| γ-SECRETASE, NOTCH, Aβ AND ALZHEIMER'S DISEASE: WHERE DO THE PRESENILINS FIT IN? Sangram S. Sisodia & Peter H. St George-Hyslop Nature Reviews Neuroscience 3, 281 -290 (2002) |
(Рис.1.) | The neuropathology of Alzheimer's disease.
(Рис.2.) | Schematic of the proteolytic events and cleavage products that are generated during the processing of APP.
(Рис.3.) | Topology of the presenilin proteins.
(Рис.4.) | Comparisons of proteolytic cleavage sites in APP and Notch.
(Приложение) | The amyloid cascade
Исследования протеолитического процессинга amyloid precursor protein (APP) проливают свет как на патогенез б-ни Alzheimer's, так и на необычную форму регулируемого протеолитического процессинга в заключенных в мембрану доменах у APP, Notch и ErbB4. Большинство энзимов, отвечающих за α- и β-secretase расщепление, идентифицированы. Однако, молекулярные события, которые участвуют в γ-secretase расщеплении внутри трансмембранных доменов этих белков, оказались значительно сложнее. Пресенилины и nicastrin необходимы для этого процесса. Хотя некоторые данные подтверждают идею, что пресенилины являются фактически активными сайтами γ-secretase, др. данные показывают, что они м. играть более косвенную роль - напр., в транспортировке субстрата, чтобы скорректировать субклеточные компартменты для γ-secretase расщепленеия.
Summary
Болезнь Алцгеймера характеризуется гистологическими измененями в головном мозге, включая внеклеточные амидоидные обляшки, которые состоят из амилоидного-β пептида (Aβ), и внутриклетоных нейрофибриллярных клубков, состоящих из белка TAU. ассоциирующего с микротрубочками. Анализ генов, связанных с риском унаследовать б-нь Алцгеймера, показывает, что увличенная продукция или уменьшенная скорость удаления Aβ является ключевой для ранних событий в каскаде, который ведет к подобным изменениям.
Aβ является производным amyloid precursor protein (APP), который подвергается серии протеолитичческих расщеплений. Во-первых, событие α-secretase обеспечивается с помощью членов семейства ADAM metalloproteinase и расщепляет APP через центр A домена. Это расщепление, следовательно, предшествует образованию A. В большинстве клеток, это превалирующий путь процессинга APP .
Др. путь связан с двумя последовательнми расщеплениями APP. Сначала Aβ-пептидный домен использует связанную с мембраной aspartyl протеазу, наз. β-secretase или BACE (β-site APP-cleaving enzyme). Второе событие расщепления, которое вырезает возникающий β-фрагмент в центре трансмембранного домена, чтобы сгенерировать A пептид и один или несколько С-терминальных фрагментов, называется γ-secretase расщепление. Протеолитическое расщепление типа 1 трансмембранных белков, таких как APP, Notch, ErbB4 и Ire1p, внутри их гидрофобных трансмембранных доменов, представляет собой новую форму регулируемого внутримембранного протеолиза, сходную с таковой, которая расщепляет SREBP (sterol-regulatory-element-binding protein) во время регуляции метаболизма стерола.
Биохимические исследования на клетках, в которых presenilin (PS) гены подверглись нокауту выявили, что PS1 необходим для и что PS2 облегчает эту γ-secretase активность. В отсутствие PS1, -secretase расщепление значительно редуцировано, а в двойных нокаутных клетках оно ингбировано полностью.
γ-ctrсекретазное щепление APP и аналогичное расщепление S3-сайта Notch дает серию B- и С-терминальных протеолитических продуктов. Хотя все события расщепления, связаные с генерацией этих продуетов, явдяю.тся пресенилин-зависимым, однако эти расщепления APP и Notch м.б. обусловлены отдельными, но сходными путями. Единственный известный конечный продукт расщепления Notch это С-терминальный Notch внутриклеточный домен, которые возникает в результате расщепления после остатка 1743. Этот процесс сильно зависит от аминокислотных последовательностей Notch вблизи места расщепления. Напротив, расщепление APP генерирует серию N-терминальных фрагментов, включая Aβ40, Aβ42 и редкие виджы, а также серию С-терминальных фрагментов и не зависит от последовательностей APP вблизи этих мест расщепления.
Некоторые данные указывают на то, что пресенилины м.б. или каталитическим сайтом или компонентом мультиерного γ-secretase энзимного комплекса: PS1 имеет незанчительное сходство последовательностей с бактериальными пептидазами; transition-state analogue ингибиторы γ-secretase м.б. химически поперечно связаны с PS1; мутации двух законсервированных остатков aspartyl внутри трансмембранных доменов (которые м.б. остатками активного сайта на aspartyl protease) ингибируют γ-secretase расщепление; а PS1 и γ-secretase каталитические активности ко-элюируются вместе.
Но некоторые наблюдения не согласуются с этой гипотезой. Во-первых, имеются слабые отличия между местами расщепления и последовательностями, необходимыми для расщепления APP и Notch во время пресенилин-обусловленного γ-подобного расщепления, так что каталитические активности м. находиться вне, на других (возможно субстрат-специфичных) компонентах пресенилиновго комплекса или др. образовании. Кроме того, мутации aspartyl остатков также неполностью супрессируют продукцию Аβ, хотя они и вызывают накопление субстрата для γ-secretase расщепления (открывается возможность, что PS1 участвует в трафике субстрата или в адаптации субстрата для γ-secretase). Наконец, хотя избыточная экспрессия пресенилиновых трансгенов подтверждает во всем остальном, но большинство пресенилиновых белков локализуется все же внутри внутриклеточных мембран. Напротив, большинство γ-подобных расщеплений Notch и APP , по-видимому, происходит вблизи или за плазмалеммой (the 'spatial paradox').