stringtranslate.com

ABC-транспортер

Липидная флиппаза MsbA
Молибдатный транспортер AB 2 C 2 комплекс, открытое состояние

Транспортеры ABC , транспортеры кассет, связывающих АТФ-синтазу (АТФ), представляют собой суперсемейство транспортных систем, которое является одним из крупнейших и, возможно, одним из старейших семейств генов . Оно представлено во всех существующих типах , от прокариот до человека . [1] [2] [3] Транспортеры ABC относятся к транслоказам .

Транспортеры ABC часто состоят из нескольких субъединиц, одна или две из которых являются трансмембранными белками , а одна или две — мембранно-ассоциированными ААА- АТФазами . [ требуется ссылка ] Субъединицы АТФазы используют энергию связывания и гидролиза аденозинтрифосфата (АТФ) для обеспечения энергии, необходимой для перемещения субстратов через мембраны, либо для поглощения, либо для экспорта субстрата.

Большинство систем захвата также имеют внецитоплазматический рецептор, белок, связывающий растворенное вещество. Некоторые гомологичные АТФазы функционируют в процессах, не связанных с транспортом, таких как трансляция РНК и репарация ДНК . [4] [5] Транспортеры ABC считаются суперсемейством ABC на основе сходства последовательности и организации их доменов АТФ-связывающей кассеты (ABC), хотя интегральные мембранные белки, по-видимому, эволюционировали независимо несколько раз и, таким образом, включают в себя разные семейства белков. [6] Подобно экспортерам ABC, возможно, что интегральные мембранные белки систем захвата ABC также эволюционировали по крайней мере три раза независимо, основываясь на их трехмерных структурах высокого разрешения. [7] Портеры захвата ABC поглощают большое количество разнообразных питательных веществ, биосинтетических предшественников, следовых металлов и витаминов , в то время как экспортеры транспортируют липиды , стерины , лекарства и большое количество первичных и вторичных метаболитов. Некоторые из этих экспортеров у людей участвуют в резистентности опухолей, муковисцидозе и ряде других наследственных заболеваний человека. Высокий уровень экспрессии генов, кодирующих некоторые из этих экспортеров, как в прокариотических, так и в эукариотических организмах (включая человека) приводит к развитию резистентности к нескольким препаратам, таким как антибиотики и противораковые средства.

Сотни транспортеров ABC были охарактеризованы как у прокариот, так и у эукариот. [8] Гены ABC необходимы для многих процессов в клетке, а мутации в генах человека вызывают или способствуют возникновению нескольких генетических заболеваний человека. [9] Сорок восемь генов ABC были зарегистрированы у людей. Среди них многие были охарактеризованы и, как было показано, имеют причинно-следственную связь с заболеваниями, присутствующими у людей, такими как муковисцидоз , адренолейкодистрофия , болезнь Штаргардта , лекарственно-устойчивые опухоли, синдром Дубина-Джонсона , болезнь Байлера, прогрессирующий семейный внутрипеченочный холестаз, сцепленная с Х-хромосомой сидеробластная анемия , атаксия и персистирующая и гиперинсулименовая гипогликемия. [8] Транспортеры ABC также участвуют в множественной лекарственной устойчивости , и именно так некоторые из них были впервые идентифицированы. Когда транспортные белки ABC сверхэкспрессируются в раковых клетках, они могут экспортировать противораковые препараты и делать опухоли устойчивыми. [10]

Функция

Транспортеры ABC используют энергию связывания и гидролиза АТФ для транспортировки различных субстратов через клеточные мембраны . Они делятся на три основные функциональные категории. У прокариот импортеры опосредуют поглощение питательных веществ в клетку. Субстраты, которые могут транспортироваться, включают ионы , аминокислоты , пептиды , сахара и другие молекулы, которые в основном являются гидрофильными . Мембрано-проникающая область транспортера ABC защищает гидрофильные субстраты от липидов мембранного бислоя , тем самым обеспечивая путь через клеточную мембрану. У эукариот нет импортеров. Экспортеры или эффлюксеры , которые присутствуют как у прокариот, так и у эукариот, функционируют как насосы, которые выдавливают токсины и лекарства из клетки. У грамотрицательных бактерий экспортеры транспортируют липиды и некоторые полисахариды из цитоплазмы в периплазму . Третья подгруппа белков ABC не функционирует как транспортеры, а скорее участвует в процессах трансляции и восстановления ДНК. [4]

Прокариотические

Бактериальные транспортеры ABC необходимы для жизнеспособности клеток, вирулентности и патогенности. [1] [4] Например, системы поглощения железа ABC являются важными эффекторами вирулентности. [11] Патогены используют сидерофоры , такие как энтеробактин , для сбора железа, которое находится в комплексе с высокоаффинными железосвязывающими белками или эритроцитами . Это высокоаффинные железохелатирующие молекулы, которые секретируются бактериями и реабсорбируют железо в комплексы железо-сидерофор. Ген chvE-gguAB в Agrobacterium tumefaciens кодирует импортеры глюкозы и галактозы , которые также связаны с вирулентностью. [12] [13] Транспортеры чрезвычайно важны для выживания клеток, так как они функционируют как белковые системы, которые противодействуют любым нежелательным изменениям, происходящим в клетке. Например, потенциальное летальное увеличение осмотической силы уравновешивается активацией осмочувствительных транспортеров ABC, которые опосредуют поглощение растворенных веществ. [14] Помимо функционирования в транспорте, некоторые бактериальные белки ABC также участвуют в регуляции нескольких физиологических процессов. [4]

В бактериальных системах эффлюкса определенные вещества, которые необходимо вытеснить из клетки, включают поверхностные компоненты бактериальной клетки (например, капсульные полисахариды, липополисахариды и тейхоевая кислота ), белки, участвующие в бактериальном патогенезе (например, гемолиз , гем -связывающий белок и щелочная протеаза ), гем, гидролитические ферменты , белки S-слоя, факторы компетентности, токсины , антибиотики , бактериоцины , пептидные антибиотики , лекарства и сидерофоры. [15] Они также играют важную роль в биосинтетических путях, включая внеклеточный биосинтез полисахаридов [16] и биогенез цитохрома . [17]

Эукариотические

Хотя большинство эукариотических транспортеров ABC являются эффлюксерами, некоторые из них не участвуют напрямую в транспортировке субстратов. В трансмембранном регуляторе муковисцидоза ( CFTR ) и в рецепторе сульфонилмочевины (SUR) гидролиз АТФ связан с регуляцией открытия и закрытия ионных каналов, переносимых самим белком ABC или другими белками. [5]

Транспортеры ABC человека участвуют в нескольких заболеваниях, которые возникают из-за полиморфизмов в генах ABC и редко из-за полной потери функции отдельных белков ABC. [18] К таким заболеваниям относятся менделевские болезни и сложные генетические нарушения, такие как муковисцидоз, адренолейкодистрофия , болезнь Штаргардта , болезнь Танжера , иммунодефициты, прогрессирующий семейный внутрипеченочный холестаз , синдром Дубина-Джонсона , эластичная псевдоксантома , стойкая гиперинсулинемическая гипогликемия младенчества из-за фокальной аденоматозной гиперплазии , сцепленный с Х-хромосомой сидеробластоз и анемия , возрастная макулярная дегенерация , семейная гипоапопротеинемия, пигментный ретинит, дистрофия палочек и другие. [5] Семейство ABCB человека (MDR/TAP) отвечает за множественную лекарственную устойчивость (MDR) к различным структурно неродственным препаратам. ABCB1 или MDR1 P-гликопротеин также участвует в других биологических процессах, для которых транспорт липидов является основной функцией. Установлено, что он опосредует секрецию стероидного альдостерона надпочечниками, а его ингибирование блокирует миграцию дендритных иммунных клеток, [19] возможно, связанную с внешним транспортом липидного фактора активации тромбоцитов (PAF). Также сообщалось, что ABCB1 опосредует транспорт кортизола и дексаметазона , но не прогестерона в трансфицированных ABCB1 клетках. MDR1 также может транспортировать холестерин , короткоцепочечные и длинноцепочечные аналоги фосфатидилхолина (PC), фосфатидилэтаноламина (PE), фосфатидилсерина (PS), сфингомиелина (SM) и глюкозилцерамида (GlcCer). Мультиспецифический транспорт различных эндогенных липидов через транспортер MDR1, возможно, может влиять на трансбислоевое распределение липидов, в частности видов, обычно преобладающих на внутреннем слое плазматической мембраны, таких как PS и PE. [18]

Совсем недавно было показано, что ABC-транспортеры существуют в плаценте , что указывает на то, что они могут играть защитную роль для развивающегося плода от ксенобиотиков . [20] Доказательства показали, что плацентарная экспрессия ABC-транспортеров P-гликопротеина (P-gp) и белка резистентности рака молочной железы (BCRP) увеличивается у недоношенных по сравнению с плацентами доношенных, при этом экспрессия P-gp еще больше увеличивается при преждевременной беременности с хориоамнионитом. [21] В меньшей степени увеличение ИМТ матери также связано с повышенной экспрессией плацентарного ABC-транспортера, но только у недоношенных. [21]

Структура

Структура импортера ABC: BtuCD со связывающим белком ( PDB : 2qi9 )
Структура экспортера ABC: Sav1866 со связанным нуклеотидом ( PDB : 2onj )

Все транспортные белки ABC имеют структурную организацию, состоящую из четырех основных доменов. [22] Эти домены состоят из двух трансмембранных (T) доменов и двух цитозольных (A) доменов. Два T домена чередуются между внутренней и внешней ориентацией, и чередование обеспечивается гидролизом аденозинтрифосфата или АТФ . АТФ связывается с субъединицами A, а затем гидролизуется, обеспечивая чередование, но точный процесс, посредством которого это происходит, неизвестен. Четыре домена могут присутствовать в четырех отдельных полипептидах , которые встречаются в основном у бактерий, или присутствовать в одном или двух многодоменных полипептидах . [10] Когда полипептиды представляют собой один домен, их можно называть полным доменом, а когда они представляют собой два многодоменных домена, их можно называть полудоменом. [9] Каждый T домен обычно состоит из 10 мембранных альфа-спиралей, через которые транспортируемое вещество может проходить через плазматическую мембрану . Кроме того, структура доменов T определяет специфичность каждого белка ABC. В конформации, обращенной внутрь, сайт связывания на домене A открыт непосредственно для окружающих водных растворов. Это позволяет гидрофильным молекулам входить в сайт связывания непосредственно из внутреннего листка фосфолипидного бислоя . Кроме того, щель в белке доступна непосредственно из гидрофобного ядра внутреннего листка мембранного бислоя. Это позволяет гидрофобным молекулам входить в сайт связывания непосредственно из внутреннего листка фосфолипидного бислоя . После перемещения с помощью АТФ в конформацию, обращенную наружу, молекулы высвобождаются из сайта связывания и могут выйти в экзоплазматический листок или непосредственно во внеклеточную среду . [10]

Общей чертой всех транспортеров ABC является то, что они состоят из двух отдельных доменов, трансмембранного домена (TMD) и нуклеотидсвязывающего домена (NBD) . TMD, также известный как домен, охватывающий мембрану (MSD) или домен интегральной мембраны (IM), состоит из альфа-спиралей , встроенных в мембранный бислой. Он распознает различные субстраты и претерпевает конформационные изменения для транспортировки субстрата через мембрану. Последовательность и архитектура TMD изменчивы, что отражает химическое разнообразие субстратов, которые могут быть транслоцированы. С другой стороны, домен NBD или АТФ-связывающей кассеты (ABC) расположен в цитоплазме и имеет высококонсервативную последовательность. NBD является местом связывания АТФ. [23] У большинства экспортеров N-концевой трансмембранный домен и C-концевые домены ABC слиты в одну полипептидную цепь, организованную как TMD-NBD-TMD-NBD. Примером может служить экспортер гемолизина E. coli HlyB. Импортеры имеют инвертированную организацию, то есть NBD-TMD-NBD-TMD, где домен ABC является N-концевым, тогда как TMD является C-концевым, как, например, в белке MacB E. coli, отвечающем за устойчивость к макролидам . [4] [5]

Структурная архитектура транспортеров ABC состоит как минимум из двух TMD и двух NBD. Четыре отдельные полипептидные цепи, включающие две субъединицы TMD и две NBD, могут объединяться, образуя полный транспортер , например, в импортере BtuCD E. coli [24] [25], участвующем в поглощении витамина B 12 . Большинство экспортеров, например, в экспортере множественных лекарственных средств Sav1866 [26] из Staphylococcus aureus , состоят из гомодимера , состоящего из двух половинных транспортеров или мономеров TMD, слитых с доменом связывания нуклеотидов (NBD). Для получения функциональности часто требуется полный транспортер. Некоторые транспортеры ABC имеют дополнительные элементы, которые способствуют регуляторной функции этого класса белков. В частности, импортеры имеют высокоаффинный связывающий белок (BP) , который специфически связывается с субстратом в периплазме для доставки к соответствующему транспортеру ABC. Экспортеры не имеют связывающего белка, но имеют внутриклеточный домен (ICD) , который соединяет мембранные спирали и домен ABC. Считается, что ICD отвечает за связь между TMD и NBD. [23]

Трансмембранный домен (TMD)

Большинство транспортеров имеют трансмембранные домены, которые состоят из 12 α-спиралей с 6 α-спиралями на мономер. Поскольку TMD структурно разнообразны, некоторые транспортеры имеют различное количество спиралей (от шести до одиннадцати). Домены TM подразделяются на три различных набора складок: импортер ABC типа I , импортер ABC типа II и экспортер ABC . Классификация складок импортеров основана на детальной характеристике последовательностей. [23]

Импортерная складка ABC типа I первоначально наблюдалась в субъединице ModB TM транспортера молибдата . [27] Эта диагностическая складка также может быть обнаружена в субъединицах MalF и MalG TM MalFGK 2 [28] и транспортере Met MetI. [29] В транспортере MetI минимальный набор из 5 трансмембранных спиралей составляет эту складку, в то время как дополнительная спираль присутствует как для ModB, так и для MalG. Общей организацией складки является топология «вверх-вниз» спиралей TM2-5, которая выстилает путь транслокации, и спирали TM1, обернутой вокруг внешней, обращенной к мембране поверхности и контактирующей с другими спиралями TM.

Складка импортера ABC типа II наблюдается в двадцати TM-спиральном домене BtuCD [24] и в Hi1471, [30] гомологичном транспортере из Haemophilus influenzae . В BtuCD упаковка спиралей сложная. Заметная закономерность заключается в том, что спираль TM2 расположена через центр субъединицы, где она окружена в непосредственной близости другими спиралями. Между тем, спирали TM5 и TM10 расположены в интерфейсе TMD. Мембранная область экспортеров ABC организована в два «крыла», которые состоят из спиралей TM1 и TM2 из одной субъединицы и TM3-6 из другой, в расположении с обменом доменами. Заметная закономерность заключается в том, что спирали TM1-3 связаны с TM4-6 приблизительно двукратным вращением вокруг оси в плоскости мембраны. [23]

Экспортерная складка изначально наблюдается в структуре Sav1866. Она содержит 12 спиралей ТМ, 6 на мономер. [23]

Нуклеотид-связывающий домен (NBD)

Структура NBD транспортеров ABC со связанным нуклеотидом ( PDB : 2onj ​). Линейное представление последовательности белка выше показывает относительное положение консервативных аминокислотных мотивов в структуре (цвета соответствуют трехмерной структуре)

Домен ABC состоит из двух доменов, каталитического основного домена, похожего на RecA -подобные моторные АТФазы , и меньшего, структурно разнообразного α-спирального субдомена , уникального для транспортеров ABC. Более крупный домен обычно состоит из двух β-слоев и шести α-спиралей, где расположен каталитический мотив Walker A (GXXGXGKS/T, где X — любая аминокислота) или P-петля и мотив Walker B (ΦΦΦΦD, из которых Φ — гидрофобный остаток). Спиральный домен состоит из трех или четырех спиралей и мотива сигнатуры ABC , также известного как мотив LSGGQ , линкерный пептид или мотив C. Домен ABC также имеет остаток глутамина, находящийся в гибкой петле, называемой петлей Q , крышкой или γ-фосфатным переключателем, который соединяет TMD и ABC. Предполагается, что петля Q участвует во взаимодействии NBD и TMD, в частности, в сопряжении гидролиза нуклеотидов с конформационными изменениями TMD во время транслокации субстрата. Мотив H или область переключения содержит высококонсервативный остаток гистидина , который также важен во взаимодействии домена ABC с АТФ. Название АТФ-связывающая кассета происходит от диагностического расположения складок или мотивов этого класса белков при образовании сэндвича АТФ и гидролизе АТФ. [4] [15] [23]

Связывание и гидролиз АТФ

Образование димера двух доменов ABC транспортеров требует связывания АТФ. [31] Обычно наблюдается, что состояние, связанное с АТФ, связано с наиболее обширным интерфейсом между доменами ABC, тогда как структуры транспортеров без нуклеотидов демонстрируют конформации с большим разделением между доменами ABC. [23] Структуры состояния, связанного с АТФ, изолированных NBD были описаны для импортеров, включая HisP, [32] GlcV, [33] MJ1267, [34] E. coli MalK (EcMalK), [35] T. litoralis MalK (TlMalK), [36] и экспортеров, таких как TAP, [37] HlyB, [38] MJ0796, [39] [40] Sav1866, [26] и MsbA. [41] В этих транспортерах АТФ связан с доменом ABC. Две молекулы АТФ расположены на границе димера, зажатые между мотивом Walker A одной субъединицы и мотивом LSGGQ другой. [23] Впервые это наблюдалось в Rad50 [42] и было описано в структурах MJ0796, субъединицы NBD транспортера LolD из Methanococcus jannaschii [40] и EcMalK транспортера мальтозы. [35] Эти структуры также согласуются с результатами биохимических исследований, показывающих, что АТФ находится в тесном контакте с остатками в P-петле и мотиве LSGGQ во время катализа . [43]

Связывание нуклеотидов необходимо для обеспечения электростатической и/или структурной целостности активного сайта и способствует формированию активного димера NBD. [44] Связывание АТФ стабилизируется следующими взаимодействиями: (1) взаимодействием кольцевой укладки консервативного ароматического остатка, предшествующего мотиву Walker A, и аденозинового кольца АТФ, [45] [46] (2) водородными связями между консервативным остатком лизина в мотиве Walker A и атомами кислорода β- и γ-фосфатов АТФ и координацией этих фосфатов и некоторых остатков в мотиве Walker A с ионом Mg2 + , [33] [37] и (3) координацией γ-фосфата с боковой цепью серина и амидными группами основной цепи остатков глицина в мотиве LSGGQ. [47] Кроме того, остаток, который предполагает тесную связь связывания АТФ и димеризации, является консервативным гистидином в петле H. Этот гистидин контактирует с остатками через интерфейс димера в мотиве Walker A и петле D, консервативной последовательности, следующей за мотивом Walker B. [35] [40] [42] [48]

Ферментативный гидролиз АТФ требует надлежащего связывания фосфатов и позиционирования γ-фосфата по отношению к атакующей воде. [23] В месте связывания нуклеотидов атомы кислорода β- и γ-фосфатов АТФ стабилизируются остатками в мотиве Уокера А [49] [50] и координируются с Mg 2+ . [23] Этот ион Mg2 + также координируется с конечным остатком аспартата в мотиве Walker B через атакующую H2O . [ 33] [34] [39] Обнаружено, что общее основание, которым может быть остаток глутамата , смежный с мотивом Walker B, [31] [40] [46] глутамин в Q-петле, [30] [36] [40] или гистидин в области переключения, который образует водородную связь с γ-фосфатом АТФ, катализирует скорость гидролиза АТФ, способствуя атаке H2O . [ 35] [36] [40] [48] Точный молекулярный механизм гидролиза АТФ все еще остается спорным. [4]

Механизм транспорта

Транспортеры ABC являются активными транспортерами , то есть они используют энергию в форме аденозинтрифосфата (АТФ) для перемещения субстратов через клеточные мембраны. Эти белки используют энергию связывания и/или гидролиза АТФ для управления конформационными изменениями в трансмембранном домене (TMD) и, следовательно, для транспортировки молекул. [51] Импортеры и экспортеры ABC имеют общий механизм транспортировки субстратов. Они схожи по своей структуре. Модель, описывающая конформационные изменения, связанные со связыванием субстрата, — это модель чередующегося доступа . В этой модели сайт связывания субстрата чередуется между конформациями, обращенными наружу и внутрь . Относительное сродство связывания двух конформаций для субстрата в значительной степени определяет чистое направление транспорта. Для импортеров, поскольку транслокация направлена ​​из периплазмы в цитоплазму, конформация, обращенная наружу, имеет более высокое сродство связывания с субстратом. Напротив, сродство связывания субстрата у экспортеров больше в конформации, обращенной внутрь. [23] Модель, описывающая конформационные изменения в домене связывания нуклеотидов (NBD) в результате связывания и гидролиза АТФ, называется моделью переключения АТФ . Эта модель представляет две основные конформации NBD: образование закрытого димера при связывании двух молекул АТФ и диссоциацию в открытый димер, облегчаемую гидролизом АТФ и высвобождением неорганического фосфата (P i ) и аденозиндифосфата (АДФ). Переключение между открытой и закрытой конформациями димера вызывает конформационные изменения в TMD, что приводит к транслокации субстрата. [52]

Общий механизм транспортного цикла транспортеров ABC не был полностью выяснен, но накоплены существенные структурные и биохимические данные, подтверждающие модель, в которой связывание и гидролиз АТФ сопряжены с конформационными изменениями в транспортере. Состояние покоя всех транспортеров ABC имеет NBD в открытой димерной конфигурации с низким сродством к АТФ. Эта открытая конформация обладает камерой, доступной для внутренней части транспортера. Транспортный цикл инициируется связыванием субстрата с высокоаффинным сайтом на TMD, что вызывает конформационные изменения в NBD и усиливает связывание АТФ. Две молекулы АТФ связываются кооперативно, образуя закрытую димерную конфигурацию. Закрытый димер NBD вызывает конформационное изменение в TMD таким образом, что TMD открывается, образуя камеру с отверстием, противоположным от того, что было в исходном состоянии. Сродство субстрата к TMD снижается, тем самым высвобождая субстрат. Гидролиз АТФ следует за этим, а затем последовательное высвобождение P i и затем АДФ восстанавливает транспортер до его базовой конфигурации. Хотя был предложен общий механизм, порядок связывания субстрата, связывания нуклеотида и гидролиза, а также конформационные изменения, а также взаимодействия между доменами все еще обсуждаются. [4] [15] [18] [23] [41 ] [44] [51] [52] [53] [54] [55]

Несколько групп, изучающих транспортеры ABC, имеют различные предположения о движущей силе функции транспортера. Обычно предполагается, что гидролиз АТФ обеспечивает основной энергетический ввод или «силовой ход» для транспорта и что NBD работают попеременно и, возможно, участвуют в различных этапах транспортного цикла. [56] Однако недавние структурные и биохимические данные показывают, что связывание АТФ, а не гидролиз АТФ, обеспечивает «силовой ход». [57] Также может быть, что поскольку связывание АТФ запускает димеризацию NBD, образование димера может представлять собой «силовой ход». Кроме того, некоторые транспортеры имеют NBD, которые не обладают схожими способностями связывания и гидролиза АТФ, и что интерфейс димера NBD состоит из двух карманов связывания АТФ, предполагает параллельную функцию двух NBD в транспортном цикле. [52]

Были представлены некоторые доказательства того, что связывание АТФ действительно является силовым ходом транспортного цикла. [52] Было показано, что связывание АТФ вызывает изменения в свойствах связывания субстрата TMDs. Сродство транспортеров ABC к субстратам было трудно измерить напрямую, а косвенные измерения, например, посредством стимуляции активности АТФазы, часто отражают другие этапы, ограничивающие скорость. Недавно прямое измерение связывания винбластина с пермеазой -гликопротеином ( P-гликопротеином ) в присутствии негидролизуемых аналогов АТФ, например, 5'-аденилил-β-γ-имидодифосфата (AMP-PNP), показало, что связывание АТФ при отсутствии гидролиза достаточно для снижения сродства связывания субстрата. [58] Кроме того, связывание АТФ вызывает существенные конформационные изменения в TMDs. Спектроскопические исследования , исследования доступности протеазы и сшивания показали, что связывание АТФ с NBD вызывает конформационные изменения в белке-1, ассоциированном с множественной лекарственной устойчивостью (MRP1), [59] HisPMQ, [60] LmrA, [61] и Pgp. [62] Двумерные кристаллические структуры Pgp, связанного с AMP-PNP, показали, что основные конформационные изменения во время транспортного цикла происходят при связывании АТФ, а последующий гидролиз АТФ вносит более ограниченные изменения. [63] Вращение и наклон трансмембранных α-спиралей могут способствовать этим конформационным изменениям. Другие исследования были сосредоточены на подтверждении того, что связывание АТФ вызывает образование замкнутых димеров NBD. Биохимические исследования неповрежденных транспортных комплексов показывают, что конформационные изменения в NBD относительно невелики. В отсутствие АТФ NBD могут быть относительно гибкими, но они не подразумевают значительной переориентации NBD по отношению к другим доменам. Связывание АТФ вызывает жесткое вращение двух субдоменов ABC относительно друг друга, что позволяет правильно выровнять нуклеотид в активном сайте и взаимодействовать с обозначенными мотивами. Существуют веские биохимические доказательства того, что связывание двух молекул АТФ может быть кооперативным, то есть АТФ должен связаться с двумя карманами активного сайта, прежде чем NBD смогут димеризоваться и сформировать закрытую, каталитически активную конформацию. [52]

Импортеры ABC

Большинство транспортеров ABC, которые опосредуют поглощение питательных веществ и других молекул в бактериях, полагаются на высокоаффинный связывающий белок растворенного вещества (BP). BP представляют собой растворимые белки, расположенные в периплазматическом пространстве между внутренней и внешней мембранами грамотрицательных бактерий . Грамположительные микроорганизмы лишены периплазмы , поэтому их связывающий белок часто представляет собой липопротеин, связанный с внешней поверхностью клеточной мембраны . Некоторые грамположительные бактерии имеют BP, слитые с трансмембранным доменом самого транспортера. [4] Первой успешной рентгеновской кристаллической структурой интактного импортера ABC является транспортер молибдена (ModBC-A) из Archaeoglobus fulgidus . [27] Также были определены структуры атомного разрешения трех других бактериальных импортеров, E. coli BtuCD, [24] переносчика мальтозы E. coli (MalFGK 2 -E), [28] и предполагаемого транспортера металл-хелат Haemophilus influenzae , HI1470/1, [30] . Структуры предоставили подробные картины взаимодействия трансмембранного и ABC-доменов, а также выявили две различные конформации с отверстием в двух противоположных направлениях. Другой общей чертой импортеров является то, что каждый NBD связан с одним TMD в основном через короткую цитоплазматическую спираль TMD, «связующую спираль». Эта часть петли EAA стыкуется в поверхностной щели, образованной между RecA-подобными и спиральными ABC-субдоменами, и лежит приблизительно параллельно мембранному бислою. [54]

Крупные импортеры ABC

BtuCD и HI1470/1 классифицируются как крупные (тип II) импортеры ABC. Трансмембранная субъединица импортера витамина B12 , BtuCD, содержит 10 спиралей TM, а функциональная единица состоит из двух копий домена связывания нуклеотидов (NBD) и трансмембранного домена (TMD). TMD и NBD взаимодействуют друг с другом через цитоплазматическую петлю между двумя спиралями TM и петлей Q в ABC. В отсутствие нуклеотида два домена ABC свернуты, а интерфейс димера открыт. Сравнение структур со связывающим белком (BtuCDF) и без (BtuCD) показывает, что BtuCD имеет отверстие, обращенное к периплазме, тогда как в BtuCDF обращенная наружу конформация закрыта по обе стороны мембраны. Структуры BtuCD и гомолога BtuCD, HI1470/1, представляют два различных конформационных состояния транспортера ABC. Предсказанный путь транслокации в BtuCD открыт для периплазмы и закрыт на цитоплазматической стороне мембраны, тогда как путь HI1470/1 обращен в противоположном направлении и открыт только для цитоплазмы. Различие в структурах заключается в повороте на 9° одной субъединицы TM относительно другой. [4] [23] [54]

Мелкие импортеры ABC

Структуры ModBC-A и MalFGK 2 -E, которые находятся в комплексе со своим связывающим белком, соответствуют малым (тип I) импортерам ABC. TMD ModBC-A и MalFGK 2 -E имеют только шесть спиралей на субъединицу. Гомодимер ModBC-A находится в конформации, в которой субъединицы TM (ModB) ориентируются в перевернутой V-образной форме с полостью, доступной для цитоплазмы. С другой стороны, субъединицы ABC (ModC) расположены в открытой, свободной от нуклеотидов конформации, в которой P-петля одной субъединицы обращена, но отделена от мотива LSGGQ другой. Связывающий белок ModA находится в закрытой конформации с субстратом, связанным в щели между его двумя долями и прикрепленным к внеклеточным петлям ModB, где субстрат находится непосредственно над закрытым входом транспортера. Структура MalFGK 2 -E напоминает каталитическое переходное состояние для гидролиза АТФ. Она находится в закрытой конформации, где она содержит две молекулы АТФ, зажатые между мотивами Walker A и B одной субъединицы и мотивом LSGGQ другой субъединицы. Белок, связывающий мальтозу (MBP или MalE), пристыкован к периплазматической стороне субъединиц TM (MalF и MalG), а на границе MalF и MalG можно обнаружить большую закрытую полость. Расположение спиралей TM находится в конформации, которая закрыта по отношению к цитоплазме, но с отверстием, обращенным наружу. Структура предполагает возможность того, что MBP может стимулировать активность АТФазы транспортера при связывании. [4] [23] [54]

Механизм транспортировки для импортеров

Предложенный механизм транспорта для импортеров ABC. Эта модель с чередующимся доступом была основана на кристаллических структурах ModBC-A [27] и HI1470/1. [30]

Механизм транспорта для импортеров поддерживает модель чередующегося доступа. Состояние покоя импортеров — обращено внутрь, где интерфейс димера домена связывания нуклеотидов (NBD) удерживается открытым TMD и обращен наружу, но закрыт от цитоплазмы. При стыковке закрытого, загруженного субстратом связывающего белка к периплазматической стороне трансмембранных доменов, АТФ связывается, и димер NBD закрывается. Это переключает состояние покоя транспортера в конформацию, обращенную наружу, в которой TMD переориентируются для получения субстрата от связывающего белка. После гидролиза АТФ димер NBD открывается, и субстрат высвобождается в цитоплазму. Высвобождение АДФ и P i возвращает транспортер в состояние покоя. Единственное несоответствие этого механизма модели переключения АТФ заключается в том, что конформация в его состоянии покоя, без нуклеотидов, отличается от ожидаемой конформации, обращенной наружу. Хотя это и так, ключевым моментом является то, что NBD не димеризуется, если АТФ и связывающий белок не связаны с транспортером. [4] [15] [23] [52] [54]

Экспортеры ABC

Прокариотические экспортеры ABC широко распространены и имеют близких гомологов у эукариот. Этот класс транспортеров изучается на основе типа транспортируемого субстрата. Один класс участвует в экспорте белков (например, токсинов , гидролитических ферментов , белков S-слоя, лантибиотиков , бактериоцинов и факторов компетентности), а другой — в оттоке лекарств. Транспортеры ABC привлекли большое внимание, поскольку они способствуют устойчивости клеток к антибиотикам и противораковым препаратам , выкачивая лекарства из клеток. [1] [64] [4] Распространенным механизмом является сверхэкспрессия экспортеров ABC, таких как P-гликопротеин (P-gp/ABCB1), белок 1, ассоциированный с множественной лекарственной устойчивостью ( MRP1 / ABCC1 ), и белок устойчивости рака молочной железы (BCRP/ABCG2) в раковых клетках, что ограничивает воздействие противораковых препаратов. [65]

В грамотрицательных организмах транспортеры ABC опосредуют секрецию белковых субстратов через внутреннюю и внешнюю мембраны одновременно, не проходя через периплазму. Этот тип секреции называется секрецией типа I , которая включает три компонента, которые функционируют совместно: экспортер ABC , белок слияния мембран (MFP) и фактор внешней мембраны (OMF) . Примером является секреция гемолизина (HlyA) из E. coli , где транспортер ABC внутренней мембраны HlyB взаимодействует с белком слияния внутренней мембраны HlyD и посредником внешней мембраны TolC. TolC позволяет гемолизину транспортироваться через две мембраны, минуя периплазму. [1] [64] [15]

Бактериальная лекарственная устойчивость становится все более серьезной проблемой здравоохранения. Один из механизмов лекарственной устойчивости связан с увеличением оттока антибиотиков из бактериальной клетки. Лекарственная устойчивость, связанная с оттоком лекарств, опосредованным P-гликопротеином , первоначально была описана в клетках млекопитающих. В отношении бактерий Леви и его коллеги представили первые доказательства того, что устойчивость к антибиотикам была вызвана активным оттоком лекарства. [66] P-гликопротеин является наиболее изученным насосом оттока и, как таковой, дал важные сведения о механизме работы бактериальных насосов. [4] Хотя некоторые экспортеры транспортируют определенный тип субстрата, большинство транспортеров выдавливают разнообразный класс лекарств с различной структурой. [18] Эти транспортеры обычно называются транспортерами ABC с множественной лекарственной устойчивостью (MDR) и иногда их называют «гидрофобными пылесосами». [55]

Человеческий ABCB1/MDR1 P-гликопротеин

P-гликопротеин (3.A.1.201.1) — хорошо изученный белок, связанный с множественной лекарственной устойчивостью. Он принадлежит к семейству человеческих ABCB (MDR/TAP) и также известен как ABCB1 или MDR1 Pgp . MDR1 состоит из функционального мономера с двумя трансмембранными доменами (TMD) и двумя нуклеотидсвязывающими доменами (NBD). Этот белок может транспортировать в основном катионные или электрически нейтральные субстраты, а также широкий спектр амфифильных субстратов. Структура полноразмерного мономера ABCB1 была получена в присутствии и в отсутствие нуклеотида с помощью электронной криокристаллографии . Без нуклеотида TMD приблизительно параллельны и образуют бочку, окружающую центральную пору, с отверстием, обращенным к внеклеточной стороне мембраны и закрытым на внутриклеточной стороне. В присутствии негидролизуемого аналога АТФ, AMP-PNP, TMDs имеют существенную реорганизацию с тремя четко разделенными доменами. Центральная пора, которая заключена между TMDs, слегка открыта в направлении внутриклеточной поверхности с зазором между двумя доменами, что обеспечивает доступ субстрата из липидной фазы. Существенная переупаковка и возможное вращение спиралей TM при связывании нуклеотидов предполагает модель вращения спирали для транспортного механизма. [18]

Транспортеры растений

Геном модельного растения Arabidopsis thaliana способен кодировать 120 белков ABC по сравнению с 50-70 белками ABC, которые кодируются геномом человека и плодовых мушек ( Drosophila melanogaster ). Растительные белки ABC подразделяются на 13 подсемейств на основе размера (полный, половина или четверть), ориентации и общего сходства аминокислотной последовательности. [67] Гомологи с множественной лекарственной устойчивостью (MDR), также известные как P-гликопротеины, представляют собой крупнейшее подсемейство в растениях с 22 членами и второе по величине общее подсемейство ABC. Подсемейство B растительных транспортеров ABC (ABCB) характеризуется своей локализацией на плазматической мембране. [68] Транспортеры ABCB растений характеризуются гетерологичной экспрессией их в клетках Escherichia coli , Saccharomyces cerevisiae , Schizosaccharomyces pombe (делящиеся дрожжи) и HeLa для определения специфичности субстрата. Было показано, что транспортеры ABCB растений транспортируют фитогормон индол-3-уксусную кислоту (ИУК), [69] также известную как ауксин , необходимый регулятор роста и развития растений. [70] [71] Направленный полярный транспорт ауксина опосредует реакции растений на окружающую среду посредством таких процессов, как фототропизм и гравитропизм. [72] Два наиболее изученных транспортера ауксина, ABCB1 и ABCB19, были охарактеризованы как первичные экспортеры ауксина [70] Другие транспортеры ABCB, такие как ABCB4, участвуют как в экспорте, так и в импорте ауксина [70] При низких внутриклеточных концентрациях ауксина ABCB4 импортирует ауксин до тех пор, пока не достигнет определенного порога, который затем меняет функцию на экспорт только ауксина. [70] [73]

Сохранено1866

Первая структура с высоким разрешением, описанная для экспортера ABC, была у Sav1866 (3.A.1.106.2) из ​​Staphylococcus aureus . [18] [74] Sav1866 является гомологом многокомпонентных транспортеров ABC. Он демонстрирует значительное сходство последовательностей с человеческими транспортерами ABC подсемейства B, которое включает MDR1 и TAP1/TAP2. Известно, что активность АТФазы Sav1866 стимулируется противораковыми препаратами, такими как доксорубицин , винбластин и другие, [75] , что предполагает схожую субстратную специфичность с P-гликопротеином и, следовательно, возможный общий механизм транслокации субстрата. Sav1866 является гомодимером половинных транспортеров, и каждая субъединица содержит N-концевой TMD с шестью спиралями и C-концевой NBD. NBD по своей структуре похожи на другие транспортеры ABC, в которых два сайта связывания АТФ образуются на димерном интерфейсе между мотивом Walker A одного NBD и мотивом LSGGQ другого. Связанная с АДФ структура Sav1866 показывает NBD в закрытом димере, а спирали TM разделены на два «крыла», ориентированных к периплазме, образуя конформацию, обращенную наружу. Каждое крыло состоит из спиралей TM1-2 из одной субъединицы и TM3-6 из другой субъединицы. Оно содержит длинные внутриклеточные петли (ICL или ICD), соединяющие TMD, которые простираются за пределы липидного бислоя в цитоплазму и взаимодействуют с 8=D. В то время как импортеры содержат короткую соединительную спираль, которая контактирует с одним NBD, Sav1866 имеет две внутриклеточные соединительные спирали, одна (ICL1) контактирует с NBD обеих субъединиц, а другая (ICL2) взаимодействует только с противоположной субъединицей NBD. [23] [26] [54]

МсбА

MsbA (3.A.1.106.1) — это мультирезистентный (MDR) ABC-транспортер и, возможно, липидная флиппаза . Это АТФаза , которая транспортирует липид A , гидрофобную часть липополисахарида (LPS), сахаролипида на основе глюкозамина, который составляет внешний монослой внешних мембран большинства грамотрицательных бактерий. Липид A является эндотоксином , поэтому потеря MsbA из клеточной мембраны или мутации , которые нарушают транспорт, приводят к накоплению липида A во внутренней клеточной мембране, что приводит к гибели клетки. Это близкий бактериальный гомолог P-гликопротеина (Pgp) по гомологии белковой последовательности и имеет перекрывающуюся субстратную специфичность с MDR-ABC-транспортером LmrA из Lactococcus lactis . [76] MsbA из E. coli на 36% идентичен NH 2 -концевой половине человеческого MDR1, что предполагает общий механизм транспорта амфифатических и гидрофобных субстратов. Ген MsbA кодирует половину транспортера, которая содержит трансмембранный домен (TMD), слитый с нуклеотидсвязывающим доменом (NBD). Он собран как гомодимер с общей молекулярной массой 129,2 кДа. MsbA содержит 6 TMD на периплазматической стороне, NBD, расположенный на цитоплазматической стороне клеточной мембраны, и внутриклеточный домен (ICD), соединяющий TMD и NBD. Эта консервативная спираль, простирающаяся от сегментов TMD в активный сайт NBD или около него, в значительной степени отвечает за перекрестные помехи между TMD и NBD. В частности, ICD1 служит в качестве консервативной оси, вокруг которой может вращаться NBD, тем самым позволяя NBD диссоциировать и димеризоваться во время связывания и гидролиза АТФ. [4] [15] [18] [23] [44] [54] [55] [77]

Структуры MsbA, отображающие три конформационных состояния: открытый апо ( PDB : 3b5w ​), закрытый апо ( PDB : 3b5x ​) и связанный с нуклеотидом ( PDB : 3b60 ​)

Ранее опубликованные (и теперь отозванные) рентгеновские структуры MsbA не соответствовали бактериальному гомологу Sav1866. [78] [79] Структуры были пересмотрены и обнаружили ошибку в назначении руки, что привело к неверным моделям MsbA. Недавно ошибки были исправлены, и были опубликованы новые структуры. [41] Состояние покоя E. coli MsbA имеет форму перевернутой буквы «V» с камерой, доступной к внутренней части транспортера, что предполагает открытую, обращенную внутрь конформацию . Контакты димеров сосредоточены между внеклеточными петлями, и хотя NBD находятся на расстоянии ≈50 Å друг от друга, субъединицы обращены друг к другу. Расстояние между остатками в месте интерфейса димера было подтверждено экспериментами по сшивке [80] и исследованиями с помощью ЭПР-спектроскопии . [81] Относительно большая камера позволяет ей вмещать большие головные группы, такие как те, что присутствуют в липиде А. Для перемещения больших головных групп сахара через мембрану требуются значительные конформационные изменения. Разница между двумя структурами без нуклеотидов (апо) заключается в повороте спиралей TM4/TM5 на ≈30° относительно спиралей TM3/TM6. В закрытом апо-состоянии (из V. cholerae MsbA) NBD выровнены и, хотя и расположены ближе, не образовали сэндвич АТФ, а петли P противоположных мономеров расположены рядом друг с другом. По сравнению с открытой конформацией, димерный интерфейс TMD в закрытой, обращенной внутрь конформации имеет обширные контакты. Для обеих апо-конформаций MsbA отверстие камеры обращено внутрь. Структура MsbA-AMP-PNP (5'-аденилил-β-γ-имидодифосфат), полученная из S. typhimurium , похожа на Sav1866. NBD в этой связанной с нуклеотидом, обращенной наружу конформации объединяются, образуя канонический сэндвич с димером АТФ, то есть нуклеотид расположен между P-петлей и мотивом LSGGQ. Конформационный переход от MsbA-закрытого-апо к MsbA-AMP-PNP включает два этапа, которые, скорее всего, согласованы: поворот на ≈10° спиралей TM4/TM5 в направлении TM3/TM6, приближающий NBD, но не выравнивающий их, за которым следует наклон спиралей TM4/TM5 на ≈20° из плоскости. Скручивающее движение приводит к отделению спиралей TM3/TM6 от TM1/TM2, что приводит к изменению конформации с внутренней на наружную. Таким образом, изменения как ориентации, так и расстояния между NBD резко перестраивают упаковку трансмембранных спиралей и эффективно переключают доступ к камере с внутреннего на внешний листок мембраны. [41] Структуры, определенные для MsbA, являются основой для наклонной модели транспорта. [18]Описанные структуры также подчеркивают динамическую природу экспортеров ABC, что также предполагают исследования флуоресценции и ЭПР. [54] [81] [82] Недавние исследования привели к открытию ингибиторов MsbA. [83] [84]

Механизм транспортировки для экспортеров

Предложенный механизм транспорта для экспортеров ABC. Эта модель была основана на структурных и биохимических исследованиях MsbA.

Экспортеры ABC имеют транспортный механизм, который согласуется как с моделью переменного доступа, так и с моделью АТФ-переключателя. В апо-состояниях экспортеров конформация обращена внутрь, а TMD и NBD находятся относительно далеко друг от друга, чтобы вместить амфифильные или гидрофобные субстраты. Для MsbA, в частности, размер камеры достаточно велик, чтобы вместить группы сахаров из липополисахаридов (ЛПС). Как было предложено несколькими группами, связывание субстрата инициирует транспортный цикл. «Мощностной ход», то есть связывание АТФ, которое вызывает димеризацию NBD и образование сэндвича АТФ, управляет конформационными изменениями в TMD. В MsbA группы сахарных головок изолируются внутри камеры во время «мощностного хода». Полость выстлана заряженными и полярными остатками, которые, вероятно, сольватируются, создавая энергетически неблагоприятную среду для гидрофобных субстратов и энергетически благоприятную для полярных фрагментов в амфифильных соединениях или групп сахаров из ЛПС. Поскольку липид не может быть стабильным в течение длительного времени в среде камеры, липид А и другие гидрофобные молекулы могут «переворачиваться» в энергетически более выгодное положение внутри внешнего листка мембраны. «Переворачивание» может также быть вызвано сдвигом жесткого тела TMD, в то время как гидрофобные хвосты LPS протаскиваются через липидный бислой. Переупаковка спиралей переключает конформацию в состояние, обращенное наружу. Гидролиз АТФ может расширить периплазматическое отверстие и подтолкнуть субстрат к внешнему листку липидного бислоя. Гидролиз второй молекулы АТФ и высвобождение P i разделяют NBD с последующим восстановлением состояния покоя, открывая камеру к цитоплазме для другого цикла. [41] [44] [52] [55] [81] [85]

Роль в множественной лекарственной устойчивости

Известно, что транспортеры ABC играют решающую роль в развитии множественной лекарственной устойчивости (МЛУ). При МЛУ пациенты, принимающие лекарства, в конечном итоге развивают устойчивость не только к принимаемому ими препарату, но и к нескольким другим типам препаратов. Это вызвано несколькими факторами, одним из которых является повышенное вытеснение препарата из клетки транспортерами ABC. Например, белок ABCB1 ( P-гликопротеин ) выполняет функцию выкачивания из клетки препаратов для подавления опухолей. Pgp, также называемый MDR1, ABCB1, является прототипом транспортеров ABC, а также наиболее изученным геном. Известно, что Pgp транспортирует органические катионные или нейтральные соединения. Было также показано, что несколько членов семейства ABCC, также известных как MRP, придают МЛУ органическим анионным соединениям. Наиболее изученным представителем семейства ABCG является ABCG2, также известный как BCRP (белок устойчивости к раку молочной железы), который обеспечивает устойчивость к большинству ингибиторов топоизомеразы I или II, таким как топотекан, иринотекан и доксорубицин.

Неясно, как именно эти белки могут перемещать столь широкий спектр лекарственных препаратов, однако одна из моделей (модель гидрофобного пылесоса) утверждает, что в P-гликопротеине лекарственные препараты связываются с липидной фазой без разбора на основе их гидрофобности.

Открытие первого эукариотического белка-транспортера ABC произошло в результате исследований опухолевых клеток и культивируемых клеток, которые проявляли устойчивость к нескольким препаратам с неродственными химическими структурами. Было показано, что эти клетки экспрессируют повышенные уровни белка-транспортера множественной лекарственной устойчивости (MDR), который изначально назывался P-гликопротеином (P-gp), но его также называют белком множественной лекарственной устойчивости 1 (MDR1) или ABCB1. Этот белок использует гидролиз АТФ , как и другие транспортеры ABC, для экспорта большого количества препаратов из цитозоля во внеклеточную среду. В клетках с множественной лекарственной устойчивостью ген MDR1 часто амплифицируется. Это приводит к большой перепродукции белка MDR1. Субстраты млекопитающего ABCB1 в основном представляют собой плоские, жирорастворимые молекулы с одним или несколькими положительными зарядами. Все эти субстраты конкурируют друг с другом за транспорт, что позволяет предположить, что они связываются с одними и теми же или перекрывающимися участками на белке. Многие из лекарств, которые транспортируются ABCB1, представляют собой небольшие неполярные лекарства, которые диффундируют через внеклеточную среду в цитозоль, где они блокируют различные клеточные функции. Лекарства, такие как колхицин и винбластин , которые блокируют сборку микротрубочек, свободно пересекают мембрану в цитозоль, но экспорт этих лекарств ABCB1 снижает их концентрацию в клетке. Поэтому для уничтожения клеток, которые экспрессируют ABCB1, требуется более высокая концентрация лекарств, чем для тех, которые не экспрессируют этот ген. [10]

Другие транспортеры ABC, которые способствуют множественной лекарственной устойчивости, — это ABCC1 (MRP1) и ABCG2 (белок устойчивости к раку молочной железы). [86]

Чтобы решить проблемы, связанные с множественной лекарственной устойчивостью MDR1, можно использовать различные типы лекарств или ингибировать сами транспортеры ABC. Чтобы другие типы лекарств работали, они должны обойти механизм устойчивости, которым является транспортер ABC. Для этого можно использовать другие противораковые препараты, такие как алкилирующие препараты ( циклофосфамид ), антиметаболиты ( 5-фторурацил ) и антрациклиновые модифицированные препараты ( аннамицин и доксорубицин -пептид). Эти препараты не будут функционировать как субстрат транспортеров ABC и, таким образом, не будут транспортироваться. Другой вариант — использовать комбинацию ингибирующих препаратов ABC и противораковых препаратов одновременно. Это отменит устойчивость к противораковым препаратам, чтобы они могли функционировать так, как задумано. Субстраты, которые отменяют устойчивость к противораковым препаратам, называются химиосенсибилизаторами. [8]

Обращение вспять множественной лекарственной устойчивости

Устойчивость к лекарственным препаратам является распространенной клинической проблемой, которая возникает у пациентов с инфекционными заболеваниями и у пациентов с раком. Прокариотические и эукариотические микроорганизмы, а также неопластические клетки часто оказываются устойчивыми к лекарственным препаратам. MDR часто связана с повышенной экспрессией транспортеров ABC. Ингибирование транспортеров ABC низкомолекулярными соединениями широко исследовалось у онкологических пациентов; однако клинические результаты оказались разочаровывающими. Недавно различные стратегии РНК-интерференции были применены для обращения MDR в различных моделях опухолей, и эта технология эффективна для обращения MDR, опосредованного транспортером ABC, в раковых клетках и, следовательно, является многообещающей стратегией для преодоления MDR с помощью генной терапии. Технология РНК-интерференции также может рассматриваться для преодоления MDR при инфекционных заболеваниях, вызванных микробными патогенами. [87]

Физиологическая роль

Помимо придания МЛУ опухолевым клеткам, транспортеры ABC также экспрессируются в мембранах здоровых клеток, где они облегчают транспортировку различных эндогенных веществ, а также веществ, чужеродных для организма. Например, транспортеры ABC, такие как Pgp, MRP и BCRP, ограничивают всасывание многих лекарств из кишечника и перекачивают лекарства из клеток печени в желчь [88] как средство удаления чужеродных веществ из организма. Большое количество лекарств либо транспортируется самими транспортерами ABC, либо влияет на транспортировку других лекарств. Последний сценарий может привести к лекарственным взаимодействиям , [89] иногда приводя к изменению эффектов лекарств. [90]

Методы характеристики взаимодействия ABC-транспортеров

Существует ряд типов анализов, которые позволяют обнаруживать взаимодействия транспортеров ABC с эндогенными и ксенобиотическими соединениями. [91] Сложность анализов варьируется от относительно простых мембранных анализов. [92] таких как анализ везикулярного транспорта, анализ АТФазы до более сложных клеточных анализов вплоть до замысловатых in vivo Jeffrey P, Summerfield SG (2007). «Проблемы скрининга гематоэнцефалического барьера (ГЭБ)». Xenobiotica . 37 (10–11): 1135–51. doi :10.1080/00498250701570285. PMID  17968740. S2CID  25944548.Методологии обнаружения. [93]

Мембранные анализы

Анализ везикулярного транспорта обнаруживает перемещение молекул транспортерами ABC. [94] Мембраны, приготовленные в подходящих условиях, содержат ориентированные изнутри наружу везикулы с сайтом связывания АТФ и сайтом связывания субстрата транспортера, обращенными к буферу снаружи. Субстраты транспортера захватываются везикулами в зависимости от АТФ. Быстрая фильтрация с использованием стекловолоконных фильтров или нитроцеллюлозных мембран используется для отделения везикул от инкубационного раствора, а тестируемое соединение, захваченное внутри везикул, удерживается на фильтре. Количество транспортируемых немеченых молекул определяется с помощью ВЭЖХ, ЖХ/МС, ЖХ/МС/МС. В качестве альтернативы соединения радиоактивно мечены, флуоресцентны или имеют флуоресцентную метку, так что радиоактивность или флуоресценция, удерживаемая на фильтре, могут быть количественно определены.

Различные типы мембран из разных источников (например, клетки насекомых, трансфицированные или выбранные линии клеток млекопитающих) используются в исследованиях везикулярного транспорта. Мембраны имеются в продаже или могут быть приготовлены из различных клеток или даже тканей, например, мембран канальцев печени. Преимущество этого типа анализа заключается в измерении фактического расположения субстрата через клеточную мембрану. Его недостаток заключается в том, что соединения со средней и высокой пассивной проницаемостью не удерживаются внутри везикул, что затрудняет проведение прямых измерений транспорта с этим классом соединений.

Анализ везикулярного транспорта может быть выполнен в «косвенной» обстановке, где взаимодействующие тестовые препараты модулируют скорость транспорта репортерного соединения. Этот тип анализа особенно подходит для обнаружения возможных взаимодействий между лекарственными препаратами и взаимодействия между лекарственными препаратами и эндогенными субстратами. Он не чувствителен к пассивной проницаемости соединений и, следовательно, обнаруживает все взаимодействующие соединения. Тем не менее, он не дает информации о том, является ли тестируемое соединение ингибитором транспортера или субстратом транспортера, ингибирующим его функцию конкурентным образом. Типичным примером анализа непрямого везикулярного транспорта является обнаружение ингибирования транспорта таурохолата ABCB11 ( BSEP ).

Анализы на основе целых клеток

Клетки, экспрессирующие транспортер эффлюкса, активно выкачивают субстраты из клетки, что приводит к более низкой скорости накопления субстрата, более низкой внутриклеточной концентрации в устойчивом состоянии или более высокой скорости элиминации субстрата из клеток, загруженных субстратом. Транспортируемые радиоактивные субстраты или меченые флуоресцентные красители могут быть измерены напрямую, или в косвенной установке модуляция накопления зондового субстрата (например, флуоресцентных красителей, таких как родамин 123 или кальцеин) может быть определена в присутствии тестируемого препарата. [89]

Кальцеин-АМ, высокопроницаемое производное кальцеина, легко проникает в неповрежденные клетки, где эндогенные эстеразы быстро гидролизуют его до флуоресцентного кальцеина. В отличие от кальцеина-АМ, кальцеин имеет низкую проницаемость и поэтому задерживается в клетке и накапливается. Поскольку кальцеин-АМ является отличным субстратом для транспортеров оттока MDR1 и MRP1, клетки, экспрессирующие транспортеры MDR1 и/или MRP1, выкачивают кальцеин-АМ из клетки до того, как эстеразы смогут его гидролизовать. Это приводит к снижению скорости клеточного накопления кальцеина. Чем выше активность MDR в клеточной мембране, тем меньше кальцеина накапливается в цитоплазме. В клетках, экспрессирующих MDR, добавление ингибитора MDR или субстрата MDR в избытке резко увеличивает скорость накопления кальцеина. Активность многокомпонентного транспортера отражается разницей между количеством красителя, накопленного в присутствии и в отсутствие ингибитора. Используя селективные ингибиторы, можно легко различить транспортную активность MDR1 и MRP1. Этот анализ можно использовать для скрининга лекарственных препаратов на предмет взаимодействия с транспортерами, а также для количественной оценки активности MDR клеток. Анализ кальцеина является запатентованным анализом SOLVO Biotechnology.

Подсемейства

Подсемейства млекопитающих

У человека известно 49 транспортеров ABC, которые Организация по геному человека классифицирует в семь семейств.

Полный список переносчиков ABC человека можно найти здесь. [95]

АБКА

Подсемейство ABCA состоит из 12 полных транспортеров, разделенных на две подгруппы. Первая подгруппа состоит из семи генов, которые сопоставлены с шестью различными хромосомами . Это ABCA1 , ABCA2 , ABCA3 и ABCA4 , ABCA7 , ABCA12 и ABCA13 . Другая подгруппа состоит из ABCA5 и ABCA6 и ABCA8 , ABCA9 и ABCA10 . A8-10. Вся подгруппа 2 организована в кластер хромосом голова к хвосту на хромосоме 17q 24. Гены в этой второй подгруппе отличаются от генов, подобных ABCA1, тем, что имеют 37-38 экзонов в отличие от 50 экзонов в ABCA1. Подгруппа ABCA1 участвует в развитии генетических заболеваний. При рецессивной болезни Танжера белок ABCA1 мутирует. Также ABCA4 отображается в области хромосомы 1p21, которая содержит ген болезни Штаргардта. Этот ген, как обнаружено, сильно экспрессируется в палочковых фоторецепторах и мутирует при болезни Штаргардта, рецессивной пигментации ретинита и большинстве рецессивных дистрофий колбочек и палочек. [9]

АБВБ

Подсемейство ABCB состоит из четырех полных транспортеров и двух полутранспортеров. Это единственное человеческое подсемейство, в котором есть как полутранспортеры, так и полные типы транспортеров. ABCB1 был обнаружен как белок, сверхэкспрессируемый в некоторых опухолевых клетках, устойчивых к лекарствам. Он экспрессируется в основном в гематоэнцефалическом барьере и печени и, как полагают, участвует в защите клеток от токсинов. Клетки, которые сверхэкспрессируют этот белок, проявляют множественную лекарственную устойчивость . [9]

АБЦК

Подсемейство ABCC содержит тринадцать членов, и девять из этих транспортеров называются белками множественной лекарственной устойчивости (MRP). Белки MRP встречаются в природе и выполняют множество важных функций. [96] Известно, что они участвуют в транспорте ионов, секреции токсинов и передаче сигналов. [9] Из девяти белков MRP четыре из них, MRP4, 5, 8, 9 (ABCC4, 5, 11 и 12), имеют типичную структуру ABC с четырьмя доменами, включающими два домена, охватывающих мембрану, за каждым доменом следует домен связывания нуклеотидов. Их называют короткими MRP. Остальные 5 MRP (MRP1, 2, 6, 7) (ABCC1, 2, 3, 6 и 10) известны как длинные MRP и имеют дополнительный пятый домен на своем N-конце . [96]

CFTR , транспортер, участвующий в заболевании кистозный фиброз , также считается частью этого подсемейства. Кистозный фиброз возникает при мутации и потере функции CFTR. [9]

Рецепторы сульфонилмочевины (SUR) , участвующие в секреции инсулина, нейронной функции и мышечной функции, также являются частью этого семейства белков. Мутации в белках SUR являются потенциальной причиной неонатального сахарного диабета . SUR также является местом связывания для таких препаратов, как сульфонилмочевины и активаторов, открывающих калиевые каналы, таких как диазоксид .

АБВГД

Подсемейство ABCD состоит из четырех генов, которые кодируют полутранспортеры, экспрессируемые исключительно в пероксисоме . ABCD1 отвечает за Х-сцепленную форму адренолейкодистрофии (ALD), которая является заболеванием, характеризующимся нейродегенерацией и надпочечниковой недостаточностью, которая обычно начинается в позднем детстве. Клетки пациентов с ALD характеризуются накоплением неразветвленных насыщенных жирных кислот, но точная роль ABCD1 в этом процессе до сих пор не определена. Кроме того, функции других генов ABCD еще не определены, но считается, что они выполняют связанные функции в метаболизме жирных кислот . [9]

ABCE и ABCF

Обе эти подгруппы состоят из генов, которые имеют домены связывания АТФ, которые тесно связаны с другими транспортерами ABC, но эти гены не кодируют трансмембранные домены. ABCE состоит только из одного члена, OABP или ABCE1 , который, как известно, распознает определенные олигодендроциты, вырабатываемые в ответ на определенные вирусные инфекции. Каждый член подгруппы ABCF состоит из пары доменов связывания АТФ. [9]

АБВГ

Шесть полутранспортеров с сайтами связывания АТФ на N-конце и трансмембранными доменами на C-конце составляют подсемейство ABCG. Эта ориентация противоположна всем другим генам ABC. В геноме человека всего 5 генов ABCG, но в геноме дрозофилы их 15, а в дрожжах 10. Ген ABCG2 был обнаружен в клеточных линиях, отобранных по высокому уровню устойчивости к митоксантрону и отсутствию экспрессии ABCB1 или ABCC1 . ABCG2 может экспортировать антрациклиновые противораковые препараты, а также топотекан , митоксантрон или доксорубицин в качестве субстратов. Было обнаружено, что хромосомные транслокации вызывают амплификацию или перестройку ABCG2, обнаруженную в резистентных клеточных линиях. [9]

Межвидовые подсемейства

В TCDB была создана следующая система классификации трансмембранных переносчиков растворенных веществ. [97]

Три семейства экспортеров ABC определяются их эволюционным происхождением. [6] Экспортеры ABC1 эволюционировали путем внутригенной трипликации предшественника 2 TMS (TMS = трансмембранный сегмент. Белок «2 TMS» имеет 2 трансмембранных сегмента) с образованием 6 белков TMS. Экспортеры ABC2 эволюционировали путем внутригенной дупликации предшественника 3 TMS, а экспортеры ABC3 эволюционировали из предшественника 4 TMS, который дуплицировался либо экстрагенно с образованием двух белков 4 TMS, оба необходимых для транспортной функции, либо интрагенно с образованием 8 или 10 белков TMS. Белки 10 TMS, по-видимому, имеют два дополнительных TMS между двумя повторяющимися единицами 4 TMS. [98] Большинство систем поглощения (все, за исключением 3.A.1.21) относятся к типу ABC2, разделенному на тип I и тип II по способу обработки нуклеотидов. Особое подсемейство импортеров ABC2, называемое ECF, использует отдельную субъединицу для распознавания субстрата. [99]

ABC1 ( InterPro :  IPR036640 ):

ABC2 ( InterPro :  IPR000412 [частично]):

ABC3 ( InterPro :  IPR003838 ):

Изображения

В последние годы было создано много структур водорастворимых доменов белков ABC. [2]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcd Fath, MJ; Kolter, R. (декабрь 1993 г.). «ABC-транспортеры: бактериальные экспортеры». Microbiological Reviews . 57 (4): 995–1017. doi :10.1128/MMBR.57.4.995-1017.1993. ISSN  0146-0749. PMC 372944 . PMID  8302219. 
  2. ^ ab Jones PM, George AM (март 2004). «Структура и механизм транспортера ABC: перспективы недавних исследований». Cellular and Molecular Life Sciences . 61 (6): 682–99. doi :10.1007/s00018-003-3336-9. PMC 11138499 . PMID  15052411. S2CID  21422822. 
  3. ^ Понте-Сукре А, изд. (2009). ABC-транспортеры в микроорганизмах . Кайстер Академик. ISBN 978-1-904455-49-3.
  4. ^ abcdefghijklmno Davidson AL, Dassa E, Orelle C, Chen J (июнь 2008 г.). «Структура, функция и эволюция бактериальных кассетных систем связывания АТФ». Microbiology and Molecular Biology Reviews . 72 (2): 317–64, оглавление. doi :10.1128/MMBR.00031-07. PMC 2415747. PMID 18535149  . 
  5. ^ abcd Goffeau A, de Hertogh B, Baret PV (2013). «ABC Transporters». В Lane WJ, Lennarz MD (ред.). Энциклопедия биологической химии (второе изд.). Лондон: Academic Press. стр. 7–11. doi :10.1016/B978-0-12-378630-2.00224-3. ISBN 978-0-12-378631-9.
  6. ^ ab Wang B, Dukarevich M, Sun EI, Yen MR, Saier MH (сентябрь 2009 г.). «Мембранные переносчики систем транспорта кассеты связывания АТФ являются полифилетическими». Журнал мембранной биологии . 231 (1): 1–10. doi :10.1007/s00232-009-9200-6. PMC 2760711. PMID  19806386 . 
  7. ^ ter Beek J, Guskov A, Slotboom DJ (апрель 2014 г.). «Структурное разнообразие транспортеров ABC». Журнал общей физиологии . 143 (4): 419–35. doi :10.1085/jgp.201411164. PMC 3971661. PMID  24638992 . 
  8. ^ abc Choi CH (октябрь 2005 г.). «ABC-транспортеры как механизмы множественной лекарственной устойчивости и разработка химиосенсибилизаторов для их отмены». Cancer Cell International . 5 : 30. doi : 10.1186/1475-2867-5-30 . PMC 1277830. PMID  16202168 . 
  9. ^ abcdefghi Дин М, Хамон И, Чимини Г (июль 2001 г.). «Суперсемейство транспортеров человеческой АТФ-связывающей кассеты (ABC)». Журнал исследований липидов . 42 (7): 1007–17. doi : 10.1016/S0022-2275(20)31588-1 . PMID  11441126.
  10. ^ abcd Scott MP, Lodish HF, Berk A, Kaiser, C, Krieger M, Bretscher A, Ploegh H, Amon A (2012). Молекулярная клеточная биология . Сан-Франциско: WH Freeman. ISBN 978-1-4292-3413-9.
  11. ^ Хендерсон Д.П., Пейн С.М. (ноябрь 1994 г.). «Системы транспорта железа Vibrio cholerae: роль транспорта железа гема и сидерофора в вирулентности и идентификация гена, связанного с множественными системами транспорта железа». Инфекция и иммунитет . 62 (11): 5120–5. doi :10.1128/IAI.62.11.5120-5125.1994. PMC 303233. PMID  7927795. 
  12. ^ Cangelosi GA, Ankenbauer RG, Nester EW (сентябрь 1990 г.). «Сахара индуцируют гены вирулентности Agrobacterium через периплазматический связывающий белок и трансмембранный сигнальный белок». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 87 (17): 6708–12. Bibcode : 1990PNAS...87.6708C. doi : 10.1073/pnas.87.17.6708 . PMC 54606. PMID  2118656 . 
  13. ^ Kemner JM, Liang X, Nester EW (апрель 1997 г.). «Ген вирулентности Agrobacterium tumefaciens chvE является частью предполагаемого оперона транспорта сахара ABC-типа». Журнал бактериологии . 179 (7): 2452–8. doi :10.1128 / jb.179.7.2452-2458.1997. PMC 178989. PMID  9079938. 
  14. ^ Poolman B, Spitzer JJ, Wood JM (ноябрь 2004 г.). «Бактериальное осмосенсорное восприятие: роль структуры мембраны и электростатики во взаимодействиях липид-белок и белок-белок» (PDF) . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биомембраны . 1666 (1–2): 88–104. doi :10.1016/j.bbamem.2004.06.013. PMID  15519310. S2CID  21763870.
  15. ^ abcdef Дэвидсон АЛ, Чен Дж (2004). «АТФ-связывающие кассетные транспортеры у бактерий». Annual Review of Biochemistry . 73 : 241–68. doi :10.1146/annurev.biochem.73.011303.073626. PMID  15189142.
  16. ^ Zhou Z, White KA, Polissi A, Georgopoulos C, Raetz CR (май 1998). «Функция Escherichia coli MsbA, важного транспортера семейства ABC, в биосинтезе липида A и фосфолипидов». Журнал биологической химии . 273 (20): 12466–75. doi : 10.1074/jbc.273.20.12466 . hdl : 2434/611267 . PMID  9575204.
  17. ^ Poole RK, Gibson F, Wu G (апрель 1994 г.). «Продукт гена cydD, компонент гетеродимерного транспортера ABC, необходим для сборки периплазматического цитохрома c и цитохрома bd в Escherichia coli». FEMS Microbiology Letters . 117 (2): 217–23. doi : 10.1111/j.1574-6968.1994.tb06768.x . PMID  8181727.
  18. ^ abcdefgh Pohl A, Devaux PF, Herrmann A (март 2005 г.). «Функция прокариотических и эукариотических белков ABC в транспорте липидов». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Молекулярная и клеточная биология липидов . 1733 (1): 29–52. doi :10.1016/j.bbalip.2004.12.007. PMID  15749056.
  19. ^ Рэндольф ГДж (2001). «Миграция дендритных клеток в лимфатические узлы: цитокины, хемокины и липидные медиаторы». Семинары по иммунологии . 13 (5): 267–74. doi :10.1006/smim.2001.0322. PMID  11502161.
  20. ^ Гедеон С, Бехраван Дж, Корен Г, Пикетт-Миллер М (2006). «Транспорт глибурида плацентарными транспортерами ABC: последствия воздействия лекарственных препаратов на плод». Placenta . 27 (11–12): 1096–102. doi :10.1016/j.placenta.2005.11.012. PMID  16460798.
  21. ^ ab Скотт, Хейли; Мартинелли, Лилиан М.; Гринспан, Дэвид; Блойз, Энрико; Коннор, Кристин Л. (2022-03-24). «Преждевременные роды связаны с повышенной экспрессией транспортеров МЛУ в плаценте независимо от ИМТ до беременности». Журнал клинической эндокринологии и метаболизма . 107 (4): 1140–1158. doi : 10.1210/clinem/dgab813 . ISSN  1945-7197. PMID  34748636. S2CID  243863723.
  22. ^ Шуман HA (1982). «Активный транспорт мальтозы в Escherichia coli K12. Роль периплазматического белка, связывающего мальтозу, и доказательства наличия участка распознавания субстрата в цитоплазматической мембране». J. Biol. Chem . 257 (10): 5455–61. doi : 10.1016/S0021-9258(19)83799-7 . PMID  7040366.
  23. ^ abcdefghijklmnopq Rees DC, Johnson E, Lewinson O (март 2009). «ABC-транспортеры: сила изменений». Nature Reviews Molecular Cell Biology . 10 (3): 218–27. doi : 10.1038/nrm2646. PMC 2830722. PMID  19234479. 
  24. ^ abc Locher KP, Lee AT, Rees DC (май 2002 г.). "Структура BtuCD E. coli: основа для архитектуры и механизма транспортера ABC" (PDF) . Science . 296 (5570): 1091–8. Bibcode :2002Sci...296.1091L. doi :10.1126/science.1071142. PMID  12004122. S2CID  906489.
  25. ^ Hvorup RN, Goetz BA, Niederer M, Hollenstein K, Perozo E, Locher KP (сентябрь 2007 г.). «Асимметрия в структуре комплекса белка, связывающего транспортер ABC BtuCD-BtuF». Science . 317 (5843): 1387–90. Bibcode :2007Sci...317.1387H. doi :10.1126/science.1145950. PMID  17673622. S2CID  37232959.
  26. ^ abc Dawson RJ, Locher KP (сентябрь 2006 г.). «Структура бактериального многокомпонентного транспортера ABC». Nature . 443 (7108): 180–5. Bibcode :2006Natur.443..180D. doi :10.1038/nature05155. PMID  16943773. S2CID  27132450.
  27. ^ abc Hollenstein K, Frei DC, Locher KP (март 2007). «Структура транспортера ABC в комплексе со связывающим белком». Nature . 446 (7132): 213–6. Bibcode :2007Natur.446..213H. doi :10.1038/nature05626. PMID  17322901. S2CID  4417002.
  28. ^ ab Oldham ML, Khare D, Quiocho FA, Davidson AL, Chen J (ноябрь 2007 г.). «Кристаллическая структура каталитического промежуточного продукта переносчика мальтозы». Nature . 450 (7169): 515–21. Bibcode :2007Natur.450..515O. doi :10.1038/nature06264. PMID  18033289. S2CID  4384771.
  29. ^ Kadaba NS, Kaiser JT, Johnson E, Lee A, Rees DC (июль 2008 г.). «Высокоаффинный транспортер метионина ABC E. coli: структура и аллостерическая регуляция». Science . 321 (5886): 250–3. Bibcode :2008Sci...321..250K. doi :10.1126/science.1157987. PMC 2527972 . PMID  18621668. 
  30. ^ abcd Pinkett HW, Lee AT, Lum P, Locher KP, Rees DC (январь 2007 г.). «Внутренняя конформация предполагаемого металл-хелатного типа ABC-транспортера» (PDF) . Science . 315 (5810): 373–7. doi :10.1126/science.1133488. PMID  17158291. S2CID  10531462.
  31. ^ ab Moody JE, Millen L, Binns D, Hunt JF, Thomas PJ (июнь 2002 г.). «Кооперативная, АТФ-зависимая ассоциация нуклеотидсвязывающих кассет во время каталитического цикла транспортеров АТФ-связывающих кассет». Журнал биологической химии . 277 (24): 21111–4. doi : 10.1074/jbc.C200228200 . PMC 3516282. PMID  11964392 . 
  32. ^ Hung LW, Wang IX, Nikaido K, Liu PQ, Ames GF, Kim SH (декабрь 1998 г.). «Кристаллическая структура АТФ-связывающей субъединицы ABC-транспортера». Nature . 396 (6712): 703–7. Bibcode :1998Natur.396..703H. doi :10.1038/25393. PMID  9872322. S2CID  204996524.
  33. ^ abc Verdon G, Albers SV, Dijkstra BW, Driessen AJ, Thunnissen AM (июль 2003 г.). «Кристаллические структуры субъединицы АТФазы транспортера глюкозы ABC из Sulfolobus solfataricus: конформации без нуклеотидов и связанные с нуклеотидами». Журнал молекулярной биологии . 330 (2): 343–58. doi :10.1016/S0022-2836(03)00575-8. PMID  12823973.
  34. ^ ab Karpowich N, Martsinkevich O, Millen L, Yuan YR, Dai PL, MacVey K, Thomas PJ, Hunt JF (июль 2001 г.). "Кристаллические структуры кассеты связывания АТФ MJ1267 выявляют эффект индуцированной подгонки на активном участке АТФазы транспортера ABC". Structure . 9 (7): 571–86. doi : 10.1016/S0969-2126(01)00617-7 . PMID  11470432.
  35. ^ abcd Чен Дж., Лу Г., Лин Дж., Дэвидсон А.Л., Киочо Ф.А. (сентябрь 2003 г.). «Движение димера АТФ-связывающей кассеты, подобное пинцету, в транспортном цикле ABC». Молекулярная клетка . 12 (3): 651–61. doi : 10.1016/j.molcel.2003.08.004 . ПМИД  14527411.
  36. ^ abc Diederichs K, Diez J, Greller G, Müller C, Breed J, Schnell C, Vonrhein C, Boos W, Welte W (ноябрь 2000 г.). «Кристаллическая структура MalK, субъединицы АТФазы транспортера трегалозы/мальтозы ABC археона Thermococcus litoralis». The EMBO Journal . 19 (22): 5951–61. doi :10.1093/emboj/19.22.5951. PMC 305842. PMID  11080142 . 
  37. ^ ab Gaudet R, Wiley DC (сентябрь 2001 г.). «Структура домена ABC АТФазы человеческого TAP1, транспортера, связанного с обработкой антигена». The EMBO Journal . 20 (17): 4964–72. doi :10.1093/emboj/20.17.4964. PMC 125601 . PMID  11532960. 
  38. ^ Schmitt L, Benabdelhak H, Blight MA, Holland IB, Stubbs MT (июль 2003 г.). «Кристаллическая структура домена связывания нуклеотидов ABC-транспортера гемолизина B: идентификация вариабельной области в спиральных доменах ABC». Журнал молекулярной биологии . 330 (2): 333–42. doi :10.1016/S0022-2836(03)00592-8. PMID  12823972.
  39. ^ ab Yuan YR, Blecker S, Martsinkevich O, Millen L, Thomas PJ, Hunt JF (август 2001 г.). «Кристаллическая структура кассеты связывания АТФ MJ0796. Последствия для структурных последствий гидролиза АТФ в активном центре транспортера ABC». Журнал биологической химии . 276 (34): 32313–21. doi : 10.1074/jbc.M100758200 . PMID  11402022.
  40. ^ abcdef Smith PC, Karpowich N, Millen L, Moody JE, Rosen J, Thomas PJ, Hunt JF (июль 2002 г.). «Связывание АТФ с моторным доменом из транспортера ABC приводит к образованию димера сэндвича нуклеотидов». Molecular Cell . 10 (1): 139–49. doi :10.1016/S1097-2765(02)00576-2. PMC 3516284 . PMID  12150914. 
  41. ^ abcde Ward A, Reyes CL, Yu J, Roth CB, Chang G (ноябрь 2007 г.). «Гибкость в транспортере ABC MsbA: альтернативный доступ с поворотом». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (48): 19005–10. Bibcode : 2007PNAS..10419005W. doi : 10.1073/pnas.0709388104 . PMC 2141898. PMID  18024585 . 
  42. ^ ab Hopfner KP, Karcher A, Shin DS, Craig L, Arthur LM, Carney JP, Tainer JA (июнь 2000 г.). «Структурная биология АТФазы Rad50: управляемый АТФ конформационный контроль при репарации двухцепочечных разрывов ДНК и суперсемейство АТФаз ABC». Cell . 101 (7): 789–800. doi : 10.1016/S0092-8674(00)80890-9 . PMID  10892749. S2CID  18850076.
  43. ^ Fetsch EE, Davidson AL (июль 2002 г.). «Ванадат-катализируемое фоторасщепление сигнатурного мотива транспортера кассеты связывания АТФ (ABC)». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 99 (15): 9685–90. doi : 10.1073/pnas.152204499 . PMC 124977. PMID  12093921 . 
  44. ^ abcd Reyes CL, Ward A, Yu J, Chang G (февраль 2006 г.). «Структуры MsbA: Взгляд на мультилекарственную эффлюксную транспортерную терапию ABC». FEBS Letters . 580 (4): 1042–8. ​​Bibcode : 2006FEBSL.580.1042R. doi : 10.1016/j.febslet.2005.11.033. PMID  16337944. S2CID  34114828.
  45. ^ Ambudkar SV, Kim IW, Xia D, Sauna ZE (февраль 2006 г.). «A-петля, новый консервативный субдомен ароматической кислоты выше мотива Walker A в транспортерах ABC, имеет решающее значение для связывания АТФ». FEBS Letters . 580 (4): 1049–55. Bibcode :2006FEBSL.580.1049A. doi : 10.1016/j.febslet.2005.12.051 . PMID  16412422. S2CID  20550226.
  46. ^ ab Geourjon C, Orelle C, Steinfels E, Blanchet C, Deléage G, Di Pietro A, Jault JM (сентябрь 2001 г.). «Общий механизм гидролиза АТФ в суперсемействах транспортеров ABC и геликаз». Trends in Biochemical Sciences . 26 (9): 539–44. doi :10.1016/S0968-0004(01)01907-7. PMID  11551790.
  47. ^ Йе Дж., Осборн А.Р., Гролл М., Рапопорт Т.А. (ноябрь 2004 г.). «RecA-подобные моторные АТФазы - уроки структур». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Биоэнергетика . 1659 (1): 1–18. дои : 10.1016/j.bbabio.2004.06.003 . ПМИД  15511523.
  48. ^ ab Zaitseva J, Jenewein S, Jumpertz T, Holland IB, Schmitt L (июнь 2005 г.). "H662 является стержнем гидролиза АТФ в домене связывания нуклеотидов транспортера ABC HlyB". The EMBO Journal . 24 (11): 1901–10. doi :10.1038/sj.emboj.7600657. PMC 1142601 . PMID  15889153. 
  49. ^ Maegley KA, Admiraal SJ, Herschlag D (август 1996 г.). «Ras-катализируемый гидролиз GTP: новая перспектива модельных исследований». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 93 (16): 8160–6. Bibcode : 1996PNAS...93.8160M. doi : 10.1073/pnas.93.16.8160 . PMC 38640. PMID  8710841 . 
  50. ^ Matte A, Tari LW, Delbaere LT (апрель 1998 г.). «Как киназы переносят фосфорильные группы?». Структура . 6 (4): 413–9. doi : 10.1016/S0969-2126(98)00043-4 . PMID  9562560.
  51. ^ ab Hollenstein K, Dawson RJ, Locher KP (август 2007). «Структура и механизм белков-транспортеров ABC». Current Opinion in Structural Biology . 17 (4): 412–8. doi :10.1016/j.sbi.2007.07.003. PMID  17723295.
  52. ^ abcdefg Хиггинс CF, Линтон KJ (октябрь 2004 г.). «Модель переключения АТФ для транспортеров ABC». Nature Structural & Molecular Biology . 11 (10): 918–26. doi :10.1038/nsmb836. PMID  15452563. S2CID  23058653.
  53. ^ Locher KP (август 2004). «Структура и механизм ABC-транспортеров». Current Opinion in Structural Biology . 14 (4): 426–31. doi :10.1016/j.sbi.2004.06.005. PMID  15313236.
  54. ^ abcdefgh Oldham ML, Davidson AL, Chen J (декабрь 2008 г.). «Структурные идеи в механизме транспортера ABC». Current Opinion in Structural Biology . 18 (6): 726–33. doi :10.1016/j.sbi.2008.09.007. PMC 2643341. PMID 18948194  . 
  55. ^ abcd Chang G (ноябрь 2003). "Транспортеры ABC с множественной лекарственной устойчивостью". FEBS Letters . 555 (1): 102–5. Bibcode : 2003FEBSL.555..102C. doi : 10.1016/S0014-5793(03)01085-8 . PMID  14630327. S2CID  24228062.
  56. ^ Senior AE, al-Shawi MK, Urbatsch IL (декабрь 1995 г.). «Каталитический цикл P-гликопротеина». FEBS Letters . 377 (3): 285–9. Bibcode : 1995FEBSL.377..285S. doi : 10.1016/0014-5793(95)01345-8. PMID  8549739. S2CID  20395778.
  57. ^ Симпсон, Брент В.; Пахил, Каранбир С.; Оуэнс, Тристан В.; Лундстедт, Эмили А.; Дэвис, Ребекка М.; Кане, Дэниел; Руис, Нативидад (20 августа 2019 г.). «Объединение мутаций, которые ингибируют два различных этапа цикла гидролиза АТФ, восстанавливает функцию дикого типа в транспортере липополисахарида и показывает, что связывание АТФ запускает транспорт». mBio . 10 (4): e01931–19, /mbio/10/4/mBio.01931–19.atom. doi : 10.1128/mBio.01931-19 . PMC 6703430 . PMID  31431556. 
  58. ^ Martin C, Higgins CF, Callaghan R (декабрь 2001 г.). «Сайт связывания винбластина принимает высоко- и низкоаффинные конформации во время транспортного цикла P-гликопротеина». Биохимия . 40 (51): 15733–42. doi :10.1021/bi011211z. PMID  11747450.
  59. ^ Manciu L, Chang XB, Buyse F, Hou YX, Gustot A, Riordan JR, Ruysschaert JM (январь 2003 г.). «Промежуточные структурные состояния, участвующие в транспорте лекарств, опосредованном MRP1. Роль глутатиона». Журнал биологической химии . 278 (5): 3347–56. doi : 10.1074/jbc.M207963200 . PMID  12424247.
  60. ^ Kreimer DI, Chai KP, Ferro-Luzzi Ames G (ноябрь 2000 г.). «Неэквивалентность нуклеотидсвязывающих субъединиц транспортера ABC, пермеазы гистидина и конформационные изменения в мембранном комплексе». Биохимия . 39 (46): 14183–95. doi :10.1021/bi001066. PMID  11087367.
  61. ^ Vigano C, Margolles A, van Veen HW, Konings WN, Ruysschaert JM (апрель 2000 г.). «Вторичные и третичные структурные изменения реконструированного LmrA, вызванные связыванием нуклеотидов или гидролизом. Инфракрасная спектроскопия с ослабленным полным внутренним отражением и анализ гашения флуоресценции триптофана» (PDF) . Журнал биологической химии . 275 (15): 10962–7. doi : 10.1074/jbc.275.15.10962 . PMID  10753896. S2CID  33274934.
  62. ^ Sonveaux N, Vigano C, Shapiro AB, Ling V, Ruysschaert JM (июнь 1999 г.). «Лиганд-опосредованные изменения третичной структуры реконструированного P-гликопротеина. Анализ гашения флуоресценции триптофана». Журнал биологической химии . 274 (25): 17649–54. doi : 10.1074/jbc.274.25.17649 . PMID  10364203.
  63. ^ Rosenberg MF, Velarde G, Ford RC, Martin C, Berridge G, Kerr ID, Callaghan R, Schmidlin A, Wooding C, Linton KJ, Higgins CF (октябрь 2001 г.). «Переупаковка трансмембранных доменов P-гликопротеина во время цикла транспортной АТФазы». The EMBO Journal . 20 (20): 5615–25. doi :10.1093/emboj/20.20.5615. PMC 125677. PMID  11598005 . 
  64. ^ ab Gilson, L.; Mahanty, HK; Kolter, R. (декабрь 1990 г.). «Генетический анализ экспортной системы, подобной MDR: секреция колицина V». The EMBO Journal . 9 (12): 3875–3884. doi :10.1002/j.1460-2075.1990.tb07606.x. ISSN  0261-4189. PMC 552155. PMID 2249654  . 
  65. ^ Чой, Янг Хи; Ю, Ай-Мин (2014). «ABC-транспортеры при множественной лекарственной устойчивости и фармакокинетике, а также стратегии разработки лекарств». Current Pharmaceutical Design . 20 (5): 793–807. doi :10.2174/138161282005140214165212. ISSN  1381-6128. PMC 6341993. PMID  23688078 . 
  66. ^ McMurry L, Petrucci RE, Levy SB (июль 1980 г.). «Активный отток тетрациклина, кодируемый четырьмя генетически различными детерминантами устойчивости к тетрациклину в Escherichia coli». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 77 (7): 3974–7. Bibcode :1980PNAS...77.3974M. doi : 10.1073/pnas.77.7.3974 . PMC 349750 . PMID  7001450. 
  67. ^ Rea PA (2007). «Растительные АТФ-связывающие кассетные транспортеры». Annual Review of Plant Biology . 58 : 347–75. doi :10.1146/annurev.arplant.57.032905.105406. PMID  17263663.
  68. ^ Bailly A, Yang H, Martinoia E, Geisler M, Murphy AS (2011). «Уроки растений: исследование функциональности ABCB посредством структурного моделирования». Frontiers in Plant Science . 2 : 108. doi : 10.3389/fpls.2011.00108 . PMC 3355715. PMID  22639627 . 
  69. ^ Geisler M, Murphy AS (февраль 2006 г.). «ABC транспорта ауксина: роль p-гликопротеинов в развитии растений». FEBS Letters . 580 (4): 1094–102. Bibcode : 2006FEBSL.580.1094G. doi : 10.1016/j.febslet.2005.11.054. PMID  16359667. S2CID  23368914.
  70. ^ abcd Yang H, Murphy AS (июль 2009 г.). "Функциональная экспрессия и характеристика транспортеров ауксина Arabidopsis ABCB, AUX 1 и PIN в Schizosaccharomyces pombe". The Plant Journal . 59 (1): 179–91. doi : 10.1111/j.1365-313X.2009.03856.x . PMID  19309458.
  71. ^ Blakeslee JJ, Peer WA, Murphy AS (октябрь 2005 г.). «Транспорт ауксина». Current Opinion in Plant Biology . 8 (5): 494–500. Bibcode : 2005COPB....8..494B. doi : 10.1016/j.pbi.2005.07.014. PMID  16054428.
  72. ^ Kretzschmar T, Burla B, Lee Y, Martinoia E, Nagy R (сентябрь 2011 г.). "Функции ABC-транспортеров в растениях" (PDF) . Essays in Biochemistry . 50 (1): 145–60. doi :10.1042/bse0500145. PMID  21967056.
  73. ^ Kubeš M, Yang H, Richter GL, Cheng Y, Młodzińska E, Wang X, Blakeslee JJ, Carraro N, Petrášek J, Zažímalová E, Hoyerová K, Peer WA, Murphy AS (февраль 2012 г.). «Концентрационный транспортер притока/оттока Arabidopsis ABCB4 регулирует клеточные уровни ауксина в эпидермисе корня». The Plant Journal . 69 (4): 640–54. doi :10.1111/j.1365-313X.2011.04818.x. PMID  21992190.
  74. ^ Dawson RJ, Locher KP (март 2007). «Структура многокомпонентного транспортера ABC Sav1866 из Staphylococcus aureus в комплексе с AMP-PNP». FEBS Letters . 581 (5): 935–8. Bibcode : 2007FEBSL.581..935D. doi : 10.1016/j.febslet.2007.01.073. PMID  17303126. S2CID  19960736.
  75. ^ Velamakanni S, Yao Y, Gutmann DA, van Veen HW (сентябрь 2008 г.). «Транспорт нескольких лекарственных средств транспортером ABC Sav1866 из Staphylococcus aureus». Биохимия . 47 (35): 9300–8. doi :10.1021/bi8006737. PMID  18690712.
  76. ^ Reuter G, Janvilisri T, Venter H, Shahi S, Balakrishnan L, van Veen HW (сентябрь 2003 г.). «Транспортёр мультилекарственных средств кассетного связывания АТФ LmrA и транспортёр липидов MsbA имеют перекрывающиеся субстратные специфичности». Журнал биологической химии . 278 (37): 35193–8. doi : 10.1074/jbc.M306226200 . PMID  12842882.
  77. ^ Raetz CR, Reynolds CM, Trent MS, Bishop RE (2007). «Системы модификации липида А у грамотрицательных бактерий». Annual Review of Biochemistry . 76 : 295–329. doi :10.1146/annurev.biochem.76.010307.145803. PMC 2569861. PMID 17362200  . 
  78. ^ Chang G, Roth CB (сентябрь 2001 г.). «Структура MsbA из E. coli: гомолог транспортеров АТФ-связывающей кассеты (ABC) с множественной лекарственной устойчивостью». Science . 293 (5536): 1793–800. Bibcode :2001Sci...293.1793C. doi :10.1126/science.293.5536.1793. PMID  11546864.(Отозвано, см. doi : 10.1126/science.314.5807.1875b, PMID  17185584) (Отозвано, см. doi : 10.1126/science.314.5807.1875b)
  79. ^ Reyes CL, Chang G (май 2005). «Структура транспортера ABC MsbA в комплексе с АДФ.ванадатом и липополисахаридом». Science . 308 (5724): 1028–31. Bibcode :2005Sci...308.1028R. doi :10.1126/science.1107733. PMID  15890884. S2CID  37250061.(Отозвано, см. doi : 10.1126/science.314.5807.1875b, PMID  17185584) (Отозвано, см. doi : 10.1126/science.314.5807.1875b)
  80. ^ Buchaklian AH, Funk AL, Klug CS (июль 2004 г.). «Конформация состояния покоя гомодимера MsbA, изученная с помощью направленной спиновой маркировки». Биохимия . 43 (26): 8600–6. doi :10.1021/bi0497751. PMID  15222771.
  81. ^ abc Dong J, Yang G, McHaourab HS (май 2005). "Структурная основа преобразования энергии в транспортном цикле MsbA". Science . 308 (5724): 1023–8. Bibcode :2005Sci...308.1023D. doi :10.1126/science.1106592. PMID  15890883. S2CID  1308350.
  82. ^ Borbat PP, Surendhran K, Bortolus M, Zou P, Freed JH, Mchaourab HS (октябрь 2007 г.). «Конформационное движение транспортера ABC MsbA, вызванное гидролизом АТФ». PLOS Biology . 5 (10): e271. doi : 10.1371/journal.pbio.0050271 . PMC 2001213. PMID  17927448 . 
  83. ^ Чжан, Ге; Байдин, Вадим; Пахил, Каранбир С.; Мойсон, Эйлин; Томасек, Дэвид; Рамадосс, Нитья С.; Чаттерджи, Арнаб К.; Макнамара, Кейс В.; Янг, Трэвис С.; Шульц, Питер Г.; Мередит, Тимоти К.; Кане, Дэниел (7 мая 2018 г.). «Клеточный скрининг для обнаружения ингибиторов биогенеза липополисахарида». Труды Национальной академии наук . 115 (26): 6834–6839. Bibcode : 2018PNAS..115.6834Z. doi : 10.1073/pnas.1804670115 . PMC 6042065. PMID  29735709 . 
  84. ^ Хо, Хоангдун; Миу, Ань; Александр, Мэри Кейт; Гарсия, Натали К.; О, Анджела; Зильберлейб, Инна; Райхельт, Майк; Остин, Кэри Д.; Там, Кристин; Шрайвер, Стефани; Ху, Хуэйонг; Лабади, Шарада С.; Лян, Цзюнь; Ван, Лань; Ван, Цзянь; Лу, Янь; Перки, Ханс Э.; Куинн, Джон; Франке, Ивонн; Кларк, Кевин; Березини, Морин Х.; Тан, Ман-Ва; Селлерс, Бенджамин Д.; Маурер, Тилл; Келер, Майкл Ф.Т.; Векслер, Аарон Т.; Кифер, Джеймс Р.; Верма, Вишал; Сюй, Имин; Нишияма, Мирей; Пайанде, Цзянь; Кот, Кристофер М. (май 2018 г.). «Структурная основа для двухрежимного ингибирования транспортера ABC MsbA». Nature . 557 (7704): 196–201. Bibcode :2018Natur.557..196H. doi :10.1038/s41586-018-0083-5. PMID  29720648. S2CID  13660653.
  85. ^ Gutmann DA, Ward A, Urbatsch IL, Chang G, van Veen HW (январь 2010 г.). «Понимание полиспецифичности мультилекарственных транспортеров ABC: закрытие пробелов в ABCB1». Trends in Biochemical Sciences . 35 (1): 36–42. doi :10.1016/j.tibs.2009.07.009. PMC 4608440 . PMID  19819701. 
  86. ^ Leonard GD, Fojo T, Bates SE (2003). «Роль транспортеров ABC в клинической практике». The Oncologist . 8 (5): 411–24. doi : 10.1634/theoncologist.8-5-411 . PMID  14530494. S2CID  2780630.
  87. ^ Lage L (2009). "ABC-транспортеры как мишень для РНК-интерференционного устранения множественной лекарственной устойчивости". ABC-транспортеры в микроорганизмах . Caister Academic. ISBN 978-1-904455-49-3.
  88. ^ Annaert PP, Turncliff RZ, Booth CL, Thakker DR, Brouwer KL (октябрь 2001 г.). «Опосредованная P-гликопротеином in vitro желчная экскреция в сэндвич-культивированных гепатоцитах крыс». Drug Metab Dispos . 29 (10): 1277–83. PMID  11560870.
  89. ^ ab Annaert PP, Brouwer KL (март 2005 г.). «Оценка взаимодействия лекарственных средств в гепатобилиарном транспорте с использованием родамина 123 в сэндвич-культивированных гепатоцитах крыс». Drug Metab Dispos . 33 (3): 388–94. doi :10.1124/dmd.104.001669. PMID  15608134. S2CID  7063502.
  90. ^ Матссон, Пэр (2007). «Транспортеры оттока кассеты, связывающей АТФ, и пассивная проницаемость мембраны при всасывании и распределении лекарств». Diva .
  91. ^ Glavinas H, Krajcsi P, Cserepes J, Sarkadi B (январь 2004 г.). «Роль транспортеров ABC в лекарственной устойчивости, метаболизме и токсичности». Current Drug Delivery . 1 (1): 27–42. doi :10.2174/1567201043480036. PMID  16305368.
  92. ^ Glavinas H, Méhn D, Jani M, Oosterhuis B, Herédi-Szabó K, Krajcsi P (июнь 2008 г.). «Использование препаратов мембранных везикул для изучения взаимодействий между лекарственными средствами и транспортерами ABC». Экспертное мнение по метаболизму лекарств и токсикологии . 4 (6): 721–32. doi :10.1517/17425255.4.6.721. PMID  18611113. S2CID  86198612.
  93. ^ Весь этот том посвящен различным используемым методам: Nikaido H, Hall J (1998). ABC Transporters: Biochemical, Cellular, and Molecular Aspects . Methods in Enzymology. Vol. 292. pp. 3–853. doi :10.1016/s0076-6879(00)x0188-7. ISBN 9780121821937. PMID  9711542.
  94. ^ Хорио М, Готтесман ММ, Пастан И (май 1988). «АТФ-зависимый транспорт винбластина в везикулах из человеческих множественно-резистентных клеток». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 85 (10): 3580–4. Bibcode : 1988PNAS...85.3580H. doi : 10.1073/pnas.85.10.3580 . PMC 280257. PMID  3368466. 
  95. ^ Василиу, В.; Василиу, К.; Неберт, Д.В. (апрель 2009 г.). «Семейство транспортеров человеческой АТФ-связывающей кассеты (ABC)». Human Genomics . 3 (3): 281–90. doi : 10.1186/1479-7364-3-3-281 . PMC 2752038 . PMID  19403462. 
  96. ^ ab Chen ZS, Tiwari AK (сентябрь 2011 г.). «Белки множественной лекарственной устойчивости (MRP/ABCC) при химиотерапии рака и генетических заболеваниях». Журнал FEBS . 278 (18): 3226–45. doi : 10.1111/j.1742-4658.2011.08235.x. PMC 3168698. PMID  21740521. 
  97. ^ Saier MH (июнь 2000 г.). «Функционально-филогенетическая система классификации трансмембранных переносчиков растворенных веществ». Microbiology and Molecular Biology Reviews . 64 (2): 354–411. doi : 10.1128/MMBR.64.2.354-411.2000. PMC 98997. PMID  10839820. ; Группа биоинформатики лаборатории Saier. "3.A.1 Суперсемейство АТФ-связывающих кассет (ABC)". База данных классификации транспортеров (TCDB) . Калифорнийский университет в Сан-Диего.
  98. ^ Khwaja M, Ma Q, Saier MH (март 2005). «Топологический анализ интегральных мембранных компонентов прокариотических систем оттока ABC». Исследования в области микробиологии . 156 (2): 270–7. doi : 10.1016/j.resmic.2004.07.010 . PMID  15748994.
  99. ^ Zheng, WH; Västermark, Å; Shlykov, MA; Reddy, V; Sun, EI; Saier MH, Jr (6 мая 2013 г.). "Эволюционные взаимоотношения переносчиков захвата АТФ-связывающей кассеты (ABC)". BMC Microbiology . 13 : 98. doi : 10.1186/1471-2180-13-98 . PMC 3654945 . PMID  23647830. 

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки