Двухпоровый канал
| двухсегментный канал пор 1 | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | ТКПН1 | ||
| ЮФАР | 392 | ||
| ген NCBI | 53373 | ||
| HGNC | 18182 | ||
| МОЙ БОГ | 609666 | ||
| RefSeq | НМ_017901 | ||
| ЮниПрот | Q9ULQ1 | ||
| Другие данные | |||
| Локус | Хр. 12 q24.21 | ||
| |||
| два сегмента пор, канал 2 | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | ТКПН2 | ||
| ЮФАР | 393 | ||
| ген NCBI | 219931 | ||
| HGNC | 20820 | ||
| RefSeq | НМ_139075 | ||
| ЮниПрот | Q8NHX9 | ||
| Другие данные | |||
| Локус | Хр. 11 q13.1 | ||
| |||
Двухпоровые каналы (TPC) представляют собой эукариотические внутриклеточные потенциал-управляемые и лиганд-управляемые катион-селективные ионные каналы . [1] есть два известных паралога : TPC1 и TPC2. В геноме человека [2] У людей TPC1 селективны к натрию, а TPC2 проводят ионы натрия, ионы кальция и, возможно, ионы водорода. Заводские TPC1 являются неселективными каналами. Экспрессия TPC обнаружена как в вакуолях животных растений, так и в кислых органеллах . [3] Эти органеллы состоят из эндосом и лизосом . [3] ТПК образуются из двух трансмембранных неэквивалентных тандемных шейкер -подобных порообразующих субъединиц, димеризованных с образованием квазитетрамеров . Квазитетрамеры очень похожи на тетрамеры, но это не совсем то же самое. [1] [3] Некоторые ключевые роли TPC включают кальций-зависимые реакции при сокращении мышц, секреции гормонов, оплодотворении и дифференцировке. [ нужна ссылка ] Заболевания, связанные с TPC, включают мембранный трафик , болезнь Паркинсона , Эболу и ожирение печени . [4] [5] [6] [7]
Как следует из названия, каналы TPC имеют две поры и были названы в честь двух шейкер-подобных повторов, каждый из которых имеет поровый домен. [1] [8] [9] [10] [11] Это контрастирует с калиевыми каналами с двумя порами , которые по ошибке имеют только одну пору и были названы так из-за того факта, что каждая субъединица имеет два домена P (поры) в своей первичной последовательности. [12] [13]
История и открытия
[ редактировать ]Хотя о функциях TPC еще многое предстоит узнать, на данный момент они тщательно изучены. Было поднято много вопросов о конкретной функции каналов TPC, а также об ионах и молекулах, которые, по-видимому, наиболее тесно связаны с этими каналами. Некоторые из этих ионов — натрий, кальций и НААДФ . Современные знания о TPC получены в результате экспериментов, проведенных на мышах и растениях, особенно Arabidopsis thaliana . [14] затруднено Кроме того, из-за локализации этих каналов у млекопитающих использование электрофизиологических записей на них . Следовательно, эти каналы TPC должны быть экспрессированы в альтернативных компартментах или органеллах клетки, таких как вакуоли растений, для изучения с использованием электрофизиологических методов, особенно техники патч-кламп . Чтобы четко визуализировать растительные вакуоли, ученые в своих экспериментах использовали флуоресцентную микроскопию . Используя эти методы, ученые смогли собрать важные качественные данные, чтобы сделать выводы о функциях TPC млекопитающих. В частности, ученые смогли прийти к выводу, что TPC человека представляют собой преимущественно потенциал-зависимые натриевые каналы и что PI(3,5)P2, эндолизосом-специфичный фосфоинозитид (PIP), является прямым активатором каналов TPC, в то время как NAADP на самом деле не является активатор, как это когда-то предполагалось ранее. [15]
Структура и домены
[ редактировать ]В устье поры TPC находятся четыре аминокислотных остатка с отрицательным зарядом, которые могут взаимодействовать с проходящими ионами. Этот сайт слишком широк, чтобы выбирать ионы. Ниже группы отрицательных зарядов находится селективный фильтр, который в значительной степени гидрофобен. Существуют две неидентичные шейкер-подобные субъединицы, образующие поры. Субблок 1 состоит из домена измерения напряжения 1 (VSD1), а субблок 2 состоит из домена измерения напряжения 2 (VSD2). Два домена субъединицы разделены доменом EF-hand , который имеет мотив связывания ионов кальция. Этот мотив связывания может способствовать активации каналов цитозольными ионами кальция. Каждая из двух субъединиц построена из 12 трансмембранных спиралей. Два центральных домена пор объединены из доменов измерения напряжения, VSD1 и VSD2. Как N-концевой домен (NTD), так и C-концевой домен (CTD) простираются на цитозольную сторону вместе с доменом EF-hand в центре, который простирается в цитоплазму. Домен EF-hand распространяется в цитозоль, располагаясь между VSD1 и VSD2, где он может активироваться цитозольным кальцием. Домен VSD2 активен по напряжению и может ингибироваться кальцием в просвете. Это изменение конформации из состояния активации в неактивное состояние. Два кольца гидрофобных остатков изолируют полость поры от цитоплазмы; это приводит к образованию ворот поры. Датчики напряжения, селективный фильтр и затвор работают вместе скоординировано, открывая и закрывая TPC для регулирования ионной проводимости. [1]
Домен VSD2 содержит нормальный потенциалчувствительный мотив, остатки аргинина R1, R2 и R3 и альфа-спираль S10. [16] по сравнению с другими структурами потенциал-управляемых ионных каналов, но этот домен принимает особую конформацию в состоянии покоя датчика напряжения. Люминальный кальций действует как ингибитор TPC1, предотвращая ионную проводимость. На люминальной стороне имеются два сайта связывания кальция для VSD2. Первый сайт не влияет на канал. Сайт 2, состоящий из остатков VSD2 и порового домена, ингибирует канал, сдвигая зависимость напряжения в сторону более положительных напряжений. [1]
Активация ТПК индуцируется снижением трансмембранного потенциала или увеличением концентрации кальция в цитозоле. Низкий pH просвета и низкая концентрация кальция могут вызвать ингибирование этих каналов. TPC также являются каналами, управляемыми фосфорилированием, как у животных, так и у растений. Сайты фосфорилирования находятся в N-концевом и C-концевом доменах. Эти терминали расположены так, чтобы обеспечивать аллостерические изменения для активации кальцием из цитозоля. [1]
TPC человека и растений мультимодальны по проводимости. Механизм открытия каналов, вероятно, обусловлен сочетанием концентрации кальция, напряжения и интеграции фосфорегуляции, чтобы управлять проводимостью ионов через TPC. [1]
Биологические роли (функция/дисфункция)
[ редактировать ]Двухпоровые каналы были проанализированы с использованием клеточных биологических методов, методов эндолизосомального патч-клампа и множества других методов для изучения их функций. На основании этого было предположено, что TPCs обладают некоторой способностью контролировать pH просвета эндолизосомальных везикул. Когда экспрессия TPC2 снижается или нокаутируется, происходит увеличение производства меланина и, следовательно, меланосомного pH, а когда экспрессия TPC2 увеличивается, производство меланина уменьшается. [17]
TPC также участвуют в обнаружении питательных веществ, поскольку они становятся активными при определении статуса питательных веществ. Это достигается за счет прямой связи между TPC и млекопитающими/механистическими мишенями рапамицина (mTOR), которые связаны с определением уровней кислорода, питательных веществ и энергии в клетках и, таким образом, помогают в регуляции метаболизма. Вот как TPC играют роль в этой физиологической регуляции посредством этого взаимодействия. [17]
ТПК регулируют проводимость ионов натрия и кальция, внутрисосудистый рН и возбудимость транспорта. второй посредник никотиновая кислота-адениндинуклеотид-фосфат ( NAADP ) опосредует высвобождение кальция из этих кислых органелл через TPC. Было показано, что [3] [18] TPC2 представляют собой каналы высвобождения кальция, управляемые NAADP, где эти токи TPC могут блокироваться антагонистами NAADP. [18] TCP2 играет решающую роль в эндоцитозе, позволяя вирусу SARS-CoV-2 проникать в клетки. [19]
От нокдауна этих каналов могут возникнуть различные недуги: от обменных и общеинфекционных заболеваний до даже рака. Патологические состояния, возникающие из-за отсутствия TPC, описаны в следующих разделах. [17]
Мембранный трафик
[ редактировать ]ТПК играют важную роль в путях мембранного транспорта . Они разделены на эндосомы и лизосомы , особенно функционируют при эндо-лизосомных слияниях. Было отмечено сохранение активности по торговле TPC; но модификация TPC влияет на транспортировку по эндоцитотическому пути. Точные роли TPC зависят от типа клеток и контекста. Эти каналы проницаемы для кальция, что позволяет им функционировать как ионные каналы Ca2+. При стимуляции NAADP – вторым мессенджером TPC – кальций высвобождается в цитозоль. Приток кальция регулирует слияние эндосом и лизосом и опосредует события трафика. Когда функция TPC теряется, субстраты накапливаются, создавая застой. Когда функция TPC увеличивается, лизосома увеличивается, что логически связано с увеличением случаев слияния эндосомы с лизосомой. [4]
болезнь Паркинсона
[ редактировать ]Одно из последствий дисфункции мембранного транспорта приводит к болезни Паркинсона . Мутации LRRK2 фермента изменяют аутофагию, зависящую от NAADP и TPC2. Мутация увеличивает количество потока Ca2+ через TPC2 за счет сигналов, вызванных NAADP. Это усиление передачи сигналов приводит к увеличению размера лизосом из-за увеличения скорости и количества слияний. Таким образом, лизосома не способна расщеплять компоненты должным образом. Эта неспособность связана с началом заболевания. Поскольку TPC2 играет жизненно важную роль в этом специфическом механизме развития болезни Паркинсона, он потенциально может быть терапевтической мишенью. [4]
Эбола
[ редактировать ]Эболавирус . использует преимущества эндоцитозной мембраны клетки-хозяина, оставляя TPC в качестве потенциальной мишени для лекарств Эболавирус проникает в клетки посредством микропиноцитоза с эндосомальными везикулами. После входа в эндосомальную везикулу мембрана вируса Эбола сливается с мембраной эндосомы, высвобождая вирусное содержимое в цитозоль, прежде чем эндосома сможет слиться с лизосомой. Для движения вируса в эндосомах необходим Са2+. Поскольку NAADP регулирует созревание эндосом путем высвобождения кальция через TPC, нормальное функционирование TPC позволяет вирусу Эбола уйти. Следовательно, когда TPC не функционируют, вирус Эбола не может уйти до слияния эндосомы с лизосомой. Фактически, когда мышей лечат тетрадином, инфекция подавляется. Это связано с тем, что тетрадин блокирует функцию TPC по высвобождению кальция, и, таким образом, вирусы Эбола содержатся внутри эндосомальной сети, предназначенной для разрушения лизосомой. [5] [6]
Жирная печень
[ редактировать ]TPCs вовлечены в развитие жировых заболеваний печени, таких как НАЖБП и НАСГ . Поскольку TPC2 является катионным каналом для эндоцитотического транспорта через мембраны, TPCs способствуют транспортировке молекул ЛПНП для их расщепления и переработки. В первую очередь это происходит в печени. Путь деградации приводит к тому, что ЛПНП попадают в эндосомы и лизосомы, где расположены TPC. Механизм TPC снова обеспечивает отток кальция для слияния эндосом и лизосом (где ЛПНП разрушается). Когда TPC отсутствуют или не функционируют должным образом, путь деградации приводит к незаконному обороту. Без события слияния ЛПНП накапливаются в клетках печени. Было обнаружено, что потеря TPC является причиной желтого окрашивания печени, проявления жировой дистрофии печени, которая указывает на повреждение печени. [7]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г Кинтцер А.Ф., Страуд Р.М. (март 2016 г.). «Структура, ингибирование и регуляция двухпорового канала TPC1 Arabidopsis thaliana» . Природа . 531 (7593): 258–62. Бибкод : 2016Natur.531..258K . дои : 10.1038/nature17194 . ПМЦ 4863712 . ПМИД 26961658 .
Помимо каналов Ca2+ и Na+, которые образованы четырьмя внутримолекулярными повторами, вместе образующими пору тетрамерного канала, новый канал имел только два шейкер-подобных повтора, каждый из которых был оснащен одним поровым доменом. Из-за этой необычной топологии этот канал, присутствующий как у животных, так и у растений, был назван двухпоровым каналом 1 (TPC1).
- ^ Ю Ф.Х., Каттералл, Вашингтон (октябрь 2004 г.). «VGL-chanome: суперсемейство белков, специализирующееся на передаче электрических сигналов и ионном гомеостазе». СТКЭ науки . 2004 (253): re15. дои : 10.1126/stke.2532004re15 . ПМИД 15467096 . S2CID 19506706 .
- ^ Jump up to: а б с д Патель С. (июль 2015 г.). «Функция и дисфункция двухпоровых каналов». Научная сигнализация . 8 (384): Лe7. дои : 10.1126/scisignal.aab3314 . ПМИД 26152696 . S2CID 27822899 .
- ^ Jump up to: а б с Марчант Дж. С., Патель С. (июнь 2015 г.). «Двупоровые каналы на пересечении эндолизосомального мембранного транспорта» . Труды Биохимического общества . 43 (3): 434–41. дои : 10.1042/BST20140303 . ПМК 4730950 . ПМИД 26009187 .
- ^ Jump up to: а б Фаласка Л., Аграти С., Петросильо Н., Ди Каро А., Капобьянки М.Р., Ипполито Дж., Пьячентини М. (август 2015 г.). «Молекулярные механизмы патогенеза вируса Эбола: фокус на гибели клеток» . Смерть клеток и дифференцировка . 22 (8): 1250–9. дои : 10.1038/cdd.2015.67 . ПМЦ 4495366 . ПМИД 26024394 .
- ^ Jump up to: а б Сакурай Ю., Колокольцов А.А., Чен С.С., Тидвелл М.В., Баута В.Е., Клугбауэр Н., Гримм С., Валь-Шотт С., Биль М., Дэйви Р.А. (февраль 2015 г.). «Вирус Эбола. Двухпоровые каналы контролируют проникновение в клетку-хозяина вируса Эбола и являются мишенями для лечения заболеваний» . Наука . 347 (6225): 995–8. дои : 10.1126/science.1258758 . ПМК 4550587 . ПМИД 25722412 .
- ^ Jump up to: а б Гримм С, Холдт Л.М., Чен С.С., Хассан С., Мюллер С., Йорс С., Куни Х., Киссинг С., Шредер Б., Бутц Е., Нортофф Б., Кастонгей Дж., Любер К.А., Мозер М., Спан С., Люльманн-Раух Р., Фендель С., Клугбауэр Н., Грисбек О., Хаас А., Манн М., Брахер Ф., Тойпсер Д., Сафтиг П., Биль М., Валь-Шотт К. (август 2014 г.). «Высокая восприимчивость к жировой болезни печени у мышей с дефицитом двухпорового канала 2». Природные коммуникации . 5 (2): 4699. Бибкод : 2014NatCo...5.4699G . CiteSeerX 10.1.1.659.8695 . дои : 10.1038/ncomms5699 . ПМИД 25144390 . S2CID 9153781 .
- ^ Spalding EP, Харпер Дж. Ф. (декабрь 2011 г.). «Всё тонкости клеточного транспорта Ca(2+)» . Современное мнение в области биологии растений . 14 (6): 715–20. дои : 10.1016/j.pbi.2011.08.001 . ПМК 3230696 . ПМИД 21865080 .
Лучшим кандидатом на роль вакуолярного канала высвобождения Ca2+ является TPC1, гомолог потенциалзависимого Ca2+-канала млекопитающих, который обладает двумя порами и двенадцатью мембранными промежутками.
- ^ Браун Б.М., Нгуен Х.М., Вульф Х. (30 января 2019 г.). «Последние достижения в нашем понимании структуры и функций более необычных катионных каналов» . F1000Исследования . 8 : 123. дои : 10.12688/f1000research.17163.1 . ПМК 6354322 . ПМИД 30755796 .
Органеллярные двухпоровые каналы (TPC) представляют собой интересный тип каналов, который, как следует из названия, имеет две поры.
- ^ Жаммес Ф., Ху ХК, Вильерс Ф., Бутен Р., Квак Дж.М. (ноябрь 2011 г.). «Кальций-проницаемые каналы в растительных клетках» . Журнал ФЭБС . 278 (22): 4262–76. дои : 10.1111/j.1742-4658.2011.08369.x . ПМИД 21955583 . S2CID 205884593 .
Было предсказано, что двухпоровый канал Arabidopsis (AtTPC1) будет иметь 12 трансмембранных спиралей и две поры (красные линии).
- ^ Роберт Хупер (сентябрь 2011 г.). Молекулярная характеристика двухпоровых каналов, управляемых NAADP (PDF) (Диссертация).
Считается, что TPC с двумя порами димеризуются с образованием функционального канала.
- ^ «Два калиевых канала P-домена» . Руководство по фармакологии . Проверено 28 мая 2019 г.
- ^ Ранг, HP (2003). Фармакология (8-е изд.). Эдинбург: Черчилль Ливингстон. п. 59. ИСБН 978-0-443-07145-4 .
- ^ Лагостена Л., Феста М., Пуш М., Карпането А. (март 2017 г.). «Двухпоровый канал человека 1 модулируется цитозольным и люминальным кальцием» . Научные отчеты . 7 : 43900. Бибкод : 2017NatSR...743900L . дои : 10.1038/srep43900 . ПМЦ 5333365 . ПМИД 28252105 .
- ^ Ван X, Чжан X, Донг XP, Сами М, Ли X, Ченг X, Гошка А, Шен Д, Чжоу Ю, Харлоу Дж, Чжу МХ, Клэпхэм ДЭ, Рен Д, Сюй Х (октябрь 2012 г.). «Белки TPC представляют собой активированные фосфоинозитидом натрий-селективные ионные каналы в эндосомах и лизосомах» . Клетка . 151 (2): 372–83. дои : 10.1016/j.cell.2012.08.036 . ПМЦ 3475186 . ПМИД 23063126 .
- ^ Варгас Э., Безанилья Ф., Ру Б. (декабрь 2011 г.). «В поисках консенсусной модели состояния покоя потенциалчувствительного домена» . Нейрон . 72 (5): 713–20. дои : 10.1016/j.neuron.2011.09.024 . ПМК 3268064 . ПМИД 22153369 .
- ^ Jump up to: а б с Гримм С., Чен С.С., Валь-Шотт С., Биль М. (01.01.2017). «Двухпоровые каналы: катализаторы эндолизосомного транспорта и функции» . Границы в фармакологии . 8 : 45. дои : 10.3389/fphar.2017.00045 . ПМК 5293812 . ПМИД 28223936 .
- ^ Jump up to: а б Галион А (январь 2011 г.). «НААДФ-рецепторы» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 3 (1): а004036. doi : 10.1101/cshperspect.a004036 . ПМК 3003455 . ПМИД 21047915 .
- ^ Джин X, Чжан Ю, Альхарби А, Паррингтон Дж (2020). «Нацеливание на двухпоровые каналы: текущий прогресс и будущие задачи» . Тенденции в фармакологических науках . 41 (8): 582–594. дои : 10.1016/j.tips.2020.06.002 . ПМК 7365084 . ПМИД 32679067 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- TPCN1 + белок, + человек Национальной медицинской библиотеки США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- AtTPC1 + канал, + Arabidopsis в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- «CatSper и двухпоровые каналы» . База данных IUPHAR по рецепторам и ионным каналам . Международный союз фундаментальной и клинической фармакологии.