трансдуцин

Трансдуцин (Gt ₎ представляет собой белок, который естественным образом экспрессируется в позвоночных палочках и колбочках сетчатки , и он очень важен для фототрансдукции позвоночных . Это тип гетеротримерного G-белка с различными α-субъединицами в фоторецепторах палочек и колбочек. ^[1]

Свет приводит к конформационным изменениям родопсина , что, в свою очередь, приводит к активации трансдуцина. Трансдуцин активирует фосфодиэстеразу , что приводит к расщеплению циклического гуанозинмонофосфата (цГМФ). Интенсивность вспышки реакции прямо пропорциональна количеству активированных трансдуцинов.

Функция фототрансдукции

Трансдуцин активируется метародопсином II конформационным изменением родопсина, вызванным поглощением фотона , фрагментом родопсина сетчатки . ^[2]^[3] Свет вызывает изомеризацию ретиналя из 11- цис в полностью- транс . Изомеризация приводит к изменению опсина на метародопсин II. Когда метародопсин активирует трансдуцин, гуанозиндифосфат (GDP), связанный с α-субъединицей (Tα ₎ , заменяется на гуанозинтрифосфат (GTP) из цитоплазмы. Субъединица α диссоциирует от субъединицы βγ (T _βγ ). Активированная α-субъединица трансдуцина активирует цГМФ- фосфодиэстеразу . ^[4] Фосфодиэстераза цГМФ расщепляет цГМФ, внутриклеточный вторичный мессенджер , который открывает цГМФ-управляемые катионные каналы. Фосфодиэстераза гидролизует цГМФ до 5'-ГМФ . Снижение концентрации цГМФ приводит к уменьшению открытия катионных каналов и последующей гиперполяризации мембранного потенциала .

Трансдуцин деактивируется, когда связанный с α-субъединицей GTP гидролизуется до GDP. Этот процесс ускоряется комплексом, содержащим RGS ( Regulator of G-protein Signaling )-белок и гамма-субъединицу эффектора, циклическую GMP-фосфодиэстеразу.

Механизм активации

Субъединица Tα _, трансдуцина содержит три функциональных домена: один для взаимодействия родопсин/Tβγ _один для связывания GTP и последний для активации цГМФ-фосфодиэстеразы.

Существуют разные изоформы Тα _, наблюдаемые в палочках и колбочках. Однако изоформы демонстрируют функциональную взаимозаменяемость в каскаде фототрансдукции и не должны объяснять только различия в светочувствительности. ^[5] Хотя основное внимание при фототрансдукции уделяется Tα _, Tβγ _имеет решающее значение для связывания родопсина с трансдуцином. ^[6]^[7] домен родопсина/Tβγ _{содержит} амино- и карбоксильный конец Tα _{Связывающий} . Аминоконец является местом взаимодействия родопсина, а карбоксильный конец — местом _{связывания Tβγ} . Аминоконец может быть прикреплен к карбоксильному концу или находиться в непосредственной близости от него для активации молекулы трансдуцина родопсином. ^[8]

Взаимодействие с фотолизированным родопсином открывает сайт связывания ГТФ, что позволяет быстро обменивать ВВП на ГТФ. Сайт связывания находится в закрытой конформации в отсутствие фотолизированного родопсина. В норме в закрытой конформации α-спираль, расположенная вблизи места связывания, находится в положении, препятствующем обмену ГТФ/ГДП. Конформационное изменение Tα _под действием фотолизованного родопсина вызывает наклон спирали, открывая сайт связывания GTP.

После замены GTP на GDP комплекс GTP-Tα _{претерпевает} два основных изменения: диссоциацию от фотолизованного родопсина и субъединицы Tβγ _и обнажение сайта связывания фосфодиэстеразы (ФДЭ) для взаимодействия со латентной ФДЭ. Конформационные изменения, инициированные в трансдуцине связыванием GTP, передаются в сайт связывания PDE и делают его доступным для связывания с PDE. Конформационные изменения, индуцированные GTP, также могут нарушать сайт связывания родопсина/Tβγ _и приводить к диссоциации от комплекса GTP- _Tα . ^[8]

Т _βγКомплекс

В основе G-белков лежит предположение, что субъединицы α, β и γ присутствуют в одинаковой концентрации. больше T _β и T _γ , чем T _{α .} Однако есть свидетельства того, что во внешних сегментах палочек (ROS) ^[9] Был сделан вывод, что излишки T _β и T _γ свободно плавают в АФК, хотя они не могут быть связаны с T _α в любой момент времени. Одним из возможных объяснений избытка T _βγ является повышенная доступность T _α для повторного связывания. Поскольку T _βγ имеет решающее значение для связывания трансдуцина, повторное приобретение гетеротримерной конформации может привести к более быстрому связыванию с другой молекулой GTP и, следовательно, к более быстрой фототрансдукции. ^[9]

T _βγХотя упоминалось, что _{имеет решающее значение для связывания T α} с родопсином, есть также доказательства того, что T _βγ может играть решающую, возможно, прямую роль в обмене нуклеотидов, чем считалось ранее. Было обнаружено, что родопсин специфически вызывает конформационное переключение карбоксильного конца субъединицы _Тγ . Это изменение в конечном итоге регулирует обмен аллостерических нуклеотидов на _Тα . Этот домен может служить основной областью для взаимодействия с родопсином и для родопсина для регуляции нуклеотидного обмена на _Тα . Считалось, что активация трансдуцина G-белка родопсином происходит по рычажному механизму. ^[10]^[11] Связывание родопсина вызывает образование спирали на карбоксильном конце Tγ _и приводит к _{образованию карбоксила Tγ} и _Tα . Карбоксильные окончания расположены ближе друг к другу, чтобы облегчить обмен нуклеотидов. Tα _{индуцированной} может ускорить скорость активации протеинкиназы А, выключением света, за счет связывания с родопсином . ^[12] Кроме того, трансдуцин достигает полной функциональной активации при связывании с активированным родопсином . ^[13]

Мутации в этом домене отменяют взаимодействие родопсина и трансдуцина. Этот конформационный переключатель в T _γ может сохраняться в семействе γ-субъединиц G-белка. ^[7]

Взаимодействие с цГМФ-фосфодиэстеразой и дезактивация

Активация трансдуцина в конечном итоге приводит к стимуляции биологической эффекторной молекулы цГМФ-фосфодиэстеразы, олигомера с α, β и двумя ингибирующими γ-субъединицами. ^[14] Субъединицы α и β представляют собой субъединицы с большей молекулярной массой и составляют каталитическую часть ФДЭ.

В системе фототрансдукции GTP-связанный-Tα _{связывается} с γ-субъединицей ФДЭ. Есть два предложенных механизма активации PDE. Первый предполагает, что GTP-связанный-Tα _{высвобождает} субъединицу PDEγ из каталитических субъединиц, чтобы активировать гидролиз. ^[15] Второй, более вероятный механизм предполагает, что связывание вызывает сдвиг положения субъединицы γ, обеспечивая лучшую доступность каталитической субъединицы для гидролиза цГМФ. ГТФазная активность Tα _{гидролизует} GTP до GDP и изменяет конформацию субъединицы Tα _, увеличивая ее сродство к связыванию с субъединицами α и β на PDE. Связывание Tα _с этими более крупными субъединицами приводит к другому конформационному изменению ФДЭ и ингибирует гидролизную способность каталитической субъединицы. Этот сайт связывания на более крупной молекулярной субъединице может находиться непосредственно рядом с сайтом связывания Тα _на субъединице γ. ^[15]

Хотя традиционный механизм включает активацию PDE посредством GTP-связанного Tα _, также было продемонстрировано, что GDP-связанный Tα _{обладает} способностью активировать PDE. Эксперименты по активации ФДЭ в темноте (без присутствия ГТФ) показывают небольшую, но воспроизводимую активацию ФДЭ. ^[16] Это можно объяснить активацией PDE свободным ВВП-связанным _Tα . Однако сродство субъединицы PDE γ к GDP-связанному T _α , по-видимому, примерно в 100 раз меньше, чем к GTP-связанному T _α . ^[17] Механизм, с помощью которого GDP-связанный Tα _{активирует} PDE, остается неизвестным, однако предполагается, что он подобен активации PDE с помощью GTP-связанного _Tα . ^[16]

Чтобы предотвратить активацию ФДЭ в темноте, концентрацию ВВП-связанного Tα _{следует} поддерживать на минимальном уровне. Эта работа, по-видимому, ложится на T _βγ, чтобы сохранить связанный с ВВП T _α в форме голотрансдуцина. ^[16]

гидролиз связанного GTP с помощью Tα _дляДля дезактивации необходим _{дезактивации Tα} и возврата трансдуцина в его базальное состояние. Однако простого гидролиза GTP не обязательно может быть достаточно для дезактивации PDE. Здесь снова вступает в игру T _βγ , играя важную роль в дезактивации ФДЭ. ^[16] Добавление Tβγ _{облегчает} ингибирование каталитического фрагмента PDE, поскольку он связывается с комплексом Tα _- GTP. Реассоциированная форма трансдуцина больше не способна связываться с ФДЭ. Это освобождает PDE для воссоединения с фотолизованным родопсином и возврата PDE в исходное состояние в ожидании активации другим GTP-связанным _Tα . ^[15]

Гены

Стержни: ГНАТ1, ГНБ1, ГНГТ1; Конусы: ГНАТ2, ГНБ3, ГНГТ2 ^[18]

Ссылки

^ Лерея К.Л., Сомерс Д.Э., Херли Дж.Б., Клок И.Б., Бунт-Милам А.Х. (октябрь 1986 г.). «Идентификация специфических альфа-субъединиц трансдуцина в фоторецепторах палочек и колбочек сетчатки». Наука . 234 (4772): 77–80. дои : 10.1126/science.3529395 . ПМИД 3529395 .
^ Харгрейв П.А., Хамм Х.Э., Хофманн К.П. (январь 1993 г.). «Взаимодействие родопсина с G-белком трансдуцином». Биоэссе . 15 (1): 43–50. дои : 10.1002/bies.950150107 . PMID 8466475 . S2CID 9487394 .
^ Даунс М.А., Аримото Р., Маршалл Г.Р., Киселев О.Г. (декабрь 2006 г.). «Субъединицы альфа- и бета-гамма G-белка взаимодействуют с конформационно различными сигнальными состояниями родопсина» . Видение Рез . 46 (27): 4442–8. дои : 10.1016/j.visres.2006.07.021 . ПМИД 16989885 .
^ Фунг, БКК; Херли, Дж. Б.; Страйер, Л. (1981). «Поток информации в светоактивируемом циклическом нуклеотидном каскаде зрения» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 78 (1): 152–156. дои : 10.1073/pnas.78.1.152 . ПМК 319009 . ПМИД 6264430 .
^ Дэн, Вэнь-Тао (20 октября 2009 г.). «Функциональная взаимозаменяемость альфа-субъединиц стержня и колбочки трансдуцина». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 :2.
^ Фунг, БК (1983). «Характеристика трансдуцина из внешних сегментов палочек сетчатки крупного рогатого скота. I. Разделение и восстановление субъединиц» . Журнал биологической химии . 258 (17): 10495–10502. дои : 10.1016/S0021-9258(17)44483-8 . ПМИД 6136509 .
^ Jump up to: ^а ^б Киселев О.Г.; Даунс, Массачусетс (2003). «Родопсин контролирует конформационный переключатель гамма-субъединицы трансдуцина» . Структура . 11 (4): 367–373. дои : 10.1016/s0969-2126(03)00045-5 . ПМИД 12679015 .
^ Jump up to: ^а ^б Хингорани, В.Н.; Хо, Ю.К. (1987). «Структурная модель альфа-субъединицы трансдуцина. Значение ее роли как молекулярного переключателя в механизме передачи зрительного сигнала» . Письма ФЭБС . 220 (1): 15–22. дои : 10.1016/0014-5793(87)80867-0 . ПМИД 3038611 . S2CID 33255299 .
^ Jump up to: ^а ^б Клак, Дж.В.; Спрингмейер, ML; Кларк, ЧР; Вицманн, Ф.А. (2006). «Стехиометрия субъединицы трансдуцина и клеточное распределение во внешних сегментах палочек». Международная клеточная биология . 30 (10): 829–835. дои : 10.1016/j.cellbi.2006.06.007 . ПМИД 16895762 . S2CID 20446982 .
^ Борн, HR; Иири, Т.; Фарфель, З. (1998). «Заболевания G-белка представляют собой модель включения». Природа . 394 (6688): 35–38. дои : 10.1038/27831 . ПМИД 9665125 . S2CID 204998245 .
^ Рондард, П.; Иири, Т.; Шринивасан, С.; Мэн, Э.; Фудзита, Т.; Борн, HR (2001). «Мутантная α-субъединица белка G, активированная Gβγ: модель активации рецептора?» . Труды Национальной академии наук . 98 (11): 6150–6155. дои : 10.1073/pnas.101136198 . ПМЦ 33437 . ПМИД 11344266 .
^ Сато, Шинья (27 октября 2020 г.). «Родопсин-опосредованная активация протеинкиназы А, индуцированная выключением света, в фоторецепторных клетках палочек мыши» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 117 (43): 1.
^ Эрнст, Оливер (26 июня 2006 г.). «Мономерный рецептор родопсин, связанный с G-белком, в растворе активирует трансдуцин G-белка на пределе диффузии» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (26): 5.
^ Детерре, П.; Бигай, Дж.; Форке, Ф.; Роберт, М.; Чабре, М. (1988). «Фосфодиэстераза CGMP палочек сетчатки регулируется двумя ингибирующими субъединицами» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 85 (8): 2424–2428. дои : 10.1073/pnas.85.8.2424 . ПМК 280009 . ПМИД 2833739 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Кролл, С.; Филлипс, WJ; Черионе, РА (1989). «Регуляция циклической GMP-фосфодиэстеразы с помощью GDP-связанной формы альфа-субъединицы трансдуцина» . Журнал биологической химии . 264 (8): 4490–4497. дои : 10.1016/S0021-9258(18)83770-X . ПМИД 2538446 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Кутузов, М.; Пфистер, К. (1994). «Активация цГМФ-специфической фосфодиэстеразы сетчатки с помощью GDP-нагруженной альфа-субъединицы трансдуцина» . Европейский журнал биохимии . 220 (3): 963–971. дои : 10.1111/j.1432-1033.1994.tb18700.x . ПМИД 8143750 .
^ Беннетт, Н.; Клерк, А. (1989). «Активация цГМФ-фосфодиэстеразы в палочках сетчатки: механизм взаимодействия с ГТФ-связывающим белком (трансдуцином)». Биохимия . 28 (18): 7418–7424. дои : 10.1021/bi00444a040 . ПМИД 2554970 .
^ Лэмб, Тревор Д. (сентябрь 2013 г.). «Эволюция фототрансдукции, фоторецепторов позвоночных и сетчатки» . Прогресс в исследованиях сетчатки и глаз . 36 : 52–119. doi : 10.1016/j.preteyeres.2013.06.001 . hdl : 1885/84715 . ПМИД 23792002 . S2CID 38219705 .

Внешние ссылки

Трансдуцин в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)

[pmid3529395-1] Лерея К.Л., Сомерс Д.Э., Херли Дж.Б., Клок И.Б., Бунт-Милам А.Х. (октябрь 1986 г.). «Идентификация специфических альфа-субъединиц трансдуцина в фоторецепторах палочек и колбочек сетчатки». Наука . 234 (4772): 77–80. дои : 10.1126/science.3529395 . ПМИД 3529395 .

[pmid8466475-2] Харгрейв П.А., Хамм Х.Э., Хофманн К.П. (январь 1993 г.). «Взаимодействие родопсина с G-белком трансдуцином». Биоэссе . 15 (1): 43–50. дои : 10.1002/bies.950150107 . PMID 8466475 . S2CID 9487394 .

[pmid16989885-3] Даунс М.А., Аримото Р., Маршалл Г.Р., Киселев О.Г. (декабрь 2006 г.). «Субъединицы альфа- и бета-гамма G-белка взаимодействуют с конформационно различными сигнальными состояниями родопсина» . Видение Рез . 46 (27): 4442–8. дои : 10.1016/j.visres.2006.07.021 . ПМИД 16989885 .

[4] Фунг, БКК; Херли, Дж. Б.; Страйер, Л. (1981). «Поток информации в светоактивируемом циклическом нуклеотидном каскаде зрения» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 78 (1): 152–156. дои : 10.1073/pnas.78.1.152 . ПМК 319009 . ПМИД 6264430 .

[5] Дэн, Вэнь-Тао (20 октября 2009 г.). «Функциональная взаимозаменяемость альфа-субъединиц стержня и колбочки трансдуцина». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 :2.

[6] Фунг, БК (1983). «Характеристика трансдуцина из внешних сегментов палочек сетчатки крупного рогатого скота. I. Разделение и восстановление субъединиц» . Журнал биологической химии . 258 (17): 10495–10502. дои : 10.1016/S0021-9258(17)44483-8 . ПМИД 6136509 .

[pmid12679015-7] Jump up to: ^а ^б Киселев О.Г.; Даунс, Массачусетс (2003). «Родопсин контролирует конформационный переключатель гамма-субъединицы трансдуцина» . Структура . 11 (4): 367–373. дои : 10.1016/s0969-2126(03)00045-5 . ПМИД 12679015 .

[pmid3038611-8] Jump up to: ^а ^б Хингорани, В.Н.; Хо, Ю.К. (1987). «Структурная модель альфа-субъединицы трансдуцина. Значение ее роли как молекулярного переключателя в механизме передачи зрительного сигнала» . Письма ФЭБС . 220 (1): 15–22. дои : 10.1016/0014-5793(87)80867-0 . ПМИД 3038611 . S2CID 33255299 .

[pmid16895762-9] Jump up to: ^а ^б Клак, Дж.В.; Спрингмейер, ML; Кларк, ЧР; Вицманн, Ф.А. (2006). «Стехиометрия субъединицы трансдуцина и клеточное распределение во внешних сегментах палочек». Международная клеточная биология . 30 (10): 829–835. дои : 10.1016/j.cellbi.2006.06.007 . ПМИД 16895762 . S2CID 20446982 .

[10] Борн, HR; Иири, Т.; Фарфель, З. (1998). «Заболевания G-белка представляют собой модель включения». Природа . 394 (6688): 35–38. дои : 10.1038/27831 . ПМИД 9665125 . S2CID 204998245 .

[11] Рондард, П.; Иири, Т.; Шринивасан, С.; Мэн, Э.; Фудзита, Т.; Борн, HR (2001). «Мутантная α-субъединица белка G, активированная Gβγ: модель активации рецептора?» . Труды Национальной академии наук . 98 (11): 6150–6155. дои : 10.1073/pnas.101136198 . ПМЦ 33437 . ПМИД 11344266 .

[12] Сато, Шинья (27 октября 2020 г.). «Родопсин-опосредованная активация протеинкиназы А, индуцированная выключением света, в фоторецепторных клетках палочек мыши» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 117 (43): 1.

[13] Эрнст, Оливер (26 июня 2006 г.). «Мономерный рецептор родопсин, связанный с G-белком, в растворе активирует трансдуцин G-белка на пределе диффузии» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (26): 5.

[14] Детерре, П.; Бигай, Дж.; Форке, Ф.; Роберт, М.; Чабре, М. (1988). «Фосфодиэстераза CGMP палочек сетчатки регулируется двумя ингибирующими субъединицами» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 85 (8): 2424–2428. дои : 10.1073/pnas.85.8.2424 . ПМК 280009 . ПМИД 2833739 .

[pmid2538446-15] Jump up to: ^а ^б ^с Кролл, С.; Филлипс, WJ; Черионе, РА (1989). «Регуляция циклической GMP-фосфодиэстеразы с помощью GDP-связанной формы альфа-субъединицы трансдуцина» . Журнал биологической химии . 264 (8): 4490–4497. дои : 10.1016/S0021-9258(18)83770-X . ПМИД 2538446 .

[pmid8143750-16] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Кутузов, М.; Пфистер, К. (1994). «Активация цГМФ-специфической фосфодиэстеразы сетчатки с помощью GDP-нагруженной альфа-субъединицы трансдуцина» . Европейский журнал биохимии . 220 (3): 963–971. дои : 10.1111/j.1432-1033.1994.tb18700.x . ПМИД 8143750 .

[17] Беннетт, Н.; Клерк, А. (1989). «Активация цГМФ-фосфодиэстеразы в палочках сетчатки: механизм взаимодействия с ГТФ-связывающим белком (трансдуцином)». Биохимия . 28 (18): 7418–7424. дои : 10.1021/bi00444a040 . ПМИД 2554970 .

[18] Лэмб, Тревор Д. (сентябрь 2013 г.). «Эволюция фототрансдукции, фоторецепторов позвоночных и сетчатки» . Прогресс в исследованиях сетчатки и глаз . 36 : 52–119. doi : 10.1016/j.preteyeres.2013.06.001 . hdl : 1885/84715 . ПМИД 23792002 . S2CID 38219705 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

v т и Ферменты
Активность	Активный сайт Связывающий сайт Каталитическая триада Оксианионная дырка Ферментная распущенность Фермент, ограниченный диффузией Кофактор Ферментативный катализ
Регулирование	Аллостерическая регуляция Кооперативность Ингибитор ферментов Активатор ферментов
Классификация	Номер ЕС Суперсемейство ферментов Семейство ферментов Список ферментов
Кинетика	Кинетика ферментов Диаграмма Иди – Хофсти Заговор Хейнса – Вульфа График Лайнуивера – Берка Кинетика Михаэлиса – Ментен
Типы	EC1 Оксидоредуктазы ( список ) EC2 Трансферазы ( список ) EC3 Гидролазы ( список ) EC4- лиазы ( список ) EC5 Изомеразы ( список ) EC6- лигазы ( список ) EC7 Транслоказы ( список )