Palmitoylation (S-palmitoylation) является обратимой пост-трансляционной модификацией, при которой 16-C пальмитиновая кислота ковалентно присоединяется к одному или нескольким остаткам цистеина внутри белка мишени посредством тиоэфирной (thioester) связи (Fukata & Fukata, 2010). Palmitoylation играет критическую роль в разных биологических функциях, включая закрепление на мембране, везикулярный транспорт, передача сигналов и поддержание клеточной архитектуры (Huang & El?Husseini, 2005; Ko & Dixon, 2018; Linder & Deschenes, 2007). Отметим, что palmitoylation является обратимой модификацией, т. е. белки могут находиться или в palmitoylated, или depalmitoylated формах в разное время, что продолжается от нескольких секунд до часов (Rocks et al., 2010). Динамика palmitoylation может влиять на локализацию, накопление, секрецию, стабильность и функцию белка путем изменения сродства к мембране и , как полагают, критически участвует в регуляции множественных сигнальных процессов путем модуляции локализации и доставки белка через плазматическую мембрану, внутриклеточные мембраны и цитоплазму, а также модулируя соединение специфических сигнальных белков с их эффекторами (Jiang et al., 2018; Kanaani, Patterson, Schaufele, Lippincott-Schwartz, & Baekkeskov, 2008; Lanyon?Hogg, Faronato, Serwa, & Tate, 2017; Martin, Wang, Adibekian, Tully, & Cravatt, 2011; Percherancier et al., 2001; Rocks et al., 2005). Более того, palmitoylation может также регулировать активность белков разными способами, такими как индукция конформационных изменений белков, модулирование стабильности белков и межбелковых взаимодействий и взаимодействия с др. пост-трансляционными модификациями (Abrami et al., 2006; Tian et al., 2008; Valdez-Taubas & Pelham, 2005).

Palmitoylation внутриклеточных белков в основном катализируется эволюционно законсервированным семейством из 23 palmitoyl acyltransferases (PATs), характеризующихся доменом, богатым цистеином с Asp-His-His-Cys (DHHC) мотивом (Mitchell, Vasudevan, Linder, & Deschenes, 2006; Ohno, Kihara, Sano, & Igarashi, 2006). Напротив, depalmitoylation катализируется с помощью palmitoyl protein thioesterases (PPTs), которые удаляют acyl часть, связанную с цистеином. Существуют три цитозольных acyl-protein thioesterases (APT1, APT2 и APT1-подобная) и лизосомные palmitoyl protein thioesterases (PPT1 и PPT2; Bagh et al., 2017; Jennings & Linder, 2012; Verkruyse & Hofmann 1996). Динамика palmitoylation (palmitoylation-depalmitoylation) нуждается в скоординированном действии PATs и PPTs, чтобы поддерживать устойчивое состояние локализации на мембране и функции многочисленных важных белков, особенно в головном мозге (Fukata & Fukata, 2010; Kang et al., 2008; Martin et al., 2011; Salaun, Greaves, & Chamberlain, 2010). Более важно, чтобы palmitoylated белки должны были в конечном счете подвергаться depalmitoylation в ходе их деградации и диспозироваться в лизосомах, чтобы облегчить рециклинг и деградацию этих белков. Кстати, только один энзим PPT1, как было установлено, играет ключевую роль в лизосомном метаболизме S-palmitoylated белков (Lu & Hofmann, 2006).

PPT1 является depalmitoylating энзимом, который расщепляет тиоэфирные связи остатков palmitate, имеет структуру α/β serine гидролазы с тремя сайтами N-сцепленного гликозилирования и бороздой для связывания жирной кислоты (Bellizzi et al., 2000). У млекопитающих, PPT1 экспрессируется повсеместно с особенно высокими уровнями в головном мозге, селезенке, семенных пузырьках и семенниках (Camp & Hofmann, 1993; Isosomppi et al., 1999; Suopanki, Tyynela, Baumann, & Haltia, 1999). В большинстве типов клеток PPT1 располагается в лизосомах, но в нейронах он обнаруживается также в пресинаптических областях, которые ассоциированы с липидными плотиками и ансамблями пузырьков (Ahtiainen, Van Diggelen, Jalanko, & Kopra, 2003; Goswami et al., 2005; Heinonen, Kyttala, Lehmus, Paunio, Peltonen & Jalanko, 2000; Hellsten, Vesa, Olkkonen, Jalanko, & Peltonen, 1996; Lehtovirta et al., 2001). Экспрессия PPT1 в головном мозге людей и мышей онтогенетически регулируется и совпадает с кортикальным синаптогенезом (Heinonen, Salonen, Jalanko, Peltonen, & Copp, 2000; Isosomppi et al., 1999). Более того, PPT1, как полагают, участвует в различных клеточных процессах, включая апоптоз, эндоцитоз и синаптическую функцию. Инактивирующие мутации в гене PPT1/Ppt1 вызывают infantile neuronal ceroid lipofuscinosis (INCL), разрушительное нейродегенеративное нарушение хранения у детей, для которого нет эффективного лечения (Ahtiainen et al., 2006; Gupta et al., 2001; Jalanko et al., 2005; Kyttala, Lahtinen, Braulke, & Hofmann, 2006; Vesa et al., 1995). INCL вызывается дефицитом активности PPT1, приводящим к накоплению гетерогенного материала во всей нервной системе, особенно заметно в головном мозге, приводя тем самым к нарушениям коммуникаций между нейронами и способствуя нейродегенерации. Анализ дефицитного по PPT1/Ppt1 головного мозга людей и мышей выявил локальное воспаление нейронов и изменения липидных профилей, т.е. метаболизма cholesterol (Ahtiainen et al., 2007; Lyly et al., 2008; Saha et al., 2008, 2012).

Помимо демонстрации его способности регулировать созревание нейронов и передачу сигналов нейронами, в нашем предыдущем исследовании было продемонстрировано, что PPT1 также присутствует у крыс в клетках Сертоли и предположительно активируется с помощью воздействия высокого содержания жира и поэтому ответственен за снижение плодовитости у самцов с ожирением (Liu et al., 2014). Данное исследование было предпринято, чтобы охарактеризовать потенциальный эффект PPT1 на плодовитость самцов и охарактеризовать функцию PPT1 в клетках Сертоли, участвующих в поддержании сперматогенеза.

Было установлено, что PPT1 экспрессируется на высоком уровне в клетках Сертоли у мышей и его экспрессия увеличивается в ответ на воздействие cholesterol. Чтобы выяснить регуляторную роль PPT1 на функцию клеток Сертоли и плодовитость самцов мы создали модельных мышей с Ppt1 conditional knockout (CKO) (Ppt1 loxP/loxP; Amh cre) , которые характеризовались специфической делецией Ppt1 в клетках Сертоли. Ppt1 CKO мыши обнаружили снижение плодовитости самцов, связанное с плохим качеством спермиев и особенно высокой долей деформированных спермиев. Кроме того, мы также установили, что PPT1 участвует в модуляции лизосомной активности и уровня холестерола, что является жизненно важным для сохранения жизнеспособности клеток Сертоли.

Итак, экспрессия PPT1 в клетках Сертоли ответственна за воздействие холестерола, а специфический нокаут Ppt1 в клетках Сертоли вызывает снижение плодовитости у самцов из-за снижение качества спермиев и деформаций спермиев. Дефицит Ppt1 приводит к аномальному накоплению лизосом и повышению уровня холестерина в клетках Сертоли. Кроме того, дефицит Ppt1 приводит к плохой адгезии развивающихся зародышевых клеток с клетками Сертоли в семявыносящем эпителии, что приводит к снижению количества и подвижности спермиев, а также к высокому показателю деформаций головок спермиев.