.png/1280px-Cytoskeleton_(Elliptocytosis).png)
Спектрин — это цитоскелетный белок , который выстилает внутриклеточную сторону плазматической мембраны в эукариотических клетках. Спектрин образует пятиугольные или шестиугольные структуры, формируя каркас и играя важную роль в поддержании целостности плазматической мембраны и структуры цитоскелета. [1] Шестиугольные структуры образованы тетрамерами субъединиц спектрина, связывающихся с короткими актиновыми нитями на обоих концах тетрамера. Эти короткие актиновые нити действуют как соединительные комплексы, позволяющие формировать гексагональную сетку. Белок назван спектрином, поскольку он был впервые выделен как основной белковый компонент человеческих эритроцитов, которые были обработаны мягкими детергентами; детергенты лизировали клетки, а гемоглобин и другие цитоплазматические компоненты были вымыты. В световом микроскопе основная форма эритроцита все еще могла быть видна, поскольку содержащий спектрин подмембранный цитоскелет сохранил форму клетки в общих чертах. Это явление получило название «призрак» (spectre) эритроцита, поэтому основной белок призрака был назван спектрином.
При некоторых типах повреждений мозга, таких как диффузное аксональное повреждение , спектрин необратимо расщепляется протеолитическим ферментом кальпаином , разрушая цитоскелет. [2] Расщепление спектрина приводит к образованию пузырьков на мембране и, в конечном итоге, к ее деградации, что обычно приводит к гибели клетки. [3] Субъединицы спектрина также могут расщепляться ферментами семейства каспаз , а кальпаин и каспаза производят различные продукты распада спектрина, которые можно обнаружить с помощью вестерн-блоттинга с соответствующими антителами. Расщепление кальпаина может указывать на активацию некроза , тогда как расщепление каспазы может указывать на апоптоз . [4]
Удобство использования эритроцитов по сравнению с другими типами клеток означает, что они стали стандартной моделью для исследования цитоскелета спектрина. Димерный спектрин образуется путем латеральной ассоциации мономеров αI и βI с образованием димера. Затем димеры объединяются в образование голова к голове, образуя тетрамер. Объединение этих тетрамеров конец к концу с короткими актиновыми нитями образует наблюдаемые гексагональные комплексы.
У людей связь с внутриклеточной поверхностью плазматической мембраны осуществляется посредством косвенного взаимодействия, через прямое взаимодействие с белком 4.1 и анкирином , с трансмембранным транспортером ионов полосы 3. Белок 4.2 связывает хвостовую область спектрина с трансмембранным белком гликофорином А. [ 5] У животных спектрин образует сетку, которая придает эритроцитам их форму.
Модель эритроцитов демонстрирует важность цитоскелета спектрина, поскольку мутации в спектрине обычно вызывают наследственные дефекты эритроцитов, включая наследственный эллиптоцитоз и редко наследственный сфероцитоз . [6]
У беспозвоночных есть три спектрина : α, β и β H. Мутации в спектрине β H у C. elegans вызывают дефекты морфогенеза, что приводит к значительно более короткому, но в остальном в основном нормальному животному, которое движется и размножается. Эти животные называются «sma» за свой небольшой фенотип и несут мутации в гене sma-1 у C. elegans . [7] Мутация в спектрине β у C. elegans приводит к нескоординированному фенотипу , при котором черви парализованы и намного короче, чем у дикого типа . [8] В дополнение к морфологическим эффектам мутация Unc-70 также приводит к появлению дефектных нейронов . Количество нейронов нормальное, но нейронный рост был дефектным.
Аналогично, спектрин играет роль в нейронах Drosophila . Нокаут α или β спектрина у D. melanogaster приводит к нейронам, которые морфологически нормальны, но имеют сниженную нейротрансмиссию в нервно-мышечном соединении . [9] У животных спектрин образует сетку, которая обеспечивает форму эритроцитов.
Семейство генов спектрина претерпело расширение в ходе эволюции. Вместо одного гена α и двух генов β у беспозвоночных, существуют два гена α спектрина (αI и αII) и пять генов β спектрина (от βI до V), названных в порядке открытия.
У человека гены следующие:
Выработке спектрина способствует фактор транскрипции GATA1 .
Существуют некоторые доказательства роли спектринов в мышечных тканях. В клетках миокарда распределение спектрина aII совпадает с Z-дисками и плазматической мембраной миофибрилл . [10] Кроме того, у мышей с нокаутом анкирина (ankB) нарушен гомеостаз кальция в миокарде. У пораженных мышей нарушена морфология z-полосы и саркомера. В этой экспериментальной модели рианодиновые и IP 3 рецепторы имеют аномальное распределение в культивируемых миоцитах. Нарушена кальциевая сигнализация культивируемых клеток. У людей мутация в гене AnkB приводит к синдрому удлиненного интервала QT и внезапной смерти, что усиливает доказательства роли цитоскелета спектрина в возбудимой ткани.