Boltozat (organella)

A Vault vagy citoplazmatikus ribonukleoprotein boltozat (  angolul  -  "arch") egy eukarióta organellum , kémiailag egy ribonukleoprotein . Elektronmikroszkóp alatt ezek az organellumok egy 39 - szeres szimmetriatengelyű katedrális kupola boltozatára emlékeztetnek [1] . A trezor funkciói kevéssé ismertek, de eddig bizonyíték van arra, hogy részt vesznek a különböző sejtjelátviteli útvonalakban . Lehetséges, hogy a Vault részt vesz a rák kemoterápiával szembeni multidrog rezisztencia jelenségének kialakulásában . Sokféle eukarióta sejtben megtalálhatók, és az eukarióták között erősen konzerváltak [2] .

Tanulmánytörténet

A Vaultot 1986-ban Nancy Kedersha sejtbiológus és Leonard Rome biokémikus fedezte fel és izolálta sikeresen patkánymájból [ 3 . A boltozatokat eredetileg tojásdad részecskéknek írták le, amelyek szennyezik a klatrinnal bevont vezikulák készítményeit . A részecskéket sűrűséggradiens centrifugálással és agaróz gélelektroforézissel izoláltuk . _ Kiderült, hogy szimmetrikus hordó alakú szerkezetük van, hasonlóan egy gótikus katedrális boltozatához, amelyről a részecskék a nevüket kapták (az angol boltozat - boltozat szóból). A boltozatot eredetileg 35 × 35 × 65 nm³ -re becsülték, de később krioelektronmikroszkópos technikákkal 41 × 41 × 72,5 nm³- re finomították. Így a boltozatok a valaha leírt legnagyobb citoszolos , nem ikozaéderes nukleoproteinek. A boltozat szerkezetét tovább tanulmányozták röntgendiffrakciós elemzéssel és mágneses magrezonanciával . 2009-ben egy patkánymáj boltozatának szerkezetét határozták meg 3,5 Å felbontással [4] .      

boltozat szerkezete

Vault - a legnagyobb ribonukleoprotein részecskék. Méretüket tekintve körülbelül háromszor nagyobbak, mint a riboszómák , és körülbelül 13 MDa -t nyomnak [5] . A boltozatok túlnyomórészt fehérjékből állnak, ezért standard módszerekkel nehezen festhetők. A boltozat fehérje komponensét a vault major protein (MVP) (95,8 kDa) számos molekulája képviseli , amely a részecske teljes fehérjéjének több mint 70%-át teszi ki [6] , valamint a VPARP (~192) kDa) és TEP1 (~291 kDa). Ezenkívül a boltozat 86-141 nukleotid hosszú boltozat-RNS-t ( vRNS ) tartalmaz [7] . Az RNS teljes tömegét a boltozatban ~460 kDa-ra becsülik [4] .

A boltozati részecske körülbelül 670 Å hosszúságú, és legnagyobb átmérője ~400 Å. A fal csak 15–25 Å vastag; benne egy kb. 620 Å hosszúságú és ~350 Å maximális átmérőjű üreg található. A részecske két szimmetrikus félből áll, amelyek mindegyike három részből áll: a testből, a vállrészből és a sapkából. A törzs a 9 MVP szerkezeti ismétlődő domén 78 másolatát tartalmazza (mindegyik felében 39 kópia), a kúpos részt az R1 szerkezeti ismétlődő domének alkotják. A vállrész magassága ~25 Å, átmérője ~315 Å. A részecske mindkét végén kupak találhatók, és mindegyik a helix-cap domén 39 másolatát tartalmazza ( aminosav aminosavak MVP az Asp647-től Leu802-ig) és a gyűrűsapka domént (Gly803-tól Ala845-ig). A kupak magassága ~155 Å, a sapka-gyűrű domén belső és külső átmérője pedig eléri a ~50 Å-t és ~130 Å-t [4] .

Az MVP 9 ismétlődő szerkezeti domént (R1-R9) tartalmaz. Az R8 és R9 tartományok öt, S1, S2, S3, S4 és S5 jelölésű antiparallel β-lapból állnak. A fennmaradó hét domén két további β-lapot (S2a és S2b) tartalmaz az S2 és S3 közé. Egyes jelentések szerint az R1 az R8-hoz és az R9-hez hasonlóan öt antiparallel β-lemezből áll, míg az R2-nek két hosszabb antiparallel levél van az S2 és S3 között. Minden tartománynak van egy hidrofób magja . Az aminosavszekvenciák elemzése azt mutatta, hogy R3 és R4 két EF kéz domént tartalmazhat . További vizsgálatok kimutatták, hogy az MVP kölcsönhatásba lép más fehérjékkel , például a PTEN-nel, a feltételezett két EF kézi doménen keresztül Ca 2+ -ionok részvételével , azonban nem minden kísérleti adat egyezik ezzel [4] .

A vállrégió (Pro520-tól Val646-ig) egyetlen α/β globuláris doménná redukálódik, az egyik oldalon 4 antiparallel béta-lappal, a másikon pedig négy α-hélixtel . Úgy tűnik, a váll területén vannak olyan elemek, amelyek felelősek a boltozat és a lipidtutaj közötti kölcsönhatásért [ 4] .

A cap-hélix domén egy 42 menetes α-hélixté tekercselődik, amely egy szupertekercsbe illeszkedik. A kupak-gyűrű domén a kupak végén található, és U-alakú szerkezetet alkot, mindkét végén spirális elemekkel [4] .

A vRNS-ek a boltozat részecskék végein vannak lezárva. Úgy tűnik, hogy a TEP1 fehérje a kupak lapos részének tetején található, ahol a WD40 ismétlődő régiója gyűrűs β-propeller szerkezetet alkot . A TEP1 N-terminális része 4 tisztázatlan funkcionalitású ismétlődő domént, egy RNS - kötő domént és egy ATP / GTP - kötő domént tartalmaz. A TEP1-ről kimutatták, hogy kölcsönhatásba lép a telomeráz RNS -sel és különböző humán vRNS-ekkel. A VPARP-k elsősorban a tároló fejlécében találhatók [4] .

Az alábbi táblázat összefoglalja a vault [8] összetevőinek alapjait .

Funkciók

A boltozat széles elterjedése és evolúciós konzervativizmusuk arra utal, hogy ezeknek az organellumoknak fontos biológiai funkciói vannak, bár nagyon keveset tudunk róluk. A protista sejtekben a boltozat eredeti funkcióiról semmit sem tudunk. Számos javaslat született azonban a boltozat emlőssejtekben betöltött szerepével kapcsolatban [4] . Különösen azt jegyezték meg, hogy a boltozat különösen nagy mennyiségben fordul elő a test tisztításához kapcsolódó szövetekben és sejtekben, például a makrofágokban [9] .

Feltételezték, hogy a boltívek a nukleáris póruskomplexek fő "dugójaként" szolgálnak . A boltozat elleni antitestekkel végzett immunfluoreszcencia analízis kimutatta , hogy az izolált patkánymáj sejtmagjaiban a boltozat a nukleáris membrán felszínén található . Az arannyal konjugált másodlagos antitestekkel végzett immunelektronmikroszkópos vizsgálat kimutatta, hogy az izolált magokban a boltozatok nukleáris póruskomplexekhez kapcsolódnak. Ezért lehetséges, hogy a Vault részt vehet a nukleocitoplazmatikus transzportban [4] .

2005-ben felmerült, hogy a humán hvg1 és hvg2 vRNS-ek kötődhetnek a mitoxantron rákellenes gyógyszerhez , valamint fontos szerepet játszhatnak a mérgező vegyületek exportjában. Egy másik tanulmány azonban kimutatta, hogy az MVP gén megszakítása egerekben nem vezetett fokozott érzékenységhez a citotoxikus gyógyszerekkel szemben. Ezenkívül a vad típusú és MVP-hiányos egerek ugyanazt a választ mutatták a doxorubicinre . Egy másik tanulmány kimutatta, hogy az MVP kis interferáló RNS -ekkel történő leütése nem befolyásolta a doxorubicin eltávolítását a sejtmagból. Ezenkívül az MVP expressziójának fokozása a kemoreszponzív sejtekben nem növelte a gyógyszerrezisztenciát. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy az MVP és a Vault nem járul hozzá közvetlenül a citosztatikus szerekkel szembeni rezisztenciához [4] .

Számos közelmúltbeli tanulmány kimutatta a boltozat szerepét a különböző sejtjelátviteli útvonalakban , és az ilyen útvonalak száma folyamatosan növekszik. Élesztő kéthibrid rendszer alkalmazásával kimutatták , hogy az MVP képes kötődni a PTEN -hez , egy tumorszuppresszor fehérjéhez , amely defoszforilálja a foszfatidil-inozitol-3,4,5-trifoszfátot , negatívan szabályozva a foszfoinozitid-3-kináz / fehérje működését. kináz B jelátviteli útvonal . A PTEN N-terminális foszfoinozitid kötő motívuma és C2 doménje kölcsönhatásba léphet az MVP-vel. Az MVP a tirozin-foszfatáz SHP-2 szubsztrátja , amely egy SH2 domént (Src homology 2) tartalmaz, és scaffold proteinként szolgál az epidermális növekedési faktor (EGF) jelátviteli útvonalában . Kiderült, hogy az SHP-2 SH2 doménjei kötődnek a tirozin aminosavaknál foszforilált MVP-hez , és ezt a kötődést az EGF fokozza. Így az MVP vázfehérjeként működik az SHP-2 és az extracellulárisan szabályozott kinázok számára, és az MVP foszforilációjának SHP-2-n keresztüli szabályozása fontos lehet a sejtek túlélése szempontjából. Ezenkívül humán gyomorsejtekben és 253J gyomorráksejtekben kölcsönhatást mutattak ki az MVP és az Src SH2 doménje között . Az immunprecipitáció és az immunfluoreszcens analízis kimutatta, hogy az EGF fokozta az MVP és az Src közötti kölcsönhatást, és ezt az Src inhibitor PP2 blokkolta . Az EGF emellett serkenti az MVP mozgását a sejtmagból a citoszolba és a citoplazma perinukleáris zónájába , ahol az MVP az Src-vel kolokalizálódik. Az MVP szerepét feltételezik az Src-közvetített jelátviteli kaszkádok új szabályozójaként. Az MVP-t interferon-γ-val (IFN-γ) indukálható fehérjének találták : az IFN-γ hatására szignifikánsan megemelkedett az mRNS és maga az MVP fehérje szintje. Ez az aktiválás részt vesz a STAT1 és az IFN-γ aktivált hely kölcsönhatásában a proximális MVP promoterben . Ezenkívül az IFN-γ jelentősen megnövelte az MVP transzláció sebességét. Kimutatták, hogy a Vault kölcsönhatásba léphet az ösztrogénreceptorokkal , ha ösztradiolhoz kötődik, és a receptorokkal együtt átkerül a sejtmagba [10] . A legfrissebb adatok szerint a Vault és az MVP kölcsönhatásba léphet az inzulinszerű növekedési faktor 1 -vel , a HIF1A -val , és hatással lehet két fő DNS-kettősszál-szakadás-javító folyamatra is : a nem homológ végösszekötődésre és a homológ rekombinációra [11] . Így a boltozat-részecskék a kölcsönhatás központi platformjaként működnek a sejtes jelátviteli kaszkádokban [4] .

A VRARP, egy másik fehérje, amely a boltozat részét képezi, egy poli(ADP-ribóz) polimeráz [6] .

A boltozatok szokatlan szerkezete és egyedi dinamikája, valamint nagy mérete arra utal, hogy a boltozatok valószínűleg természetes nanokonténerként működnek a xenobiotikumok , nukleinsavak és fehérjék számára. Folyamatban van a rekombináns boltozatok fejlesztése, különös tekintettel a páncélterem felületi sejtreceptorokkal való kölcsönhatására és a különféle rakományok bennük való megkötésére [12] .

Az alábbi táblázat összefoglalja azokat az alapvető információkat, amelyekkel a fehérjeboltozat kölcsönhatásba lép [8] .

Klinikai jelentősége

Rák

Az 1990-es években arról számoltak be, hogy a vault közvetlenül részt vehet a rákos sejtek multidrog rezisztenciájának kialakulásában. Kiderült, hogy a többszörös rezisztenciával társult és LRP-ként ismert fehérje ( angolul Lung Resistance-related Protein - protein asszociált többszörös rezisztenciával a tüdőben ) valójában egy emberi MVP. Egy másik tanulmányban összefüggést mutattak ki a boltozat és a multidrog rezisztencia között az SW-620 humán vastagbélrák sejtekben. Az SW-620 nátrium-butiráttal történő kezelése növelte az MVP expresszióját, és rezisztenciát eredményezett doxorubicinnel, vinkrisztinnel , gramicidin D-vel és paklitaxellel . A sejtek MVP-specifikus ribozimekkel történő transzfekciója gátolta ezeket az aktivitásokat [4] .  

A vRNS-ek szintén hozzájárulhatnak a multidrog rezisztencia kialakulásához. 2009-ben megállapították, hogy a nem kódoló vRNS-ek kis vRNS-ekké (svRNS-ek) dolgozhatók fel Dicer részvételével , amelyek aztán RNS-interferencián keresztül működnek, mint a miRNS -ek [13] : az svRNS-ek az Argonaute család egyik fehérjéhez kötődnek, és negatívan szabályozzák . a CYP3A4 expressziója , egy enzim , amely részt vesz a xenobiotikumok metabolizmusában [14] .

Az utóbbi években egyre gyűlnek a bizonyítékok arra vonatkozóan, hogy a boltozat a sejtben lévő DNS-javító rendszerek működésével függ össze, így nemcsak a kemoterápiával , hanem a rák sugárterápiájával szembeni érzéketlenséghez is hozzájárulhatnak [11] .

Fertőző betegségek

2007-ben két kutatócsoport arról számolt be, hogy a trezor szerepet játszik a fertőzésekre adott válaszban . Kiderült, hogy az Epstein-Barr vírussal fertőzött humán B-sejtekben megnövekedett vRNS szinteket figyeltek meg, amelyek részt vehetnek a vírus védekezésében és/vagy transzport mechanizmusaiban. Ezenkívül kimutatták, hogy amikor az emberi tüdőhámsejteket megfertőzték a Pseudomonas aeruginosa baktériummal , az MVP gyorsan bekerült a lipid tutajokba , ahol részt vesz a veleszületett immunválaszt fokozó mechanizmusokban . Az MVP -/- egerekben 3,5-szer több baktérium volt gramm tüdőszövetben, mint a vad típusú egerekben, és nagyobb valószínűséggel pusztultak el P. aeruginosa fertőzésben [4] .

Evolúciós konzervativizmus

A boltozatot emlősökben , kétéltűekben , madarakban és a Dictyostelium discoideum iszappenészben írták le [2] . A Pfam adatbázisból származó információk szerint a boltozatot alkotó fehérjék homológjait azonosították a Paramecium tetraurelia , kinetoplasztidák , számos gerinces , tengeri kökörcsin Nematostella vectensis , puhatestűek , Trichoplax adhaerens , laposférgek (különösen Echino15coccucctes granuloschoanuso1co ) esetében . ] .

Számos eukarióta szervezetben nem találták a boltozat fehérjék homológjait. Köztük olyan modellszervezetek , mint az Arabidopsis thaliana növény , a Caenorhabditis elegans fonálféreg , a Drosophila melanogaster gyümölcslégy és a Saccharomyces cerevisiae pékélesztő [16] . E kivételek ellenére azonban az élőlények közötti nagyfokú boltozat-hasonlóság arra utal, hogy ezeknek az organellumoknak van némi evolúciós jelentősége [2] . A legfrissebb adatok szerint az eukarióták utolsó közös ősének volt boltozata, de később számos csoportban elvesztek, köztük gombákban , rovarokban és esetleg növényekben [9] .

Jegyzetek

1. ↑ Tanaka H. , Kato K. , Yamashita E. , Sumizawa T. , Zhou Y. , Yao M. , Iwasaki K. , Yoshimura M. , Tsukihara T. A patkánymáj boltozatának szerkezete 3,5 angström felbontásnál.  (angol)  // Tudomány (New York, NY). - 2009. - Vol. 323. sz. 5912 . - P. 384-388. - doi : 10.1126/tudomány.1164975 . — PMID 19150846 .
2. ↑ 1 2 3 Kedersha NL , Miquel MC , Bittner D. , Rome LH Vaults. II. A ribonukleoprotein szerkezetek erősen konzerváltak a magasabb és alacsonyabb eukarióták között.  (angol)  // The Journal of Cell Biology. - 1990. - 1. évf. 110, sz. 4 . - P. 895-901. — PMID 1691193 .
3. ↑ Kedersha NL , Rome LH Egy új ribonukleoprotein részecske izolálása és jellemzése: a nagy struktúrák egyetlen faj kis RNS-t tartalmaznak.  (angol)  // The Journal of Cell Biology. - 1986. - 1. évf. 103. sz. 3 . - P. 699-709. — PMID 2943744 .
4. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Tanaka H. , Tsukihara T. Nagy nukleoprotein részecskék, boltozatok szerkezeti vizsgálatai.  (angol)  // Proceedings of the Japan Academy. B sorozat, Fizikai és biológiai tudományok. - 2012. - Kt. 88, sz. 8 . - P. 416-433. — PMID 23060231 .
5. ↑ Kedersha NL , Heuser JE , Chugani DC , Rome LH Vaults. III. A boltozati ribonukleoprotein részecskék nyolcszögletű szimmetriájú virágszerű struktúrákká nyílnak.  (angol)  // The Journal of Cell Biology. - 1991. - 1. évf. 112. sz. 2 . - P. 225-235. — PMID 1988458 .
6. ↑ 1 2 Kickhoefer VA , Siva AC , Kedersha NL , Inman EM , Ruland C. , Streuli M. , Róma, LH A 193 kD méretű vault protein, a VPARP, egy új poli(ADP-ribóz) polimeráz.  (angol)  // The Journal of Cell Biology. - 1999. - 1. évf. 146. sz. 5 . - P. 917-928. — PMID 10477748 .
7. ↑ van Zon A. , Mossink MH , Scheper RJ , Sonneveld P. , Wiemer EA A boltozatkomplexum.  (angol)  // Sejt- és molekuláris élettudományok : CMLS. - 2003. - 1. évf. 60, sz. 9 . - P. 1828-1837. - doi : 10.1007/s00018-003-3030-y . — PMID 14523546 .
8. ↑ 1 2 Berger W. , Steiner E. , Grusch M. , Elbling L. , Micksche M. Vaults and the major vault protein: novel roles in signal pathway Regulation and immunity.  (angol)  // Sejt- és molekuláris élettudományok : CMLS. - 2009. - Vol. 66. sz. 1 . - P. 43-61. - doi : 10.1007/s00018-008-8364-z . — PMID 18759128 .
9. ↑ 1 2 Daly TK , Sutherland-Smith AJ , Penny D. A fő boltozati fehérje in silico feltámasztása arra utal, hogy a modern eukarióták ősei.  (angol)  // Genombiológia és evolúció. - 2013. - Kt. 5, sz. 8 . - P. 1567-1583. - doi : 10.1093/gbe/evt113 . — PMID 23887922 .
10. ↑ Abbondanza C. , Rossi V. , Roscigno A. , Gallo L. , Belsito A. , Piluso G. , Medici N. , Nigro V. , Molinari AM , Moncharmont B. , Puca GA A boltozati részecskék kölcsönhatása az ösztrogén receptorral in az MCF-7 emlőrák sejt.  (angol)  // The Journal of Cell Biology. - 1998. - 1. évf. 141. sz. 6 . - P. 1301-1310. — PMID 9628887 .
11. ↑ 1 2 Lara PC , Pruschy M. , Zimmermann M. , Henríquez-Hernández LA MVP és boltívek: szerep a sugárzási reakcióban.  (angol)  // Sugárzás onkológia (London, Anglia). - 2011. - 20. évf. 6. - P. 148. - doi : 10.1186/1748-717X-6-148 . — PMID 22040803 .
12. ↑ Llauró A. , Guerra P. , Irigoyen N. , Rodríguez JF , Verdaguer N. , de Pablo PJ A boltozati részecskék mechanikai stabilitása és reverzibilis törése.  (angol)  // Biofizikai folyóirat. - 2014. - Kt. 106. sz. 3 . - P. 687-695. - doi : 10.1016/j.bpj.2013.12.035 . — PMID 24507609 .
13. ↑ Persson H. , Kvist A. , Vallon-Christersson J. , Medstrand P. , Borg A. , Rovira C. A multidrug rezisztenciához kötött vault részecske nem kódoló RNS-e több szabályozó kis RNS-t kódol.  (angol)  // Természeti sejtbiológia. - 2009. - Vol. 11, sz. 10 . - P. 1268-1271. - doi : 10.1038/ncb1972 . — PMID 19749744 .
14. ↑ Entrez gén: citokróm P 450 . (határozatlan)
15. ↑ Major Vault Protein ismétlődő Pfam család (a link nem érhető el) . Letöltve: 2015. szeptember 30. Az eredetiből archiválva : 2012. június 16. (határozatlan) 
16. ↑ Rome L. , Kedersha N. , Chugani D. Boltozatok feloldása: funkciót kereső organellumok.  (angol)  // Trends in cell biology. - 1991. - 1. évf. 1, sz. 2-3 . - P. 47-50. — PMID 14731565 .

Irodalom

• Rome LH , Kickhoefer VA A boltozati részecske platformtechnológiaként való fejlesztése.  (angol)  // ACS nano. - 2013. - Kt. 7, sz. 2 . - P. 889-902. doi :/ nn3052082 . — PMID 23267674 .
• Reis EV , Pereira RV , Gomes M. , Jannotti-Passos LK , Baba EH , Coelho PM , Mattos AC , Couto FF , Castro-Borges W. , Guerra-Sá R. A fő boltozati fehérje jellemzése az emberi életciklus során parazita Schistosoma mansoni.  (angol)  // Nemzetközi parazitológia. - 2014. - Kt. 63. sz. 1 . - P. 120-126. - doi : 10.1016/j.parint.2013.10.005 . — PMID 24148287 .
• Casañas A. , Querol-Audí J. , Guerra P. , Pous J. , Tanaka H. , Tsukihara T. , Verdaguer N. , Fita I. A boltozat architektúrájának és dinamikájának új jellemzői, amelyeket újszerű finomítás tár fel a deformálható rugalmas hálózati megközelítés segítségével .  (angol)  // Acta crystallographica. D. szakasz, Biológiai krisztallográfia. - 2013. - Kt. 69. sz. 6. pont . - P. 1054-1061. - doi : 10.1107/S0907444913004472 . — PMID 23695250 .

Linkek

• Vault webhely (UCLA) . (határozatlan)
• MeSH Vault+Ribonucleoprotein+Particles