NEDD4 HECT E3 ubikvitīna ligāžu apakšģimenes loma neirodeģenerācijā un neirodeģenerācijā 1. daļa

Abstract:

Ubikvitīna ceļš regulē daudzu proteīnu darbību un kontrolē šūnu proteīnu homeostāzi. Pēdējos gados tas ir piesaistījis lielu interesi par neiroloģiskās attīstības un neirodeģeneratīvām slimībām.

Nepārtraukti attīstoties biotehnoloģijai, cilvēki arvien vairāk interesējas par attiecībām starp šūnu proteīniem un atmiņu. Pētījumi liecina, ka olbaltumvielas ir visvienkāršākā biomolekula šūnās un tai ir svarīga loma dažādos cilvēka ķermeņa audos un orgānos, un tā ietekmi uz atmiņu nevar ignorēt.

Olbaltumvielas cilvēka organismā pastāv dažādās formās, no kurām svarīgākās ir neironu proteīni. Neironu proteīni ir proteīnu klase, kas lielos daudzumos pastāv neironos un ir svarīga neironu aktivitātes sastāvdaļa. Pētījumi liecina, ka pastāv cieša saikne starp neironu proteīniem un atmiņu. Neironu proteīnu sintēze un degradācija ir atmiņas pamats. Tikai tad, ja proteīnu sintēzes ātrums šūnā ir ātrāks par degradācijas ātrumu šajā procesā, var veidot un saglabāt labas atmiņas. Tāpēc neironu proteīnu stabilitātes saglabāšana ir ļoti svarīga cilvēku atmiņai.

Papildus neironu proteīniem atmiņu var ietekmēt arī citi ķermeņa proteīni. Piemēram, no ATP atkarīgā proteīnkināze (AMPK) šūnu enerģijas metabolisma ceļā ir galvenais intracelulārās enerģijas metabolisma regulators. Pētījumi liecina, ka AMPK aktivitātes veicināšana var palielināt proteīnu sintēzes ātrumu smadzeņu audos, tādējādi uzlabojot atmiņu.

Tajā pašā laikā, patērējot dažus pārtikas produktus, kas bagāti ar augstas kvalitātes olbaltumvielām cilvēka organismā, var arī veicināt olbaltumvielu sintēzes ātrumu šūnās, tādējādi uzlabojot atmiņu. Piemēram, olbaltumvielām bagātas zivis, gaļa, olas un citi pārtikas produkti var nodrošināt cilvēka ķermeni ar augstas kvalitātes olbaltumvielām.

Rezumējot, pastāv cieša saikne starp šūnu proteīniem un atmiņu. Neironu proteīnu stabilitātes saglabāšana un olbaltumvielu sintēzes ātruma veicināšana šūnās ir ļoti svarīga cilvēku atmiņas uzlabošanai. Mums vajadzētu pievērst uzmanību diētai, ēst pārtiku, kas bagāta ar augstas kvalitātes olbaltumvielām, un stiprināt fiziskos vingrinājumus, lai palielinātu šūnu vielmaiņas ātrumu, kas palīdzēs uzlabot mūsu atmiņas līmeni. Var redzēt, ka mums ir jāuzlabo atmiņa, un Cistanche deserticola var ievērojami uzlabot atmiņu, jo Cistanche deserticola ir tradicionāls ķīniešu ārstniecības materiāls, kam ir daudz unikālu efektu, no kuriem viens ir atmiņas uzlabošana. Cistanche deserticola iedarbīgumu nodrošina vairākas tajā esošās aktīvās sastāvdaļas, tostarp miecskābe, polisaharīdi, flavonoīdu glikozīdi utt. Šīs sastāvdaļas var veicināt smadzeņu veselību, izmantojot dažādus ceļus.

Noklikšķiniet uz Zināt īstermiņa atmiņu, kā uzlabot

Šeit mēs esam iesnieguši pirmo pārskatu par HECT E3 ligāzes NEDD4 apakšģimenes 9 proteīnu lomu neironu attīstībā un darbībā centrālajā nervu sistēmā (CNS).

Mēs apspriedām to regulējumu un to tiešu vai netiešu iesaistīšanos neirodeģeneratīvās attīstības slimībām, piemēram, intelektuālās attīstības traucējumiem, un neirodeģeneratīvām slimībām, piemēram, Alcheimera slimību, Parkinsona slimību vai amiotrofisko laterālo sklerozi.

Turpmākie pētījumi par šo proteīnu lomu, to regulēšanu un to mērķiem neironos noteikti veicinās labāku izpratni par neironu darbību un disfunkciju, kā arī sniegs interesantu informāciju, lai izstrādātu terapeitiskos līdzekļus, kas vērsti uz tiem.

Atslēgvārdi: ubikvitīns; ligāzes; attīstība; neirodeģeneratīvas; intelektuālā invaliditāte; ALS.

1. Ievads

Centrālās nervu sistēmas (CNS) attīstība un darbība ir sarežģīti procesi, kam nepieciešami dinamiski mehānismi, tostarp proliferācijas, migrācijas, diferenciācijas, nobriešanas un sinaptiskās plastiskuma stadijas.

Šie procesi tiek precīzi regulēti, pateicoties daudzu proteīnu iesaistīšanai ar dažādu šūnu lokalizāciju androlām [1] Šo proteīnu koncentrācijas kontrole, ko sauc par šūnu proteīnu homeostāzi (proteostāzi), tiek panākta to sintēzes un degradācijas līmenī.

Šo proteīnu funkcijas kontrole ir arī ļoti svarīga pareizai CNS attīstībai un funkcionēšanai. Svarīga šīs kontroles daļa tiek realizēta ar dinamiskām pēctranslācijas modifikācijām. Ubikvitīna (Ub)/Ub līdzīgās sistēmas sastāv no vienas no tām [2].

Šo divu sistēmu gēnu kodējošie locekļi ir tieši saistīti ar neiroloģiskās attīstības traucējumiem, tostarp sindromiskiem un nesindromiskiem intelektuālajiem traucējumiem (RNF12, CUL4B), un neirodeģeneratīvām slimībām, piemēram, Parkinsona slimību (PARK2) vai amiotrofisko laterālo sklerozi (CCNF) [3–5].

Ub/Ub līdzīgās sistēmas sastāv no intracelulāriem ceļiem, kas ietver 3 enzīmu klases E1, E2 un E3 (RING vai HECT ģimenes), ko cilvēka genomā kodē vairāk nekā 700 gēnu. Šie ceļi darbojas, pievienojot vienu vai vairākus mazus ubikvitīnus (76 aa) vai ubikvitīnam līdzīgus proteīnus (piemēram, SUMO, Small Ubiquitin MOdifier) ​​mērķa olbaltumvielām. Atkarībā no pēctranslācijas modifikācijas marķētais proteīns tiks nosūtīts uz proteasomu degradācijai vai arī tā funkcija tiks regulēta vai modificēta [6].

Ub / Ub līdzīgās sistēmas pēdējos gados ir plaši pētītas, taču joprojām pastāv daudzi jautājumi par to regulēšanu un darbību, uz kurām olbaltumvielām tās ir vērstas, un to lomu cilvēku slimību patofizioloģijā.

Lielākā HECT E3 apakšģimene ir neironu prekursoru šūnu apakšģimene, kuras attīstība ir pazemināta 4 (NEDD4). Šī pārskata mērķis bija apspriest šīs NEDD4 apakšģimenes CNS fizioloģisko lomu un tās ietekmi uz neirodeģeneratīvām slimībām.

2. Ubiquitin sistēmas pārskats

Ubikvitinācija ir galvenais proteasomas mediētās proteīna degradācijas mehānisms. Tas sastāv no ubikvitīna (Ub) pievienošanas mērķa proteīniem. Ubikvitīns ir 76 aminoskābju proteīns ar 7 lizīna atlikumiem, ko izmanto mērķa proteīna vai cita Ub savienošanai (poliubikvitinācijai) [7].

Ubikvitīna proteīnu var saistīt ar mērķa proteīnu kā ubikvitīna monomēru (monoubikvitinācija) vai kā ubikvitīna polimēru (poliubikvitinācija). Proteīns var būt arī multiubikvitinēts, kas sastāv no vairākām mērķa proteīna monoubikvitinācijām. Piemēram, monoubikvitinācija un saistīšanās ar ubikvitīnu ķēdi, ko saista lizīni-63, ir funkcionāli regulējoši signāli ubikvitinētajam proteīnam.

Saistīšanās ar lizīnu{0}}saistīto ubikvitīnu ķēdi ir signāls, ka proteasoma noārda ubikvitināto proteīnu. Ubikvitinētos proteīnus var deubikvitinēt arī ar aptuveni simtiem deubikvitinācijas enzīmu [8]. Ubikvitīna sistēmas dalībnieku daudzveidība un modifikācijas, ko tā rada proteīnos, ietver šo sistēmu daudzos šūnu procesos, piemēram, proteīnu homeostāzē, endocitozē, intracelulārā tirdzniecībā, šūnu stresā un autofagijā [9–13].

Pieci procenti cilvēka genoma gēnu kodē ubikvitīna sistēmas proteīnus, kas ir iespaidīgi. Olbaltumvielu ubikvitinācija tiek panākta, izmantojot koordinētu trīs enzīmu klašu sistēmu: ubikvitīnu aktivējošie enzīmi (E1), konjugējošie enzīmi (E2) un ligāzes (E3).

Viens E1 enzīms aktivizē ubikvitīnu pārnešanai [14]. E2 enzīmi, no kuriem ir 38, tieši pārnes ubikvitīnu uz mērķa proteīniem, izmantojot trešās klases enzīmus, E3 ligāzes, kas satur Interesting New Gene (RING) domēnu [15].

Šī E3 ligases saime sastāv no vairāk nekā 600 locekļiem. Pārējās E3 ģimenes ir E3 ar U-Box domēnu, E3 ar RING-starp gredzenu (RBR) domēnu un E3 ar homologu EA6P C-gala (HECT) domēnu [8]. Daži E2 enzīmi pārnes ubikvitīnu uz HECT-E3 enzīmiem, kas pēc tam pārnes to uz mērķa proteīniem (1. attēls). E3ligāzes ar HECT domēna numuru cilvēkiem ir 28. To izmērs svārstās no 80 līdz 500 kDa.

Šo enzīmu kopīgā iezīme ir konservēta C-gala, katalītiskā HECT domēna klātbūtne ar 350 aminoskābju atlikumiem [16]. HECT E3 ligāzes ir iedalītas trīs apakšgrupās: NEDD4, HERC un citas HECT.

1. attēls. Ubikvitinācijas procesa shematisks attēlojums ar E3 ligāzēm, kas satur HECT domēnu. Ubikvitīnu aktivizē enzīms E1 un pēc tam pārnes uz E2 enzīmiem un HECT E3 enzīmu.

E3 enzīms pārnes ubikvitīnu uz mērķa proteīnu, izraisot tā monoubikvitināciju vai poliubikvitināciju. E3 ligāze satur 3 domēnus, N-gala C2 domēnu, WW bagātu domēnu un C-gala domēnu, kas sakārtots divās daivās (N-daivas un C-daivas).

3. NEDD4 E3 ligāžu apakšsaima

3.1. Struktūra un daudzveidība

NEDD4 apakšdzimta ir sastopama visos eikariotos. Tas ietver deviņas E3 ligazesNEDD4-1, NEDD4-2,ITCH, WWP1, WWP2, SMURF1, SMURF2, NEDL1, un tām ir kopīga struktūra, ko raksturo 3 domēnu klātbūtne, kas zīdītāju evolūcijas laikā ir atšķirīgi konservēti: viens. N-termināla C2 domēns, divi līdz četri triptofāns. triptofāna (WW) domēni un HECT domēns (1. attēls).

C2 domēns var saistīties ar fosfolipīdiem no kalcija atkarīgā veidā. Tā rezultātā proteīni con. C2 domēna trenēšana var būt starpnieks plazmas membrānas, endosomu un multivezikulāro ķermeņu intracelulārai mērķēšanai [17].

Pirmo reizi tas tika aprakstīts proteīnkināzē C (PKC) un sastāv no 8 beta virknēm, kas var koordinēt divus vai trīs kalcija jonus. WW domēni, kas satur vidēji 40 aminoskābes ar diviem nemainīgiem triptofāna atlikumiem, ir iesaistīti olbaltumvielu/olbaltumvielu mijiedarbībā. Mijiedarbība tiek veikta ar prolīnu bagātiem motīviem (PY vai PPxY), kas atrodas mērķa proteīnos. 

WW domēna saistīšanās specifika izriet no tā t-pavedienu locīšanas atlikumiem, kas atrodas cilpās, kas tos savieno. C-gala HECT domēns ir E3 katalītiskais domēns ar katalītiskā cisteīna klātbūtni. Tā izmērs ir aptuveni 350 aminoskābes, kas sakārtotas divās daivās, N-daivā un C-daivā.

N-daiva saistās ar E2 enzīma-ubikvitīna kompleksu, ļaujot ubikvitīna proteīnam pārnest no E2 uz C-daivu caur tioestera starpproduktu ar katalītisko cisteīnu. Kad ubikvitīns ir pārnests uz C-daivu, to var pārnest uz mērķa proteīnu (1. attēls). Zīdītāju evolūcijas laikā šie3 domēni bija atšķirīgi konservēti (2. attēls).

3.2. Funkcijas un noteikumi

9 NEDD4 apakšģimenes locekļi saista nozīmīgu skaitu mērķa proteīnu un ir iesaistīti plašā šūnu procesu klāstā.

Olbaltumvielas Neironu prekursoru šūna. Izteikts attīstības traucējumi 4. proteīns ar numuru 1 (NEDD4-1) un numurs 2 (NEDD4-2) bija pirmie locekļi, kas tika atklāti šajā apakšsaimē, un pašlaik tie ir visvairāk pētītie.

NEDD4-1 ir visuresošs un ir iesaistīts daudzās cilvēka šūnu funkcijās, iesaistot vairākus mērķa proteīnus. Starp šiem mērķa proteīniem ir PTEN, Akt, Beclin1 vai FGFRl, kas nozīmē NEDD4-1 līdzdalību šūnu proliferācijā, diferenciācijā, migrācijā un invāzijā, kā arī apoptozes, autofagijas un DNS bojājumu reakciju. Tiek uzskatīts, ka apakšģimenes finansētāja loceklis ir saistīts ar dažādām slimībām, sākot no vēža līdz neirodeģeneratīvām slimībām [18].

NEDD4-2 ir E3 ligāze daudziem jonu kanāliem, tostarp nātrija, hlorīda un kālija kanāliem, piemēram, epitēlija Na+ kanālam ENaC, kas ir saistīts ar nātrija un šķidruma uzsūkšanos plaušās, nierēs un resnajā zarnā [{ {3}}].

Tas regulē ENaC funkciju, saistoties ar saviem PY motīviem, kas kontrolē kanālu skaitu šūnas virsmā 22, 23. Tas arī mijiedarbojas ar proteīniem, kas saistīti ar Wnt signalizācijas ceļu, TGF signalizācijas ceļu un autofagiju [24–26].

NEDD4-2 aktivitātes regulēšanu var veicināt fosforilēšana [27–29]. Piemēram, tā fosforilēšana ar RAC-alfa serīna/treonīna kināzes proteīna 1 (AKT1) un seruma un glikokortikoīdu regulētās kināzes 1 (SGK1) palīdzību izraisa adaptera proteīna 14.3.3 piesaisti, kas traucē ENaC [27]. NEDD{13}}fosforilēšana arī traucē ORAI saistīšanos, kas ietekmē kalcija signālu pārraidi [30].

Interesanti, ka NEDD4-1 un NEDD4-2 C2 domēns darbojas kā E3 ligazes aktivitātes autoinhibējošais domēns. Kalcijs, saistoties ar C2 domēnu, atbrīvo šo autoinhibīciju. Niezošais E3 Ubiquitin Protein Ligase Homolog proteīns (ITCH) kontrolē lielu bioloģisko mehānismu spektru, pateicoties vairāk nekā 50 mērķa proteīniem, tostarp Jun proteīniem un diviem p53 ģimenes locekļiem, p63 un 73. lpp [31–33].

ITCH spēlē lomu TGF-signalizācijas ceļa regulēšanā un iedarbojas uz audzēja ģenēzi [34,35]. Tas ir saistīts ar citiem svarīgiem ceļiem, piemēram, Ezis, Hippo, Wnt un Notch signalizācijas ceļi [36–39]. Tas piedalās endosomu un lizosomu funkcijās un DNS bojājumu reakcijā [31, 40, 41].

ICTH aktivitātes regulēšanu var iegūt, saistoties ar olbaltumvielām, piemēram, N4BP1, kas mijiedarbojas ar ITCH WW2 domēnu, kavējot mijiedarbību ar tā mērķa proteīnu (p73a, JUN, p63).

ITCH fosforilēšana ar JNK1 aktivizē proteīnu. WW domēns, kas satur proteīnu 1 (WWP1), ir daudzfunkcionāls proteīns ar daudziem mērķiem, piemēram, Smad2, Smad4, ErbB4/HER4, JunB un p53. Līdz ar to WWP1 cita starpā piedalās transkripcijā, proteīnu tirdzniecībā, olbaltumvielu degradācijā, apoptozē un vīrusu veidošanā. Tas ir saistīts ar vēzi, piemēram, resnās zarnas un krūts vēzi, infekcijas slimībām un neiroloģiskām slimībām [42].

Tas saistās ar mērķa proteīniem galvenokārt ar savu WW domēnu. Tomēr tas saistās ar p53 neatkarīgi no tā WW domēna. Šī mijiedarbība pozitīvi regulē un stabilizē p53 un tādējādi aktivizē apoptozi [43]. WWP2 ir vēl viena šīs apakšgrupas E3 ligāze, kas saistās ar mērķiem, kas iesaistīti dažādos signalizācijas ceļos, piemēram, PI3K/Akt. vai TGF-ceļi. Tas arī saistās ar ENaC un samazina tā regulēšanu [44] un ubikvitinē RNS polimerāzi II [45].

Pateicoties dažādām funkcijām, WWP2 ir saistīta ar vēzi un imūnsistēmas modulāciju [46]. SMAD ubikvilitācijas regulējošais faktors 1 un 2 (SMURF1 un SMURF2) vispirms tika atklāts kā E3 ligāzes, kas spēj negatīvi regulēt TGF-/BMP signalizācijas ceļus. [47,48]. Tomēr tie ir saistīti arī ar citiem mehānismiem.

SMURF1 mērķis ir nekanoniskais Wnt ceļš un MAPK ceļš [49]. Attiecīgi SMURF1 ir iesaistīts šūnu augšanas un morfoģenēzes, šūnu migrācijas, polaritātes un autofagijas regulēšanā.

Tā katalītisko aktivitāti var uzlabot, saistoties ar kazeīna kināzes 2-mijiedarbojošo proteīnu 1 (CKIP1), izmantojot tā WW domēnu [50]. SMURF1 arī regulē p53 aktivitāti neatkarīgi no tā fermentatīvās aktivitātes, saistoties ar citu E3 ligāzi, MDM2, kuras ubikvitinācijas aktivitāte palielināsies.

MDM2 ir RING-E3 ligāze, kas vērsta uz p53 noārdīšanos ar proteasomu [51]. SMURF2 ir iesaistīts līdzīgos mehānismos. Bieži tiek apspriesta tā divējāda loma vēža ārstēšanā, jo tā var darboties gan kā audzēja nomācējs, gan kā aktivators. Tas ir iesaistīts arī genoma stabilitātē, iedarbojoties uz hromatīnu un apoptozi [49].

For more information:1950477648nn@gmail.com