stringtranslate.com

Протеиновая фосфатаза 1

PP1 играет важную роль в метаболизме гликогена, отвечая за взаимопревращение фосфорилазы a и b.

Протеиновая фосфатаза 1 ( PP1 ) принадлежит к определенному классу фосфатаз, известных как протеиновые серин/треониновые фосфатазы . Этот тип фосфатаз включает металлозависимые протеиновые фосфатазы (PPM) и фосфатазы на основе аспартата . Было обнаружено, что PP1 играет важную роль в контроле метаболизма гликогена , мышечного сокращения , клеточного прогрессирования, нейронной активности, сплайсинга РНК , митоза , [1] деления клеток, апоптоза , синтеза белка и регуляции мембранных рецепторов и каналов. [2]

Структура

Каждый фермент PP1 содержит как каталитическую субъединицу, так и по крайней мере одну регуляторную субъединицу. [3] [4] Каталитическая субъединица состоит из однодоменного белка 30 кДа, который может образовывать комплексы с другими регуляторными субъединицами. Каталитическая субъединица высококонсервативна среди всех эукариот , что предполагает общий каталитический механизм. Каталитическая субъединица может образовывать комплексы с различными регуляторными субъединицами. Эти регуляторные субъединицы играют важную роль в специфичности субстрата, а также в компартментализации . Некоторые общие регуляторные субъединицы включают GM (PPP1R3A) и GL (PPP1R3B), которые названы в честь их мест действия в организме (мышцы и печень соответственно), [5] В то время как дрожжи S. cerevisiae кодируют только одну каталитическую субъединицу, у млекопитающих есть четыре изозима, кодируемых тремя генами, каждый из которых привлекает разный набор регуляторных субъединиц. [4] Регулирование этих различных процессов осуществляется различными голоферментами PP1 , которые облегчают комплексообразование каталитической субъединицы PP1 с различными регуляторными субъединицами. [4] и PPP1R3G .

Для каталитической субъединицы PP1 доступны данные рентгеновской кристаллографии. [3] Каталитическая субъединица PP1 образует α/β-складку с центральным β-сэндвичем, расположенным между двумя α-спиральными доменами. Взаимодействие трех β-слоев β-сэндвича создает канал для каталитической активности, поскольку он является местом координации ионов металлов. [6] Эти ионы металлов были идентифицированы как Mn и Fe, и их координация обеспечивается тремя гистидинами, двумя аспарагиновыми кислотами и одним аспарагином. [7]

Механизм PP1 включает использование диметаллического иона и активирующей воды.

Каталитический механизм

Механизм включает связывание и активацию воды двумя ионами металлов, что инициирует нуклеофильную атаку на атом фосфора. [8]

Экзогенные ингибиторы

Потенциальные ингибиторы включают в себя различные встречающиеся в природе токсины, включая окадаевую кислоту , яд моллюсков, вызывающий диарею, сильный опухолевый стимулятор и микроцистин . [9] Микроцистин — это печеночный токсин, вырабатываемый сине-зелеными водорослями, и содержит циклическую гептапептидную структуру, которая взаимодействует с тремя различными областями поверхности каталитической субъединицы PP1. [10] Структура MCLR не изменяется при комплексообразовании с PP1, но каталитическая субъединица PP1 изменяется, чтобы избежать стерических эффектов Tyr 276 PP1 и боковой цепи Mdha MCLR. [7]

Кантаридовая кислота также является ингибитором PP1. [11]

Биологическая функция и регуляция

PP1 играет решающую роль в регуляции уровня глюкозы в крови в печени и метаболизме гликогена. PP1 важен для реципрокной регуляции метаболизма гликогена, обеспечивая противоположную регуляцию распада гликогена и синтеза гликогена. Ключевым регулятором PP1 является гликогенфосфорилаза a , которая служит сенсором глюкозы в гепатоцитах . [12] Когда уровень глюкозы низкий, фосфорилаза a в своем активном состоянии R крепко связывает PP1. Это связывание с фосфорилазой a предотвращает любую фосфатазную активность PP1 и поддерживает гликогенфосфорилазу в ее активной фосфорилированной конфигурации. Следовательно, фосфорилаза a будет ускорять распад гликогена до тех пор, пока не будут достигнуты адекватные уровни глюкозы. [12] Когда концентрация глюкозы становится слишком высокой, фосфорилаза a переходит в свое неактивное состояние T. Переходя фосфорилазу a в свое состояние T, PP1 диссоциирует от комплекса. Эта диссоциация активирует гликогенсинтазу и превращает фосфорилазу a в фосфорилазу b . Фосфорилаза b не связывает PP1, позволяя PP1 оставаться активированным. [12]

Когда мышцы тела сигнализируют о необходимости деградации гликогена и повышении уровня глюкозы в крови, PP1 будет регулироваться соответствующим образом. Протеинкиназа A ( цАМФ -зависимая протеинкиназа) может снижать активность PP1. Область связывания гликогена, GM, становится фосфорилированной, что вызывает ее диссоциацию от каталитической единицы PP1. [12] Это разделение каталитической единицы PP1, гликогена и других субстратов вызывает значительное снижение дефосфорилирования. Кроме того, когда другие субстраты становятся фосфорилированными протеинкиназой A, они могут связываться с каталитической субъединицей PP1 и напрямую ингибировать ее. [12] В конце концов, гликогенфосфорилаза сохраняется в своей активной форме, а гликогенсинтаза — в своей неактивной форме. Отдельно от ингибирования PP1, глюкагон также будет поддерживать киназу фосфорилазы активной через цАМФ , тем самым сохраняя гликогенфосфорилазу активной.

Когда уровень сахара в крови высок, инсулин будет секретироваться бета-клетками поджелудочной железы , косвенно активируя гликогенсинтазу и запуская синтез гликогена. Хотя с конца 1990-х годов было известно, что PP1 является одной из важнейших фосфатаз, участвующих в действии инсулина, [13] точные механизмы, посредством которых инсулин регулирует PP1, были раскрыты лишь недавно.

Исследование 2019 года, проведенное исследователями в Цинхуа , Фудане и Университете Китайской академии наук, продемонстрировало как в экспериментах с культурой клеток, так и на мышах с нокдауном PPP1R3G, что Akt (протеинкиназа B) напрямую фосфорилирует регуляторную субъединицу протеинфосфатазы 1 3G (PPP1R3G) , которая затем связывается с комплексом PP1, активируя его фосфатазную активность. Исследование показало, что фосфорилированный PPP1R3G также способен независимо связывать фосфорилированную гликогенсинтазу (p-GS) и привлекать p-GS к PP1, позволяя PP1 дефосфорилировать и тем самым активировать гликогенсинтазу независимо от GSK3 (которая, как уже известно, ингибируется Akt). [14]

Клиническая значимость

При болезни Альцгеймера гиперфосфорилирование белка, связанного с микротрубочками, подавляет сборку микротрубочек в нейронах. Исследователи из Института фундаментальных исследований нарушений развития штата Нью-Йорк показали, что активность фосфатазы 1 типа значительно ниже как в сером, так и в белом веществе мозга при болезни Альцгеймера. [15] Это говорит о том, что дисфункциональные фосфатазы играют роль в болезни Альцгеймера.

Регуляция транскрипции ВИЧ -1 протеинфосфатазой 1 (PP1). Было признано, что протеинфосфатаза-1 (PP1) служит важным регулятором транскрипции ВИЧ-1. Исследователи из Университета Говарда показали, что белок Tat нацеливает PP1 на ядро, и последующее взаимодействие важно для транскрипции ВИЧ-1. [16] Белок также вносит вклад в патогенез эболавируса , дефосфорилируя вирусный активатор транскрипции VP30, что позволяет ему производить вирусные мРНК. Ингибирование PP1 предотвращает дефосфорилирование VP30, тем самым предотвращая производство вирусной мРНК и, следовательно, вирусного белка. Однако вирусная L-полимераза все еще способна реплицировать вирусные геномы без дефосфорилирования VP30 PP1. [17]

Белок вируса простого герпеса ICP34.5 также активирует протеинфосфатазу 1, которая преодолевает клеточную реакцию на стресс на вирусную инфекцию; протеинкиназа R активируется двухцепочечной РНК вируса , а затем протеинкиназа R фосфорилирует белок, называемый эукариотическим фактором инициации-2A (eIF-2A), который инактивирует eIF-2A. EIF-2A необходим для трансляции , поэтому, отключая eIF-2A, клетка не дает вирусу захватить свой собственный механизм производства белка. Вирусы герпеса, в свою очередь, развили ICP34.5, чтобы преодолеть защиту; ICP34.5 активирует протеинфосфатазу-1A, которая дефосфорилирует eIF-2A, позволяя трансляции происходить снова. ICP34.5 разделяет C-концевой регуляторный домен ( InterPro :  IPR019523 ) с субъединицей протеинфосфатазы 1 15A/B. [18]

Субъединицы

Протеиновая фосфатаза 1 — это мультимерный фермент, который может содержать следующие субъединицы: [19]

Как было описано ранее, каталитическая субъединица всегда связана с одной или несколькими регуляторными субъединицами. Основной мотив последовательности для связывания с каталитической субъединицей — «RVxF», но дополнительные мотивы позволяют использовать дополнительные сайты. Некоторые комплексы с двумя присоединенными регуляторными субъединицами были описаны в 2002 и 2007 годах. [4]

Ссылки

  1. ^ Tournebize R, Andersen SS, Verde F, Dorée M, Karsenti E, Hyman AA (сентябрь 1997 г.). «Различные роли PP1 и PP2A-подобных фосфатаз в контроле динамики микротрубочек во время митоза». The EMBO Journal . 16 (18): 5537–49. doi :10.1093/emboj/16.18.5537. PMC  1170186. PMID  9312013 .
  2. ^ Fong NM, Jensen TC, Shah AS, Parekh NN, Saltiel AR, Brady MJ (ноябрь 2000 г.). «Идентификация участков связывания на белке, нацеленном на гликоген для ферментов метаболизма гликогена». Журнал биологической химии . 275 (45): 35034–9. doi : 10.1074/jbc.M005541200 . PMID  10938087.
  3. ^ ab Goldberg J, Huang HB, Kwon YG, Greengard P, Nairn AC, Kuriyan J (август 1995). "Трехмерная структура каталитической субъединицы белка серин/треонин фосфатазы-1". Nature . 376 (6543): 745–53. Bibcode :1995Natur.376..745G. doi :10.1038/376745a0. PMID  7651533. S2CID  4256743.
  4. ^ abcd Virshup DM, Shenolikar S (март 2009). «От промискуитета к точности: протеинфосфатазы получают преображение». Molecular Cell . 33 (5): 537–45. doi : 10.1016/j.molcel.2009.02.015 . PMID  19285938.
  5. ^ Armstrong CG, Browne GJ, Cohen P, Cohen PT (ноябрь 1997 г.). "PPP1R6, новый член семейства гликоген-таргетирующих субъединиц протеинфосфатазы 1". FEBS Letters . 418 (1–2): 210–4. Bibcode : 1997FEBSL.418..210A. doi : 10.1016/S0014-5793(97)01385-9. PMID  9414128. S2CID  21169749.
  6. ^ Эглофф MP, Джонсон DF, Мурхед G, Коэн PT, Коэн P, Барфорд D (апрель 1997 г.). «Структурная основа распознавания регуляторных субъединиц каталитической субъединицей протеинфосфатазы 1». Журнал EMBO . 16 (8): 1876–87. doi :10.1093/emboj/16.8.1876. PMC 1169791. PMID  9155014 . 
  7. ^ ab Barford D, Das AK, Egloff MP (1998). «Структура и механизм протеинфосфатаз: понимание катализа и регуляции». Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure . 27 : 133–64. doi :10.1146/annurev.biophys.27.1.133. PMID  9646865.
  8. ^ Zhang Y, Zhang M, Zhang Y (март 2011 г.). «Кристаллическая структура Ssu72, незаменимой эукариотической фосфатазы, специфичной для С-концевого домена РНК-полимеразы II, в комплексе с аналогом переходного состояния». The Biochemical Journal . 434 (3): 435–44. doi :10.1042/BJ20101471. PMID  21204787.
  9. ^ Wera S, Hemmings BA (октябрь 1995 г.). "Серин/треониновые протеинфосфатазы". The Biochemical Journal . 311 ( Pt 1) (1): 17–29. doi :10.1042/bj3110017. PMC 1136113. PMID  7575450 . 
  10. ^ MacKintosh C, Beattie KA, Klumpp S, Cohen P, Codd GA (май 1990 г.). «Цианобактериальный микроцистин-LR является мощным и специфическим ингибитором протеинфосфатаз 1 и 2A как у млекопитающих, так и у высших растений». FEBS Letters . 264 (2): 187–92. Bibcode : 1990FEBSL.264..187M. doi : 10.1016/0014-5793(90)80245-E . PMID  2162782. S2CID  27643473.
  11. ^ «Кантаридиновая кислота | CAS 28874-45-5».
  12. ^ abcde Берг Дж. М., Страйер Л., Тимочко Дж. Л. (24 декабря 2010 г.). Биохимия (7-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 978-1-4292-2936-4.
  13. ^ Brady M, Saltiel A (1 января 2001 г.). «Роль протеинфосфатазы-1 в действии инсулина» (PDF) . Recent Prog Horm Res . 56 : 157–173. doi :10.1210/rp.56.1.157. PMID  11237211 . Получено 15 декабря 2023 г. .
  14. ^ Li Q, Zhao Q, Zhang J, Linkang L, Wenhao W, Chua B, Chen Y, Xu L, Li P (24 сентября 2019 г.). «Комплекс протеинфосфатазы 1 является прямой мишенью AKT, которая связывает сигнализацию инсулина с отложением гликогена в печени». Cell Reports . 28 (13): 3406–3422. doi : 10.1016/j.celrep.2019.08.066 . PMID  31553910.
  15. ^ Gong CX, Singh TJ, Grundke-Iqbal I, Iqbal K (сентябрь 1993 г.). «Активность фосфопротеинфосфатазы в мозге при болезни Альцгеймера». Journal of Neurochemistry . 61 (3): 921–7. doi :10.1111/j.1471-4159.1993.tb03603.x. PMID  8395566. S2CID  30225343.
  16. ^ Nekhai S, Jerebtsova M, Jackson A, Southerland W (январь 2007 г.). «Регуляция транскрипции ВИЧ-1 протеинфосфатазой 1». Current HIV Research . 5 (1): 3–9. doi :10.2174/157016207779316279. PMID  17266553. S2CID  12105058.
  17. ^ Ильиных П.А., Тигабу Б, Иванов А, Аммосова Т, Обухов Ю, Гаррон Т, Кумари Н, Ковальский Д, Платонов М.О., Наумчик В.С., Фрейберг А.Н., Нехай С., Букреев А (август 2014 г.). «Роль протеинфосфатазы 1 в дефосфорилировании белка VP30 вируса Эбола и ее нацеливании на ингибирование вирусной транскрипции». Журнал биологической химии . 289 (33): 22723–38. дои : 10.1074/jbc.M114.575050 . ПМЦ 4132779 . ПМИД  24936058. 
  18. ^ Агарвалла П.К., Аги М.К. (2012). «Инженерия и подготовка онколитического вируса простого герпеса». Онколитические вирусы . Методы в молекулярной биологии. Т. 797. С. 1–19. doi :10.1007/978-1-61779-340-0_1. ISBN 978-1-61779-339-4. PMID  21948465.
  19. ^ Cohen PT (январь 2002 г.). «Протеиновая фосфатаза 1 — направлена ​​во многих направлениях». Journal of Cell Science . 115 (Pt 2): 241–56. doi :10.1242/jcs.115.2.241. PMID  11839776.

Внешние ссылки