.2012 . PMID 23303910 .
- ^ Jump up to: а беременный Брюс Альбертс; и др. (2002). Молекулярная биология клетки . Гарлендская наука. С. 877 -. ISBN 0815332181 Полем Получено 12 января 2011 года .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Борн Х.Р., Сандерс Д.А., Маккормик Ф. (ноябрь 1990 г.). «Суперсемейство GTPase: консервативный переключатель для разнообразных клеточных функций». Природа . 348 (6297): 125–32. doi : 10.1038/348125A0 . PMID 2122258 . S2CID 4329238 .
- ^ Bos JL, Rehmann H, Wittinghofer A (июнь 2007 г.). «Gefs и пробелы: критические элементы в контроле небольших G -белков» . Клетка . 129 (5): 865–77. doi : 10.1016/j.cell.2007.05.018 . PMID 17540168 .
- ^ Feig LA (апрель 1994 г.). «Гуанино-нуклеотидные факторы обмена: семейство положительных регуляторов Ras и связанных с ними GTPases». Современное мнение в клеточной биологии . 6 (2): 204–11. doi : 10.1016/0955-0674 (94) 90137-6 . PMID 8024811 .
- ^ Jump up to: а беременный Quilliam LA, Rebhun JF, Castro AF (2002). «Растущее семейство факторов обмена нуклеотидов гуанина отвечает за активацию GTPases RAS-семейства». Прогресс в исследованиях нуклеиновых кислот и молекулярной биологии . 71 : 391–444. doi : 10.1016/s0079-6603 (02) 71047-7 . ISBN 9780125400718 Полем PMID 12102558 .
- ^ Jump up to: а беременный Cherfils J, Chardin P (август 1999 г.). «GEFS: структурная основа для их активации мелких GTP-связывающих белков». Тенденции в биохимических науках . 24 (8): 306–11. doi : 10.1016/s0968-0004 (99) 01429-2 . PMID 10431174 .
- ^ Jump up to: а беременный Seki T, Hayashi N, Nishimoto T (август 1996 г.). «RCC1 в пути RAN». Журнал биохимии . 120 (2): 207–14. doi : 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a021400 . PMID 8889801 .
- ^ Vetter IR, Wittinghofer A (ноябрь 2001 г.). «Гуаниновый нуклеотидсвязывающий переключатель в трех измерениях». Наука . 294 (5545): 1299–304. doi : 10.1126/science.1062023 . PMID 11701921 . S2CID 6636339 .
- ^ Boriack-Sjodin PA, Margrit SM, Bar-Sagi D, Kuyan J (июль 1998 г.). «Структурная основа активации Ras SOS» Природа 394 (6691): 337–4 Doi : 10.1038/ 28548 9690470PMID 204998911S2CID
- ^ Jump up to: а беременный Форт П, Бланги А (июнь 2017 г.). «Эволюционный ландшафт семейств Rhogef, подобных DBL: адаптация эукариотических клеток к сигналам окружающей среды» . Genome Biol Evol . 9 (6): 1471–1486. doi : 10.1093/gbe/evx100 . PMC 5499878 . PMID 28541439 .
- ^ Чжэн Y (декабрь 2001 г.). «Факторы обмена нуклеотидов Гуанина DBL». Тенденции в биохимических науках . 26 (12): 724–32. doi : 10.1016/s0968-0004 (01) 01973-9 . PMID 11738596 .
- ^ Jump up to: а беременный в Шмидт А, Холл А (июль 2002 г.). «Гуаниновые нуклеотидные факторы обмена для GTPases Rho: включение переключателя» . Гены и развитие . 16 (13): 1587–609. doi : 10.1101/gad.1003302 . PMID 12101119 .
- ^ Jump up to: а беременный Суиссон С.М., Нимнуал А.С., Уй М, Бар-Саги Д., Курийян Дж (октябрь 1998 г.). «Кристаллическая структура доменов гомологии DBL и Pleckstrin от человеческого сына бесцветного белка» . Клетка . 95 (2): 259–68. doi : 10.1016/s0092-8674 (00) 81756-0 . PMID 9790532 .
- ^ Ян Дж, Чжан З., Роу С.М., Маршалл С.Дж., Барфорд Д. (сентябрь 2009 г.). «Активация Rho GTPases с помощью факторов обмена док -факторами опосредуется нуклеотидным датчиком». Наука . 325 (5946): 1398–402. doi : 10.1126/science.1174468 . PMID 19745154 . S2CID 35369555 .
- ^ Джексон К.Л., Казанова Джи (февраль 2000 г.). «Оключение ARF: семейство SEC7 Гуанин-нуклеотид-обмена факторов». Тенденции в клеточной биологии . 10 (2): 60–7. doi : 10.1016/s0962-8924 (99) 01699-2 . PMID 10652516 .
- ^ Jump up to: а беременный Chardin P, Camonis JH, Gale NW, Van Aelst L, Schlessinger J, Wigler MH, Bar-Sagi D (май 1993). «SOS1 человека: фактор обмена гуанинового нуклеотида для RAS, который связывается с GRB2». Наука . 260 (5112): 1338–43. doi : 10.1126/science.8493579 . PMID 8493579 .
- ^ Jump up to: а беременный Fernandez-Zapico ME, Gonzalez-Paz NC, Weiss and, Savoy DN, Molina JR, Fonseca R, Smyrk TC, Chari St, Urrutia R, Billadeau DD (Janogy 2005). «Эктопическая экспрессия VAV1 выявляет неожиданную роль в онкогенезе рака поджелудочной железы» . Раковая клетка . 7 (1): 39–49. Doi : 10.1016/j.ccr.2004.11.024 . PMID 15652748 .
- ^ Прайс Н., Гордый С. (1994). «Гуаниновый нуклеотид-обмен, EIF-2B». Биохими . 76 (8): 748–60. doi : 10.1016/0300-9084 (94) 90079-5 . PMID 7893825 .
- ^ Уэда Х., Наги Р., Козава М., Моришит Р., Кимура С., Нагасе Т., Охара О., Йошида С., Асано Т. (2008). «Субъединицы βγ Heterotrik G βγ стимулируют FLJ00018, экстренный коэффициент нуклеотида Helan для RAC1 и CDC42 » Дж. Биол. Химический 283 (4): 1946–1 Doi : 10.1074/ jbc.m707037200 18045877PMID
- ^ Margolis SS, Salogiannis J, Lipton DM, Mandel-Brehm C, Wills ZP, Mardinly AR, Hu L, Greer PL, Bikoff JB, Ho Hy, Soskis MJ, Sahin M, Greenberg Me (октябрь 2010 г.). «EPHB-опосредованная деградация Rhoa Gef Ephexin5 снимает тормоз развития при формировании возбуждающего синапса» . Клетка . 143 (3): 442–55. doi : 10.1016/j.cell.2010.09.038 . PMC 2967209 . PMID 21029865 .
- ^ Salogiannis, John (2013-10-18). «Регуляция развития возбуждающего синапса с помощью rhogef ephexin5» .
{{cite journal}}
: CITE Journal требует|journal=
( помощь )