Белки SNARE – « рецепторы SNA P RE » – представляют собой большое семейство белков , состоящее как минимум из 24 членов в дрожжах , более 60 членов в клетках млекопитающих [2] [3] и некоторого числа в растениях. [4] Основная роль белков SNARE заключается в обеспечении слияния везикул с целевой мембраной ; это в частности опосредует экзоцитоз , но может также опосредовать слияние везикул с мембраносвязанными компартментами (такими как лизосома ) . Наиболее изученными SNARE являются те, которые опосредуют высвобождение синаптических везикул , содержащих нейротрансмиттеры в нейронах . Эти нейрональные SNARE являются мишенью нейротоксинов, ответственных за ботулизм и столбняк, продуцируемых некоторыми бактериями .
SNARE можно разделить на две категории: везикулы или v-SNARE , которые встраиваются в мембраны транспортных везикул во время отпочкования, и мишени или t-SNARE , которые связаны с мембранами нервных окончаний. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что t-SNARE образуют стабильные субкомплексы, которые служат проводниками для v-SNARE, встроенного в мембрану покрытой белком везикулы, связываясь для завершения формирования комплекса SNARE. [5] Несколько белков SNARE расположены как на везикулах, так и на мембранах-мишенях, поэтому более поздняя схема классификации учитывает структурные особенности SNARE, разделяя их на R-SNARE и Q-SNARE. Часто R-SNARE действуют как v-SNARE, а Q-SNARE действуют как t-SNARE. R-SNARE — это белки, которые участвуют в формировании нулевого ионного слоя в собранном ядре комплекса SNARE с помощью остатка аргинина (R) . Одним из конкретных R-SNARE является синаптобревин, который расположен в синаптических пузырьках. Q-SNARE — это белки, которые участвуют в формировании нулевого ионного слоя в собранном ядре комплекса SNARE с помощью остатка глутамина (Q). Q-SNARE включают синтаксин и SNAP-25. Q-SNARE далее классифицируются как Qa-, Qb- или Qc-SNARE в зависимости от их местоположения в пучке четырех спиралей.
Варианты известны от дрожжей, [6] млекопитающих , [2] [3] Drosophila и Caenorhabditis elegans . [6]
SNARE представляют собой небольшие, многочисленные, иногда закрепленные в хвосте белки, которые часто посттрансляционно встраиваются в мембраны через С-концевой трансмембранный домен . Семь из 38 известных SNARE, включая SNAP-25 , не имеют трансмембранного домена и вместо этого прикрепляются к мембране посредством модификаций липидов, таких как пальмитоилирование . [7] Белки, закрепленные на хвосте, могут быть вставлены в плазматическую мембрану , эндоплазматический ретикулум , митохондрии и пероксисомы , а также в другие мембраны, хотя любой конкретный SNARE нацелен на уникальную мембрану. Нацеливание на SNARE осуществляется путем изменения либо состава С-концевых фланкирующих аминокислотных остатков, либо длины трансмембранного домена. Замена трансмембранного домена липидными якорями приводит к промежуточной стадии слияния мембран, где сливаются только два контактирующих листка, а не два дистальных листка двух мембранных бислоев. [8]
Хотя SNARE значительно различаются по структуре и размеру, все они имеют общий сегмент в своем цитозольном домене, называемый мотивом SNARE , который состоит из 60-70 аминокислот и содержит гептадные повторы , которые обладают способностью образовывать спирально-спиральные структуры. V- и t-SNARE способны обратимо собираться в плотные четырехспиральные пучки, называемые «транс»-SNARE-комплексами. В синаптических везикулах легко образующиеся метастабильные «транс»-комплексы состоят из трех SNARE: синтаксина 1 и SNAP-25, находящихся в клеточной мембране, и синаптобревина (также называемого мембранным белком, ассоциированным с везикулами или VAMP), закрепленного в мембране везикул.
При нейрональном экзоцитозе синтаксин и синаптобревин закрепляются в соответствующих мембранах своими С-концевыми доменами, тогда как SNAP-25 прикрепляется к плазматической мембране через несколько связанных с цистеином пальмитоильных цепей. Центральный транс -SNARE-комплекс представляет собой пучок из четырех спиралей, где одна -спираль представлена синтаксином 1, одна -спираль - синаптобревином, а две -спирали - SNAP-25. [9]
Было показано, что резидентные SNARE в плазматической мембране присутствуют в отдельных микродоменах или кластерах, целостность которых важна для экзоцитотической компетентности клетки.
Во время слияния мембран белки v-SNARE и t-SNARE на отдельных мембранах объединяются, образуя комплекс транс-SNARE, также известный как «SNAREpin». В зависимости от стадии слияния мембран эти комплексы могут называться по-разному.
Во время слияния комплексов транс -SNARE мембраны сливаются, и белки SNARE, участвующие в образовании комплекса после слияния, затем называются комплексом « цис »-SNARE, поскольку теперь они располагаются в одной (или цис ) образующейся мембране. После слияния комплекс цис -SNARE связывается и разбирается белком-адаптером альфа-SNAP . Затем гексамерная АТФаза (типа ААА ), называемая NSF, катализирует АТФ -зависимое разворачивание белков SNARE и высвобождает их в цитозоль для рециркуляции.
Считается, что SNARE являются основными необходимыми компонентами механизма слияния и могут функционировать независимо от дополнительных цитозольных вспомогательных белков. Это было продемонстрировано с помощью создания «перевернутых» SNARE, где домены SNARE обращены во внеклеточное пространство, а не в цитозоль. Когда клетки, содержащие v-SNARE, контактируют с клетками, содержащими t-SNARE, образуются комплексы транс -SNARE и происходит слияние клеток. [10]
Основной комплекс SNARE представляет собой пучок из 4 спиралей. [11] Синаптобревин и синтаксин вносят по одной -спирали каждый, тогда как SNAP-25 участвует двумя -спиралями (сокращенно Sn1 и Sn2). Взаимодействующие аминокислотные остатки, образующие комплекс SNARE, могут быть сгруппированы в слои. Каждый слой имеет 4 аминокислотных остатка – по одному остатку на каждую из 4 -спиралей. В центре комплекса находится нулевой ионный слой , состоящий из одного остатка аргинина (R) и трех остатков глутамина (Q), и по бокам он окружен лейциновой застежкой . Слои «-1», «+1» и «+2» в центре комплекса наиболее точно соответствуют идеальной геометрии лейциновой застежки и аминокислотному составу. [12]
Нулевой ионный слой состоит из R56 из VAMP-2, Q226 из синтаксина-1A, Q53 из Sn1 и Q174 из Sn2 и полностью скрыт внутри слоев лейциновой застежки. Положительно заряженная гуанидиногруппа остатка аргинина (R) взаимодействует с карбоксильными группами каждого из трех остатков глутамина (Q).
Боковые слои лейциновой застежки действуют как водонепроницаемое уплотнение, защищающее ионные взаимодействия от окружающего растворителя . Воздействие нулевого ионного слоя водным растворителем путем разрыва фланкирующей лейциновой застежки приводит к нестабильности комплекса SNARE и является предполагаемым механизмом, с помощью которого -SNAP и NSF рециркулируют комплексы SNARE после завершения экзоцитоза синаптических везикул .
Белки SNARE должны собираться в транс -SNARE-комплексы, чтобы обеспечить силу, необходимую для слияния пузырьков . Четыре домена α-спирали (по одному из синаптобревина и синтаксина и два из SNAP-25 ) объединяются, образуя мотив спиральной спирали . Ограничивающим скорость этапом процесса сборки является ассоциация синтаксинового домена SNARE, поскольку он обычно находится в «закрытом» состоянии, когда он неспособен взаимодействовать с другими белками SNARE. [13] Когда синтаксин находится в открытом состоянии, образование комплекса транс -SNARE начинается с ассоциации четырех доменов SNARE на их N-концах . Домены SNARE продолжают формировать спиральный мотив в направлении С-концов своих соответствующих доменов. SNAP и NSF также связываются с комплексом, образованным SNARE на этом этапе, и участвуют в более поздних событиях прайминга и разборки.
Считается, что белок SM Munc18 играет роль в сборке комплекса SNARE, хотя точный механизм его действия все еще обсуждается. Известно, что застежка Munc18 фиксирует синтаксин в закрытой конформации путем связывания с его α-спиральными доменами SNARE, что ингибирует вход синтаксина в комплексы SNARE (тем самым ингибируя слияние ). [13] Однако застежка также способна связывать весь четырехспиральный пучок транс - SNARE комплекса. Одна из гипотез предполагает, что во время сборки SNARE-комплекса застежка Munc18 высвобождает закрытый синтаксин, остается связанным с N-концевым пептидом синтаксина (что позволяет ассоциировать домен SNARE синтаксина с другими белками SNARE), а затем повторно прикрепляется к вновь образовавшимся четырем белкам. -спиральный комплекс SNARE. [14] Этот возможный механизм диссоциации и последующей реассоциации с доменами SNARE может быть кальций-зависимым. [15] Это подтверждает идею о том, что Munc18 играет ключевую регуляторную роль в слиянии пузырьков ; в нормальных условиях Munc18 предотвращает образование комплекса SNARE, но при его активации Munc18 фактически помогает в сборке SNARE-комплекса и тем самым действует как катализатор слияния . [14]
Слияние мембран — это энергозатратная серия событий, которая требует транслокации белков в мембране и разрушения липидного бислоя с последующим преобразованием сильно изогнутой мембранной структуры. Процесс соединения двух мембран требует затрат энергии для преодоления электростатических сил отталкивания между мембранами. Механизм, который регулирует движение связанных с мембраной белков от зоны контакта с мембраной перед слиянием, неизвестен, но считается, что локальное увеличение кривизны мембраны вносит свой вклад в этот процесс. SNARE генерируют энергию посредством белок-липидных и белок-белковых взаимодействий, которые действуют как движущая сила слияния мембран.
Одна модель предполагает, что сила, необходимая для соединения двух мембран во время слияния , возникает из-за конформационных изменений в комплексах транс -SNARE с образованием комплексов цис -SNARE. Текущая гипотеза, описывающая этот процесс, называется «застегиванием молнии» SNARE. [16]
Когда образуется комплекс транс -SNARE, белки SNARE все еще находятся на противоположных мембранах. Поскольку домены SNARE продолжают скручиваться в спонтанном процессе , они образуют гораздо более плотный и стабильный пучок из четырех спиралей. Считается, что во время этого «застегивания» комплекса SNARE часть высвобождаемой энергии от связывания сохраняется в виде напряжения молекулярного изгиба в отдельных мотивах SNARE. Предполагается, что это механическое напряжение сохраняется в полужестких линкерных областях между трансмембранными доменами и спиральным пучком SNARE. [17] [18] Энергетически невыгодный изгиб сводится к минимуму, когда комплекс перемещается периферически к месту слияния мембран. В результате снятие стресса преодолевает силы отталкивания между пузырьком и клеточной мембраной и сжимает две мембраны вместе. [19]
Было предложено несколько моделей, объясняющих последующий этап – образование ножки и поры слияния. Однако точная природа этих процессов остается дискуссионной. В соответствии с гипотезой «молнии», когда формируется комплекс SNARE, стягивающийся пучок спирали оказывает скручивающее усилие на трансмембранные (ТМ) домены синаптобревина и синтаксина . [20] Это приводит к тому, что домены ТМ наклоняются внутри отдельных мембран, поскольку белки скручиваются более плотно. Нестабильная конфигурация доменов TM в конечном итоге приводит к слиянию двух мембран, и белки SNARE объединяются внутри одной мембраны, которая называется комплексом « цис »-SNARE. [21] В результате перестройки липидов открывается пора слияния и позволяет химическому содержимому пузырька просачиваться во внешнюю среду.
Континуальное объяснение формирования стебля предполагает, что слияние мембран начинается с бесконечно малого радиуса, пока оно не расширяется радиально в структуру, похожую на стебель. Однако такое описание не учитывает молекулярную динамику мембранных липидов. Недавнее молекулярное моделирование показывает, что непосредственная близость мембран позволяет липидам распространяться, когда популяция липидов вставляет свои гидрофобные хвосты в соседнюю мембрану, эффективно удерживая «ногу» в каждой мембране. Разрешение расширенного липидного состояния происходит спонтанно с образованием структуры стебля. С этой молекулярной точки зрения промежуточное состояние расширенного липида является барьером, определяющим скорость, а не образованием стебля, который теперь становится минимумом свободной энергии. Энергетический барьер установления конформации расширенного липида прямо пропорционален межмембранному расстоянию. Таким образом, комплексы SNARE и их сжатие двух мембран вместе могут обеспечить свободную энергию, необходимую для преодоления барьера. [22]
Затраты энергии, необходимые для осуществления SNARE-опосредованного слияния, происходят в результате разборки SNARE-комплекса. Предполагаемым источником энергии является N-этилмалеимид-чувствительный фактор (NSF) , АТФаза , которая участвует в слиянии мембран . Гомогексамеры NSF вместе с кофактором NSF α-SNAP связывают и диссоциируют комплекс SNARE, сочетая этот процесс с гидролизом АТФ . [23] Этот процесс позволяет осуществить обратный захват синаптобревина для дальнейшего использования в везикулах , тогда как другие белки SNARE остаются связанными с клеточной мембраной .
Диссоциированные белки SNARE имеют более высокое энергетическое состояние, чем более стабильный цис -SNARE-комплекс. Считается, что энергия, которая управляет синтезом , возникает в результате перехода к более низкоэнергетическому цис -SNARE-комплексу. Диссоциация комплексов SNARE, связанная с гидролизом АТФ, представляет собой затрату энергии, которую можно сравнить со «взведением пистолета», так что, как только начинается слияние пузырьков , процесс происходит спонтанно и с оптимальной скоростью. Аналогичный процесс происходит в мышцах, в которых головки миозина должны сначала гидролизовать АТФ , чтобы адаптировать необходимую конформацию для взаимодействия с актином и последующего силового удара.
Белок Q-SNARE Синаптосомально-ассоциированный белок 25 ( SNAP-25 ) состоит из двух α-спиральных доменов, соединенных случайным спиральным линкером. Область линкера случайной катушки наиболее примечательна наличием четырех остатков цистеина . [24] α-спиральные домены объединяются с таковыми как синтаксина , так и синаптобревина (также известного как мембранный белок, ассоциированный с везикулами или VAMP), образуя 4-α-спиральный комплекс SNARE, критически важный для эффективного экзоцитоза .
В то время как синтаксин и синаптобревин содержат трансмембранные домены , которые позволяют стыковаться с мембранами -мишенями и везикулами соответственно, SNAP-25 основан на пальмитоилировании остатков цистеина , обнаруженных в его области случайного клубка, для стыковки с мембраной-мишенью. Некоторые исследования предположили, что ассоциация с синтаксином посредством взаимодействий SNARE исключает необходимость в таких механизмах стыковки. Однако исследования по нокдауну синтаксина не показали снижения количества связанного с мембраной SNAP-25, что позволяет предположить, что существуют альтернативные способы стыковки. [25] Таким образом, ковалентное связывание цепей жирных кислот с SNAP-25 через тиоэфирные связи с одним или несколькими остатками цистеина обеспечивает регуляцию стыковки и, в конечном итоге, SNARE-опосредованного экзоцитоза . Этот процесс опосредуется специализированным ферментом под названием DHHC пальмитоилтрансфераза. [26] Также было показано, что богатый цистеином домен SNAP-25 слабо связывается с плазматической мембраной , что , возможно, позволяет ему локализоваться рядом с ферментом для последующего пальмитоилирования . Обратный процесс осуществляется другим ферментом, называемым пальмитоилпротеинтиоэстеразой (см. рисунок).
Также предполагается, что доступность SNAP-25 в комплексе SNARE может пространственно регулироваться посредством локализации липидных микродоменов в мембране-мишени. Пальмитоилированные остатки цистеина могут быть локализованы в желаемой области мембраны-мишени через благоприятное липидное окружение (возможно, богатое холестерином ), комплементарное цепям жирных кислот , связанным с остатками цистеина SNAP-25. [25]
Когда потенциал действия достигает окончания аксона , события деполяризации стимулируют открытие потенциалзависимых кальциевых каналов (VGCC) , обеспечивая быстрый приток кальция вниз по его электрохимическому градиенту . Кальций продолжает стимулировать экзоцитоз посредством связывания с синаптотагмином 1 . Однако было показано, что SNAP-25 отрицательно регулирует функцию VGCC в глутаматергических нейрональных клетках. SNAP-25 приводит к снижению плотности тока через VGCC и, следовательно, к уменьшению количества кальция , связывающего синаптотагмин , вызывая уменьшение нейронального глутаматергического экзоцитоза . И наоборот, недостаточная экспрессия SNAP-25 позволяет увеличить плотность тока VGCC и увеличить экзоцитоз. [27]
Дальнейшие исследования показали возможную связь между чрезмерной/недостаточной экспрессией SNAP-25 и различными заболеваниями головного мозга . При синдроме дефицита внимания/гиперактивности или СДВГ полиморфизмы в локусе гена SNAP-25 у людей связаны с заболеванием, что позволяет предположить потенциальную роль в его проявлении. [28] Это также подтверждается гетерогенными исследованиями нокаута SNAP-25, проведенными на мышах-мутантах колобомы , которые привели к фенотипическим характеристикам СДВГ. [29] Исследования также показали корреляцию чрезмерной/недостаточной экспрессии SNAP-25 и возникновения шизофрении . [30] [31]
Синтаксин состоит из трансмембранного домена (TMD), альфа-спирального домена SNARE, короткой линкерной области и домена Habc, который состоит из трех альфа-спиральных областей. Домен SNARE в синтаксине служит местом-мишенью для стыковки SNAP-25 и синаптобревина с целью формирования четырехспирального пучка, необходимого для комплекса SNARE, и последующего слияния . Однако домен Habc служит автоингибирующим доменом в синтаксине. Было показано, что он сворачивается и связывается с доменом SNARE синтаксина, индуцируя «закрытое» состояние, создавая физический барьер для формирования мотива SNARE . И наоборот, домен Habc может снова диссоциировать с доменом SNARE, оставляя синтаксин свободным для связи как с SNAP-25 , так и с синаптобревином . [32]
Существует огромное разнообразие подтипов синтаксинов : в геноме человека их насчитывается 15 разновидностей. [33] Было высказано предположение, что синтаксин 1B играет роль в регулировании количества синаптических везикул, готовых к экзоцитозу в окончаниях аксонов. Это также называют легковысвобождаемым пулом везикул (RRP) . Нокаут -исследование , проведенное в 2014 году, показало, что отсутствие синтаксина 1B привело к значительному уменьшению размера RRP. [34]
Многие нейротоксины напрямую влияют на комплексы SNARE. Такие токсины, как ботулинический и столбнячный токсины, воздействуют на компоненты SNARE. Эти токсины препятствуют правильной рециркуляции пузырьков и приводят к ухудшению мышечного контроля, спазмам, параличу и даже смерти.
Ботулинический токсин (BoNT) — один из самых сильных токсинов, когда-либо обнаруженных. [35] Это протеолитический фермент, который расщепляет белки SNARE в нейронах . Его белковая структура состоит из двух пептидных субъединиц: тяжелой цепи (100 кДа) и легкой цепи (50 кДа), которые удерживаются вместе дисульфидной связью . Действие BoNT происходит по четырехэтапному механизму, включающему связывание с мембраной нейрона, эндоцитоз , мембранную транслокацию и протеолиз белков SNARE. [36]
По механизму действия тяжелая цепь BoNT сначала используется для поиска нейрональных мишеней и связывания с ганглиозидами и мембранными белками пресинаптических нейронов. Затем токсин эндоцитозируется в клеточную мембрану. Тяжелая цепь претерпевает конформационные изменения, важные для перемещения легкой цепи в цитозоль нейрона. Наконец, после того как легкая цепь BoNT попадает в цитозоль целевого нейрона, она высвобождается из тяжелой цепи и может достичь своих активных сайтов расщепления на белках SNARE. [36] Легкая цепь высвобождается из тяжелой цепи за счет восстановления дисульфидной связи, удерживающей их вместе. Восстановление этой дисульфидной связи опосредовано системой НАДФН- тиоредоксинредуктаза – тиоредоксин . [38] Легкая цепь BoNT действует как металлопротеаза на белки SNARE, которые зависят от ионов Zn(II), [39] расщепляя их и устраняя их функцию при экзоцитозе .
Существует 8 известных изотипов BoNT, BoNT/A – BoNT/H, каждый из которых имеет разные специфические сайты расщепления на белках SNARE. SNAP25 , член семейства белков SNARE, расположенных в мембране клеток, расщепляется изотипами A, C и E BoNT. Расщепление SNAP-25 этими изотипами BoNT значительно ингибирует их функцию в формировании комплекса SNARE для слияния. везикул к синаптической мембране. BoNT/C также нацелен на синтаксин -1, еще один белок SNARE, расположенный в синаптической мембране. Он дегенерирует эти белки-синтаксины с таким же результатом, как и в случае с SNAP-25. Третий белок SNARE, синаптобревин (VAMP), расположен на клеточных везикулах . VAMP2 нацеливается и расщепляется изотипами B, D и F BoNT в синаптических нейронах. [35] Мишени этих различных изотипов BoNT, а также столбнячного нейротоксина (TeNT) показаны на рисунке справа.
В каждом из этих случаев ботулинический нейротоксин вызывает функциональное повреждение белков SNARE, что имеет серьезные физиологические и медицинские последствия. Повреждая белки SNARE, токсин предотвращает слияние синаптических везикул с синаптической мембраной и высвобождение их нейротрансмиттеров в синаптическую щель . При ингибировании высвобождения нейромедиатора в синаптическую щель потенциалы действия не могут распространяться для стимуляции мышечных клеток. Это приводит к параличу инфицированных, а в серьезных случаях может привести к смерти. Хотя действие ботулинического нейротоксина может быть смертельным, его также используют в качестве терапевтического средства в медицинских и косметических процедурах. [40] [41]
Столбнячный токсин , или TeNT, состоит из тяжелой цепи (100 кДа) и легкой цепи (50 кДа), соединенных дисульфидной связью . Тяжелая цепь отвечает за нейроспецифическое связывание TeNT с мембраной нервного окончания, эндоцитоз токсина и транслокацию легкой цепи в цитозоль. Легкая цепь обладает цинк-зависимой эндопептидазной или, более конкретно, матриксной металлопротеиназной (ММП) активностью, посредством которой осуществляется расщепление синаптобревина или ВАМП. [42]
Для активации легкой цепи TeNT один атом цинка должен быть связан с каждой молекулой токсина. [43] Когда цинк связан, восстановление дисульфидной связи будет осуществляться в первую очередь через окислительно- восстановительную систему НАДФН-тиоредоксинредуктаза-тиоредоксин . [44] Затем легкая цепь может свободно расщеплять связь Gln76-Phe77 синаптобревина. [42] Расщепление синаптобревина влияет на стабильность ядра SNARE, не позволяя ему войти в низкоэнергетическую конформацию, которая является мишенью для связывания NSF . [45] Это расщепление синаптобревина является конечной мишенью TeNT, и даже в низких дозах нейротоксин будет ингибировать экзоцитоз нейромедиатора .
Нейромедиаторы хранятся в легко высвобождаемых пулах везикул , локализованных в пресинаптическом терминале . Во время нейросекреции / экзоцитоза SNARE играют решающую роль в стыковке, прайминге, слиянии и синхронизации высвобождения нейромедиаторов в синаптическую щель .
Первым шагом в слиянии синаптических пузырьков является привязывание, при котором везикулы перемещаются из резервного пула в физический контакт с мембраной. На мембране Munc-18 изначально связан с синтаксином 1А в закрытой структуре. Предполагается, что диссоциация Munc-18 из комплекса освобождает синтаксин 1A для связывания с белками v-SNARE. [46] Следующим шагом в высвобождении является стыковка везикул, при которой белки v- и t-SNARE временно связываются кальций-независимым образом. Затем везикулы праймируются, при этом мотивы SNARE образуют стабильное взаимодействие между везикулой и мембраной. Комплексины стабилизируют праймированный SNARE-комплекс, делая везикулы готовыми к быстрому экзоцитозу.
Участок пресинаптической мембраны, содержащий праймированные везикулы и плотное скопление белков SNARE, называется активной зоной . Потенциал-управляемые кальциевые каналы сильно сконцентрированы вокруг активных зон и открываются в ответ на деполяризацию мембраны в синапсе. Приток кальция воспринимается синаптотагмином 1 , который, в свою очередь, вытесняет белок-комплексин и позволяет пузырьку сливаться с пресинаптической мембраной, высвобождая нейромедиатор. Также было показано, что потенциалзависимые кальциевые каналы напрямую взаимодействуют с синтаксином t-SNARE 1A и SNAP-25, а также с синаптотагмином 1. Эти взаимодействия способны ингибировать активность кальциевых каналов, а также плотно агрегировать молекулы вокруг сайт релиза. [47]
Было много клинических случаев, связывающих гены SNARE с нервными расстройствами. Дефицит мРНК SNAP-25 наблюдался в тканях гиппокампа у некоторых пациентов с шизофренией , однонуклеотидный полиморфизм SNAP-25 связан с гиперактивностью при расстройствах аутистического спектра , а сверхэкспрессия SNAP-25B приводит к раннему началу биполярного расстройства . [47]
Макроаутофагия — это катаболический процесс , включающий образование связанных с двойной мембраной органелл , называемых аутофагосомами , которые способствуют деградации клеточных компонентов посредством слияния с лизосомами . Во время аутофагии части цитоплазмы поглощаются чашеобразной двойной мембранной структурой, называемой фагофором, и в конечном итоге становятся содержимым полностью собранной аутофагосомы. Биогенез аутофагосом требует инициации и роста фагофоров - процесса, который, как когда-то считалось, происходит за счет добавления липидов de novo. Однако недавние данные свидетельствуют о том, что липиды, которые способствуют росту фагофоров, происходят из многочисленных источников мембран, включая эндоплазматический ретикулум , аппарат Гольджи , плазматическую мембрану и митохондрии . [48] SNAREs играют важную роль в обеспечении слияния пузырьков во время инициации и расширения фагофоров, а также слияния аутофагосом-лизосом на более поздних стадиях аутофагии.
Хотя механизм инициации фагофоров у млекопитающих неизвестен, SNARE участвуют в формировании фагофоров путем гомотипического слияния небольших, покрытых клатрином , одномембранных везикул, содержащих Atg16L, v-SNARE VAMP7 и его партнерских t-SNARE: синтаксин- 7 , Синтаксин-8 и VTI1B . [49] У дрожжей t-SNAREs Sec9p и Sso2p необходимы для экзоцитоза и способствуют тубуловезикулярному отпочкованию Atg9-положительных везикул, которые также необходимы для биогенеза аутофагосом. [50] [51] Выключение любого из этих SNARE приводит к накоплению небольших везикул, содержащих Atg9, которые не сливаются, тем самым предотвращая образование пре-аутофагосомной структуры. [51]
Помимо сборки фагофоров, SNARE также важны для обеспечения слияния аутофагосом и лизосом. У млекопитающих SNAREs VAMP7 , VAMP8 и VTI1B необходимы для слияния аутофагосом и лизосом, и этот процесс нарушается при лизосомальных нарушениях накопления, когда холестерин накапливается в лизосомах и изолирует SNARE в богатых холестерином областях мембраны, предотвращая их рециркуляцию. [52] Недавно синтаксин 17 ( STX17 ) был идентифицирован как связанный с аутофагосомой SNARE, который взаимодействует с VAMP8 и SNAP29 и необходим для слияния с лизосомой. [53] STX17 локализуется на внешней мембране аутофагосом, но не на фагофорах или других предшественниках аутофагосом, что предотвращает их преждевременное слияние с лизосомой. [53] У дрожжей слияние аутофагосом с вакуолями (дрожжевой эквивалент лизосом) требует SNARE и родственных белков, таких как гомолог синтаксина Vam3, гомолог SNAP-25 Vam7, Ras-подобная ГТФаза Ypt7 и ортолог NSF, Sec18. [48]
Известно, что несколько комплексов гибко заменяют один белок другим: два Qa-SNARE у дрожжей могут в некоторой степени заменять друг друга. Дрожжи, которые теряют R-SNARE (Sec22p), автоматически повышают уровень гомолога ( Ykt6p) и используют его таким же образом. Хотя дрозофилы не могут пережить потерю компонента SNAP-25 , SNAP-24 может полностью его заменить. А также у дрозофилы R-SNARE, обычно не обнаруживаемый в синапсах , может заменять синаптобревин . [6]
SNARE также встречаются в растениях, и достигнуто некоторое понимание их возникновения и роли. Часто оказывается, что они необходимы для транспорта везикул , в том числе данные Zheng et al 1999 о транспортировке вакуолей Гольджи . Большая часть этого исследования была проведена на Arabidopsis . [4]