Аррестины (сокращенно Arr ) представляют собой небольшое семейство белков, важных для регуляции передачи сигнала на рецепторах, сопряженных с G-белком . [2] [3] Аррестины были впервые обнаружены как часть консервативного двухэтапного механизма регуляции активности рецепторов, сопряженных с G-белком (GPCR) в зрительной родопсиновой системе Германом Кюном, Скоттом Холлом и Урсулой Уилден [4] и в β-адренергической системе Мартином Дж. Лозе и его коллегами. [5] [6]
В ответ на стимул GPCR активируют гетеротримерные G-белки . Чтобы отключить эту реакцию или адаптироваться к постоянному стимулу, активные рецепторы должны быть десенсибилизированы. Первым шагом в десенсибилизации является фосфорилирование рецептора классом сериновых/треониновых киназ, называемых рецепторными киназами, сопряженными с G-белком (GRK). Фосфорилирование GRK специально подготавливает активированный рецептор к связыванию с аррестином. Связывание аррестина с рецептором блокирует дальнейшую сигнализацию, опосредованную G-белком, и нацеливает рецепторы на интернализацию, а также перенаправляет сигнализацию на альтернативные пути, независимые от G-белка, такие как сигнализация β-аррестина. [7] [8] [9] [10] [6] Помимо GPCR, аррестины связываются с другими классами рецепторов клеточной поверхности и множеством других сигнальных белков. [11]
Млекопитающие экспрессируют четыре подтипа аррестина, и каждый подтип аррестина известен под несколькими псевдонимами. Систематическое название аррестина (1-4) и наиболее широко используемые псевдонимы для каждого подтипа аррестина выделены жирным шрифтом ниже:
У рыб и других позвоночных, по-видимому, есть только три аррестина: до сих пор не было клонировано ни одного эквивалента аррестина-2, который является наиболее распространенным незрительным подтипом у млекопитающих. У протохордового Ciona intestinalis (морская асцидия) есть только один аррестин, который служит зрительным у его подвижной личинки с высокоразвитыми глазами и становится общим незрительным у слепой сидячей взрослой особи. Сохранившиеся позиции нескольких интронов в его гене и у наших подтипов аррестина предполагают, что все они произошли от этого предкового аррестина. [12] У низших беспозвоночных, таких как круглый червь Caenorhabditis elegans , также есть только один аррестин. У насекомых есть arr1 и arr2, первоначально названные «зрительными аррестинами», потому что они экспрессируются в фоторецепторах, и один незрительный подтип (kurtz у Drosophila ). Позже было обнаружено, что arr1 и arr2 играют важную роль в обонятельных нейронах и переименованы в «сенсорные». У грибов есть дальние родственники аррестина, участвующие в чувствительности к pH.
Один или несколько аррестинов экспрессируются практически в каждой эукариотической клетке. У млекопитающих аррестин-1 и аррестин-4 в основном ограничены фоторецепторами, тогда как аррестин-2 и аррестин-3 встречаются повсеместно. Нейроны имеют самый высокий уровень экспрессии обоих невизуальных подтипов. В нейрональных предшественниках оба экспрессируются на сопоставимых уровнях, тогда как в зрелых нейронах аррестин-2 присутствует на уровнях, в 10-20 раз превышающих уровень аррестина-3.
Аррестины блокируют связь GPCR с G-белками двумя способами. Во-первых, связывание аррестина с цитоплазматической поверхностью рецептора закрывает сайт связывания для гетеротримерного G-белка, предотвращая его активацию (десенсибилизацию). [13] Во-вторых, аррестин связывает рецептор с элементами механизма интернализации, клатрином и адаптером клатрина AP2 , который способствует интернализации рецептора через покрытые ямки и последующему транспорту во внутренние отсеки, называемые эндосомами . Впоследствии рецептор может быть либо направлен в отсеки деградации ( лизосомы ), либо возвращен обратно в плазматическую мембрану, где он снова может подавать сигнал. Сила взаимодействия аррестина с рецептором играет роль в этом выборе: более плотные комплексы, как правило, увеличивают вероятность деградации рецептора (класс B), тогда как более транзиторные комплексы благоприятствуют рециркуляции (класс A), хотя это «правило» далеко не абсолютно. [2] Совсем недавно были обнаружены прямые взаимодействия между белками семейства Gi/o G и аррестином ниже по течению от множественных рецепторов, независимо от канонического сопряжения с белком G. [14] Эти недавние открытия представляют механизм сигнализации GPCR, отличный от активации канонического белка G и десенсибилизации β-аррестина, при котором GPCR вызывают образование сигнальных комплексов Gαi:β-аррестин.
Аррестины — это удлиненные молекулы, в которых несколько внутримолекулярных взаимодействий удерживают относительную ориентацию двух доменов. Нестимулированные клеточные аррестины локализуются в цитоплазме в базальной «неактивной» конформации. Активные фосфорилированные GPCR привлекают аррестин к плазматической мембране. Связывание рецептора вызывает глобальное конформационное изменение, которое включает перемещение двух доменов аррестина и высвобождение его C-концевого хвоста, который содержит сайты связывания клатрина и AP2. Повышенная доступность этих сайтов в связанном с рецептором аррестине нацеливает комплекс аррестин-рецептор на покрытую ямку. Аррестины также связывают микротрубочки (часть клеточного «скелета»), где они принимают еще одну конформацию, отличную как от свободной, так и от связанной с рецептором формы. Связанные с микротрубочками аррестины привлекают определенные белки к цитоскелету, что влияет на их активность и/или перенаправляет ее на ассоциированные с микротрубочками белки.
Аррестины перемещаются между клеточным ядром и цитоплазмой . Их ядерные функции не полностью изучены, но было показано, что все четыре подтипа аррестинов млекопитающих удаляют некоторых своих партнеров, таких как протеинкиназа JNK3 или убиквитинлигаза Mdm2 , из ядра. Аррестины также изменяют экспрессию генов, усиливая транскрипцию определенных генов.