Peter Dallos & Bernd Fakler
Nature Reviews Molecular Cell Biology 3, 104 -111 (2002)

Prestin, трансмембранный белок, обнаруженный в наружных волосковых клетках улитки, представляет собой новый тип молекулярных моторов. В противопложность моторам, базирующимся на энзиматической активности, prestin является непосредственным конвертором напряжения в силу (voltage-to-force), который использует цитоплазматические анионы как внешние (extrinsic) voltage сенсоры и м. опрерировать со скоростью микросекунд. Т.к. prestin обеспечивает изменения длины наружных волосковых клеток в ответ на изменения мембранного потенциала, то он м.б. ответственен за амплификацию звука в органе слуха млекопитающих.

Ухо млекопитающих характеризуется процессом механической амплификации (умножения) для достижения чрезвычайной чувствительности и избирательности звуковых частот. Амплификация зависит от одного из двух типов сенсорных рецепторных клеток улитки, называемых наружными волосковыми клетками (outer hair cells (OHC)).

Два механизма претендовали на объяснение амплификации. Согласно одному, подобно тому как этот механизм оперирует у не млекопитающих позвоночных, петля обратной связи должна быть добавлена с помощью механотрансдуцирующих каналов, которые локализуются в стереоцилиях. Согласно другого, electromotility of OHCs связана с voltage-зависимыми изменениями длины клеток, которые и д.б. amplifier процесса.

Было предположено, что OHC electromotility управляется с помощью специализированных моторных молекул, которые локализуются на клеточной мембране. Недавно, на базе subtractive клонирования motile OHCs и неподвижных внутренних волосковых клеток выделена кДНК, которая специфически экспрессируется в OHCs и была названа Prestin.

Prestin является членом вновь открытого семейства генов, оно кодирует anion-transporter-related белки и названо solute carrier family (SLC)26. Белок prestin, однако, не является, по-видимому, транспортером анионов; это полипептид в 744 остатка с мол.в. 80 kDa.

Гетеролигически экспрессируемый в линиях клеток млекопитающих prestin обнаруживает все признаки OHC моторного белка - он наделяет трансфицированные клетки нелинейным capacitance и prestin-экспрессирующие клетки становятся электромобильными (electromotile). Экспрессия гена и белка престина параллельна во время развития, что предполагалось ранее установленной electromotility of OHCs.

Функциональные свойства престина подтверждают концепцию одиночного бека, действующего как электромеханический передатчик в OHCs.

Prestin является новым типом биологических моторов. Он полностью отличается от хорошо известных классических клеточных моторов, тем, что функционирует не на базе энзиматических процессов, а результате прямого превращения напряжения в смещения. Действие престина также на порядок величин быстрее, чем действует любой др. клеточный моторный белок, он действует микросекунды.

Функциональный анализ мутантных форм престина покзал, что белок использует extrinsic voltage sensor: моновалентные анионы, которые доступны в цитоплазме. Доступные анионы, в принципе Cl-, связываются с сайтом и транслоцируются поперек мембраны в ответ на изменения трансмембранного напряжения (voltage). Эта транслокация запускает конформационные изменения в белке и в результате изменяется область клеточной поверхности и это ведет к изменению длины клетки.

Создается впечатление, что престин действует как неполный транспортер. Он закачивает анионы через клеточную мембрану, но не позволяет им диссоциировать и убегать во внеклеточное пространство.

Thomas Weber, Ulrike Zimmermann, Harald Winter, Andreas Mack, Iris Köpschall, Karin Rohbock, Hans-Peter Zenner, and Marlies Knipper
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Vol. 99, Issue 5, 2901-2906, March 5, 2002

Наиболее важным признаком outer hair cells (OHCs) является их способность изменять свою длину при высоких акустических частотах и тем самым обеспечивать совершенную чувствительность и способность различать частоты в слуховом органе млекопитающих. Prestin, белок, родственный sulfate/anion транспортным белкам, по-видимому, является в OHC моторной молекулой. В кодирующей области гена престина идентифицирован thyroid hormone (TH) response element (TRE) в первом интроне выше ATG кодона престина. Prestin^TRE связывает TH рецепторы как мономер или возможно гетеродимер и обеспечивает triiodothyronine-зависимую трансактивацию гетерологического промотора в ответ на triiodothyronine рецепторы α и β. Retinoid X receptor-α оказывает дополнительный эффект. Экспрессия мРНК престина сильно снижается в отсутствии TH. Хотя белок престин обычно перераспределяется в латеральных мембранах перед началом hearing, незрелый паттерн распределения белка престина по всей мембране OHC обнаруживается у hypothyroid крыс. Прдеполагается, что TH является первыи транскрипционным регулятором моторного белка престина и действует как прямой или непрямой модулятор субклеточного распределения престина.

(Рис.1.) | Localization of prestin mRNA and protein in cross sections of rat cochleae at P7 and P12 using in situ hybridization and immunohistochemistry.

(Рис.2.) | Position of TRE^Prest within the gene.

(Рис.3.) | DNA binding of TRs to TRE^Prest analyzed by EMSA.

(Рис.4.) | TRE^Prest confers T3 responsiveness to a heterologous promoter.

(Рис.5.) | Expression of prestin mRNA in rat cochleae using in situ hybridization (A and C) and Northern blot (B).

(Рис.6.) | Prestin protein expression and distribution in rat cochleae using laser confocal microscopy (A) and immunohistochemistry (B and C).

Outer hair cells (OHCs) обладают уникальным подвижным фенотипом, который реагирует на акустические частоты. Эта electromotility , как полагают, базируется на зависимых от эл. напряжения (voltage-dependent) конформационных изменениях моторных белков, которые плотно упакованы в латеральных частях плазматической мембраны. Рrestin был идентифицирован как предполагаемый моторный белок. У крыс и грызунов gerbils, структурное и функциональное созревание органа Корти и появление OHC electromotility происходит в течение первых двух недель после рождения параллельно с началом экспрессии престина. Изучение регуляции транскрипции этого гена, так же как и его выше - и нижестоящих каскадов м. пролвить новый свет на причины врожеднных и благоприобретенных нарушений слуха и глухоту. Анализировали 5'-фланкирующую область гена престина крыс и анализировали экспрессию мРНК и белка престина в отсутствие и присутствие тироидного гормона (TH), детерминанта регуляции престина.

Данные полученные в этом исследовании указывают на то, что TH является первым транскрипционным регулятором гена престина и на то, что существует точка еще неоткрытого онтогенетического перераспределения престина в направлении латеральных частей мембран под контролем TH. Элемент TRE выявлен в гене престина крыс выше кодона, инициирующего трансляцию (ATG). Предполагается наличие двух нетранслируемых экзонов выше экзона, содержащего ATG кодон. Сходная конфигурация гена престина была предположена недавно и у мышей. Т.о., TRE^Prest крыс, как ожидается, локализован во втором интроне, в котором дополнительный предполагаемый TRE локализуется еще несколько выше. Т.к. множественные TREs, как известно, действуют сочетанно, то нельзя исключить, что и др. описанный TRE в положении -416 также функционален in vivo. Интересно, что дополнительные предполагаемые TREs располагаются также в первых 600 bp гомологичного интрона в гене престина у человека. Хотя большинство описанных TREs оказывают позитивные и негативные эффекты в разных положениях выше стартовой точки трпнскрипции, количество TREs, обнаруживаемых в интронах, растет. Примеры описаны для RGH, NCAM, Pep2, NRGN и CPT-1.

TRE^Prest, обнаруженный в гене престина, содержит два полу-сайта, которые, как сообщается, распозанаются TR и родственными рецепторами из семейства рецепторов стероидных гормонов. Эти полу-сайты связывают TR как мономерные или гомодимерные и гетеродимерные комплексы с др. белками, такими как RXR и retinoic acid receptor (RAR). В данном исследовании характеристика, TRE^Prest осуществленная с помощью EMSA competition assays мотивов из последовательностей дикого типа и мутантных, указывает на высокий приоритет 3' октамерной последовательности для TR, если он связывается в качестве мономера. Сходные свойства связывания мономеров обнаружены и в др. исселдованиях. Более того, интеграция 5' hexamer мотива TRE^Prest , как установлено, является предварительным условием для презумптивного связывания гомодиерных и гетеродимерных рецепторов.

Исследования трансактивации TRE^Prest выявили чувствительность к T3 у TRα или TRβ, это подтверждает мнение о потенциальной мономерной трансактивации с помощью TRα и TRβ. Активация гена через посредство октамерного элемента инициируется или с помощью мономерного TR независимо от RXR или гетеромерного TR комплекса с RXRα человека. И экспрессия гена myelin basic protein (MBP) и гена prestin усиливается (up-regulated) во время постнатального периода параллельно с увеличением уровня TH в плазме во время пика экспрессии TRβ. TRα, как известно, присутствует перед и во время постнатального периода у грызунов, м. оккупировать TRE^Prest связывающие сайты в OHC до экспрессии prestin, точно также как это предполагается для MBP гена. Увеличение T3 во время постнатального периода происходит параллельно с последующим up-regulation экспрессии TRβ и м.б. обусловлено диссоциацией TRα и замещением его TRβ из-за его более высоких концентраций. В соответствии с регуляцией MBP гена строгое связывание TRα мономеров коррелирует обратным образом с трансактивацией с помощью TRβ/RXR гетеродимеров, последние индуцируют более высокий потенциал трансактивации по сравнению с TRα рецепторами только. Рассматривая сходство между MBP и prestin, авт. предположили, что T3-зависимая трансактивация престина, вызываемая с помощью TRβ с или RXR или еще неохарактеризованным гетеродимерным партнером. Это предположение согласуется с тем фактом, что ядерные pellet экстракты из постнатальных улиток сдвигаются TRE^Pres до презумптивной гетеродимерной позиции. Учитывая, что TRβ мутантные мыши глухи несмотря на нормальную морфологию улиток д.б. проанализированы в отношении дополнительных obvious изменений свойств K⁺ каналов, экспрессия престина м.б. изменена у TRβ или TRβ/TRα двойных мутантов мышей.

В данном исследовании четко показано, что уровни мРНК и белка престина снижены избирательно в отсутствии TH во время первой постнатальной недели, но экспрессия гена престина достигает соотв. уровней в контроле в конце 4-ой недили постнатального развития, как и др. TH-регулируемые гены. Этот феномен м.б. связан или с транскрипционными факторами или локальной компенсацией уровней T3 с помощью типа 2 deiodinase. Отсутствие TH в течение более чем 3-х недель, однако, все еще ассоциировано с распределением незрелого белка престина по всей плазматической мембране. Остается выяснить, является перераспредение престина в латеральные части мембраны управляемым в первую очередь за счет поддержки (scaffolding) белка престина самим собой или вторично за счет scaffolding др. мембранными белками. Такие мембранные белки м.б. ионными каналами, напр., KCNQ4 белками калиевых каналов, которые постепенно занимают базальные части OHCs . Т.о., модель = hypothyroid in vivo м. помочь проанализировать роль упаковки (compactness) белка престина в OHC для motile функции.

				J. Bryant, R. J Goodyear, and G. P Richardson Sensory organ development in the inner ear: molecular and cellular mechanisms Br. Med. Bull., October 1, 2002; 63(1): 39 - 57. [Abstract] [Full Text] [PDF]

Сайт создан в системе uCoz

PRESTIN, A NEW TYPE OF MOTOR PROTEIN