|
|
|
|---|---|
The PITP family of phosphatidylinositol transfer proteinsJustin Hsuan, Shamshad Cockcroft Genome Biology 2001 2(9): reviews3011.1-3011.8 http://genomebiology.com/2001/2/9/reviews/3011 | |
|
Два семейства белков способны
специфически переносить phosphatidylinositol (PI)
и phosphatidylcholine (PC)в клетках эукариот (Рис. 1),
а именно, PITP и Sec14p семейства. Они не
обладоют сходством последовательностей
или структуры, но эктопически
экспрессируемые PITPs м. восстанавливать sec14
мутанты у дрожжей. Сходным образом в
клетках млекопитающих эктопически
экспрессируемый Sec14p м.б. использован для
компенсации потери PITPs. В то время как Sec14p
изоформы повсеместны у эукариот, то члены PITP
семейства, по-видимому, отсуствуют у
растений и грибов. Очевидно, что
эндогенные члены Sec14p и PITP семейств обычно
обладают разными биологическими ролями
| PITPs bind to PI и PC и transfer them between membrane compartments (for example, the endoplasmic reticulum и plasma membrane, as shown) | Structural relationships within the PITP семейство | Primary, secondary и tertiary structure of PITP? | Functions и location of PITP? и PITP? | Gene organization и evolutionary historyПервый PITP у млекопитающих был идентифицирован как в 35 kDa белок из 271 аминокислот. Теперь известны 3 подсемейства (Рис. 2) и что все изоформы имеют N-терминальный PITP-подобный домен. Несистематическая номенклатура возникла в результате разных методов идентификации изоформ. Все три типа обнаружены у людей: первый представляет малые PITPα и PITPβ белки, которые идентифицированы благодаря своей transfer активности in vitro; второй тип представлен большим rdgBα (называемым также M-RdgB1, Nir2 и PITPnm) и Nir3 (называемым также M-RdgB2) белками; и третьий представлен rdgBβ белком, который имеет промежуточные размеры. Акроним rdgB происходит из retinal degeneration mutant phenotype (type B) у Drosophila, а акроним Nir присходит из взаимодействия с N-терминальным доменом Pyk2 тирозин киназы (Pyk2 N-terminal domain-interacting receptor). Третьий белое, названный Nir1, также идентифицирован, но у него отсутствует PITP домен. Ген млекопитающих rdgBα на 39% идентичен по последовательностям Drosophila rdgB, в ген млекопитающих Nir3 на 46% iидентичен Drosophila rdgB и на 56% rdgBα млекопитающих.Границы между интронами и экзонами не
законсервированы у разных изоформ и различия м.б. увеличены за счет вариаций в сплайсинге мРНК. Секвенирование генома
человека выявило, что PITP хромосомные
локусы располагаются примерно в 11q13 (rdgBα), 12q24 (Nir3), 17q13 (PITPα), 17q23-24 (rdgBβ)
и 22q12 (PITPβ).
Упомянутые выше 5 PITP изоформ идентифицированы у человека, по одному члену из каждых трех подсемейств
обнаружено в геноме Drosophila melanogaster. 3
изоформы идентифицированы в геноме C. elegans,
включая PITPα или β и a rdgBα
или Nir3 гомолог; открытая рамка считывания
третьего гена слишком плохо изучена, чтобы
м.б. классифицировать. Два гена
идентифицированы у Dictyostelium discoideum, оба
из которых, по-видимому. являются PITPα
или β гомологами. Существование
множественных изоформ внутри подсемейств, по-видимому, позднее
приобретение в эволюции, напр.,
последовательноти белков PITPα
и PITPβ крыс более сходны др. с др. (77%
идентичности), чем с любым др. PITP. То же верно и для мышиных rdgBαи Nir3 (56% идентичности) и Dictyostelium PITP1 и PITP2 последовательностями (52% идентичности ). Следовательно, разные
функции PITPα и PITPβ млекопитающих не
обязательно параллельны функциям Dictyostelium PITP1
и PITP2; и в самом деле, субклеточная локализация белков млекопитающих и Dictyostelium не полностью совпадают.
Отсутствие PITPs у растений, грибов и
бактерий согласуется с ролью этих белков
на путях передачи сигналов phosphoinositide,
уникальных для животных. Маловероятно,
однако, что PITPs являются функционально
вырожденными (redundant) in vivo. Напр.,
перекрывание экспрессии PITPα у
мутантов vibrator мыши ведет к
нейродегенерации в присутствии нормальной, повсеместной экспрессии PITPβ. Более того, хотя PITP домен Drosophila rdgBα и
м. восстанавливать фенотип rdgB-null, PITPα
крыс неэффективен. Наконец, по крайней
мере некоторые PITP изоформы, по-видимому, законсервированы между видами, т.к. экспрессия мышиного rdgBα полностью
восстанавливает rdgB-null Drosophila.
Characteristic structural featuresАминокислотные последовательности PITP домена высоко
законсервированы во всех изоформах и не
обнаруживают характерных мотивов с
короткими последовательностями. (Эти
последовательности м.б. обнаружены под Pfam IDs PF02121
или IP_trans , the PRINTS IDs PR00391
или PITransfer или INTERPRO ID IPR001666 ).
Единственная известная кристаллическая
структура в этом семействе - это PITPα ,
связанная с PC. На основании этой структуры,
было предположено. что PITP домены
представлены тремя областями (Рис. 3a),
из которых N-терминальная область представлена липид-связывающей областью, содержащей наиболее законсервированные
остатки. Эта область содержит 8 нитей,
впадину, наиболее антипараллельные β-слои
и две спирали(Рис. 3b), которые окружают связанный липид и
структурно гомологичны START семейству
липид-связывающих белков. Т.к. нет видимого
сходства последовательностей между PITPs
и START белками то, возможно, что эти
семейства эволюировали конвергентно. С-терминальная
спиральная область PITP домена обнаруживает
наибольшую вариабельность последовательностей и м. играть важную
роль в связывании с мембраной. Наконец,
вдающаяся петлевая область, которая
содержит сайт фосфорилирования Ser166, как
предполагается, служит для некоторых межбелковых взаимодействий.
Распределение по PITPα/β
и rdgBβ подсемействам осуществляется в
соотвествии со сходством всего PITP
домена скорее, чем по какому-либо др.
мотиву. Хотя rdgBβ человека имеет короткое
С-терминальное утолщение, изоформа у Drosophila
его не содержит. Напротив, rdgBβ/Nir3
подсемейство дополнительно характеризуется присутствием кислого Ca2+-связывающего домена (Pfam-B_23582 ), 6 короткими гидрофобными областями, предполагаемым metal-ion-связывающим
доменом (Pfam DDHD), и С-терминальным Pyk2-связывающим доменом (Рис.
2). Присутствие Pyk2-связывающего домена в Drosophila rdgB нуждается в изменении сдвига рамки раннее
опубликованных последовательностей.
Гидрофобные области, по-видимому, не
являются трансмембрнаыми сегментами, как
это предполагалось, потому что, хотя rdgBβ
мыши и ассоциирует с определенными
фракциями головного мозга и сетчатки при
центрифугировании, как это делают
мембранные белки, однако он м.б.
экстрагирован с использованием буфера, с высокой конц. солей, высоким pH или денатурирующими агентами. Свойства
последовательностей, обусловливающие
индивидуальные различия изоформ в
каждом подсемействе остаются неясными.
Мутация Thr59, предполагаемого сайта фосфорилирования с помощью protein kinase C в PITPα затрагивает связывание PI и этот остаток полностью законсервирован во всех подсемействах. Моделирование позиции PI в PITPα кристаллической структуре подтверждает, что водородные мостики м. существовать между Thr59 и остатком инозитола. Однако, только после установления пост-трансляционной модификации происходит фосфорилирование Ser166 в PITPα с помощью protein kinase C. Ser166 законсервирован почти во всех PITPs и его фосфорилирование, как полагают, затрагивает субклеточную локализацию. Localization и functionХотя PITPs определяются по своей
способности связыватьодну молекулу или PI
или PC, сродство PITPα к PI в 16-раз выше, чем к
PC. Это отражает низкие уровни PI по
сравнению с PC в клетках и обычно 40% PITPα
и β белков оказываются соединены с PC
по сравнению с 60% с PI. В дополнение к их
липид-связывающим свойствам , PITPs м. переносить PI
или PC из одной мембраны на др. вниз по
концентрационному градиенту, не нуждаясь
в поступлении энергии (Рис. 1).
Т.обр., PITPs растворяют липиды из мембран и м.
облегчать их перемещение в водной фазе.
PITPα и PITPβ экспрессируются повсеместно во всех тканях. В головном мозге PITPα очень многочисленны и м. составлять до 0.1% цитозольных белков головного мозга.. Во время эмбрионального и раннего постнатального периода экспрессия этих генов как для PITPα так и PITPβ обнаруживается широко во всей развивающейся нервной системе. В головном мозге взрослых PITPα экспрессируется почти во всех нейронах, тогда как экспрессия PITPβ ниже, чем на более ранних стадиях во всех областях серого вещества за исключением коры мозжечка. Клеточная конц. PITPα в головном мозге подсчитана равной 5-10μM. Большинство тканей содержат обе изоформы, нов нейтрофилах PITPβ преобладает и клеточная концент. PITPβ в этих клетках подсчитана равной 5-10μM. Внутри клеткок PITPs локализуются в разных компартментах: PITPα присутствует в цитозоле и ядре, а PITPβ локализуется в Golgi и цитозоле, но не в ядре. Снижение уровня PITPα ведет к
нейродегенерации у мышей. Мутация vibrator
возникшая спонтанно в гомозиготном
состоянии вызывает early-onset progressive action tremor,
дегенерацию неронов в стволе головного
мозга и спинном мозге и смерть в молдом
возрасте. Мутация связана с инсерцией
ретропозона intracisternal-A-particle в интрон 4
гена PITPα, она вызывает пятикратное
снижение уровня РНК и белка. Фенотип vibrator
подавлен у гетерозиготных мышей. Мажорный
супрессорный локус, названный Modifier of vibrator-1,
картирован в проксимальной части хромосомы
19, но еще не идентифицирован.
Биохимическая функция PITPα связана с phospholipase-C-обуслдовленной передачей сигналов, регулируемым экзоцитозом, формированием секреторных гранул и секрецией кислоты гастрическими железами. Во всех случаях, PITPα очищенный из цитозоля головного мозга выступал в качестве основного восстанавливающего фактора. Некоторые из этих функций суммированы на Рис. 4. Phospholipase C гидролизует PI bisphosphate, чтобы сформировать вторичные месенджеры (PIP2) diacylglycerol и inositol trisphosphate. Активация G-protein-coupled рецепторов или рецепторов tyrosine kinases ответсвенна за повышение активности phospholipase C, а PITPα идентифицирован как существенный компонент, гарантирующий поставку субстрата для phospholipase C. Анализ регулируемого экзоцитоза также идентифицирован как зависимый от PITPα. В этом случае PITPα функционирует вместе с PI phosphate 5-kinase, указывая тем самым, что синтез PIP2 необходим для этого секреторного пути. Выявлена способность PITPα ассоциировать с классом I
и III PI 3-kinases и type II PI 4-kinas, а для rdgBα способность ассоциироватьс type III PI 4-kinase. Кроме того, rdgBα и Nir3 ассоциируют с Pyk2, Ca2+-dependent protein tyrosine kinase. Физиологичекая рол этих взаимодействия
пока неясна.
У мух фототрансдукция зависит от сигнального
пути G-protein-coupled phospholipase C, а белок rdgB
существенен для фототрансдукции. Ген Drosophila rdgB
связан или с аномальной физиологией
фоторецепторов или дегенерацией сетчатки.
Мутантыe rdgB обладают дефектной
реакцией на свет и их фоторецепторы
значительно дегенерируют, особенно на
свету. Ген rdgB кодирует 160 kDa белок,
который обнаруживается в сетчатке,
оптических долях, глазках и центральном
головном мозге. В фоторецепторных
клетках, которые состоят из наборов плотно
упакованных микроваорсинок, называемых
рабдомерами и из нерабдомерных тел клеток,
RdgB локализуется в subrhabdomeric cisternae (SRC),
которые являются расширениями эндоплазматического ретикулема, который
действуют как внутриклеточные хранилища Ca2+ и функционируют для высвобождения белковых компонентов и
фосфолипидов, таких как rhodopsin
и PI в рабдомеры. SRC и фоторецепторные
мембраны находятся в тесной близости,
разделены пробелом всего в 10 nm, который м.б.
еще уже, достаточным для переноса PI между
оппозитными мембранами с помощью
цитоплазматического домена белка rdgB.
Гомологи rdgB у мыши и человека строго
экспрессируются в сетчатке, обонятельных
луковицах и головном мозге, на среднем
уровне он экспрессируется в др. тканях,
включая легкие, печень, почки, селезенку.
rdgBα млекопитающих м. фенотипически
нормализовать мутантов Drosophila rdgB. Ген rdgBα
человека картируется в хромосоме 11q13.1,
области, как известо, содержащей локусы
ретинопатий, включая Best disease
и Bardet-Biedl syndrome-1. Более того, у мышей
драматическое повышение экспрессии rdgBα,
обнаруживается на 17 беременности,
когда развитие головного мозга на максимуме.
Nir3 млекопитающих селективно
экспрессируется в нейронах с очень
высокими уровнями в сетчатке и dentate gyrus
гиппокампа у мышей. В отличие от rdgBα, Nir3
восстанавливает только дегенерацию
фоторецепторов, не восстанавливая
полностью восприятия света, это указывает
на функиональные отличия между двумя
гомологами RdgB.
FrontiersБелки с PITP доменом относительно небольшое семейство PI-связывающих белков, которое относится к большому
сверхсемейству белков, которые связывают
гидрофобные лиганды. Белки PITP играют
центральную роль в мембранном переносе и
передаче сигналов, но как они это
осуществляют пока неясно. PITPs, по-видимому,
координируют уровни phosphoinositides в разных
мембранных компартментах, когда высокие
уровни этих липидов необходимы как для
переноса, так и передачи сигналов.
|