Факторы обмена гуаниновых нуклеотидов ( GEF ) представляют собой белки или белковые домены, которые активируют мономерные GTPases , стимулируя высвобождение гуанозиндифосфата (GDP), чтобы обеспечить связывание гуанозинтрифосфата (GTP). [1] Было показано, что различные несвязанные структурные домены проявляют обменную активность гуаниновых нуклеотидов. Некоторые GEF могут активировать несколько GTPases, тогда как другие специфичны для одной GTPase.
Факторы обмена гуаниновых нуклеотидов (GEF) представляют собой белки или белковые домены, участвующие в активации малых ГТФаз . Малые ГТФазы действуют как молекулярные переключатели во внутриклеточных сигнальных путях и имеют множество последующих мишеней. Наиболее известные ГТФазы составляют суперсемейство Ras и участвуют в важнейших клеточных процессах, таких как дифференцировка и пролиферация клеток, организация цитоскелета, транспорт везикул и ядерный транспорт. [2] ГТФазы активны, когда связаны с ГТФ, и неактивны, когда связаны с ВВП, что позволяет регулировать их активность с помощью GEF и противоположных белков, активирующих ГТФазу (GAP). [3]
ВВП диссоциирует от неактивных ГТФаз очень медленно. [3] Связывание GEF с их субстратами GTPase катализирует диссоциацию GDP, позволяя молекуле GTP связываться на своем месте. Функция ГЭФ заключается в содействии диссоциации ВВП. После того, как ВВП отделился от ГТФазы, ГТФ обычно связывается на своем месте, поскольку цитозольное соотношение ГТФ намного выше, чем ВВП, и составляет 10:1. [4] Связывание GTP с GTPase приводит к высвобождению GEF, который затем может активировать новую GTPase. [5] [6] Таким образом, GEF как дестабилизируют взаимодействие ГТФазы с GDP, так и стабилизируют безнуклеотидную ГТФазу до тех пор, пока с ней не свяжется молекула ГТФ. [7] GAP (белок, активирующий ГТФазу) действуют антагонистически, инактивируя ГТФазы, увеличивая присущую им скорость гидролиза ГТФ. ВВП остается связанным с неактивной ГТФазой до тех пор, пока ГЭФ не свяжет и не стимулирует ее высвобождение. [3]
Локализация GEF может определять, где в клетке будет активна определенная ГТФаза. Например, Ran GEF, RCC1 , присутствует в ядре, тогда как Ran GAP присутствует в цитозоле, модулируя ядерный импорт и экспорт белков. [8] RCC1 преобразует RanGDP в RanGTP в ядре, активируя Ran для экспорта белков. Когда Ran GAP катализирует превращение RanGTP в RanGDP в цитозоле, белковый груз высвобождается.
Механизм активации ГТФазы варьируется в зависимости от разных GEF. Однако есть некоторые сходства в том, как разные GEF изменяют конформацию сайта связывания нуклеотидов G-белка. ГТФазы содержат две петли, называемые переключателем 1 и переключателем 2, которые расположены по обе стороны от связанного нуклеотида. Эти области и фосфатсвязывающая петля ГТФазы взаимодействуют с фосфатами нуклеотида и координирующим ионом магния , поддерживая высокое сродство связывания нуклеотида. Связывание GEF вызывает конформационные изменения в P-петле и областях переключения ГТФазы, в то время как остальная часть структуры практически не изменяется. Связывание GEF стерически препятствует сайту связывания магния и мешает фосфатсвязывающей области, в то время как область связывания оснований остается доступной. Когда GEF связывается с ГТФазой, фосфатные группы высвобождаются первыми, а GEF вытесняется при связывании входящей молекулы GTP. Хотя эта общая схема является общей для GEF, специфические взаимодействия между областями GTPase и GEF различаются среди отдельных белков. [9]
Некоторые GEF специфичны для одной ГТФазы, тогда как другие имеют несколько субстратов ГТФазы. Хотя различные подсемейства GTPases суперсемейства Ras имеют консервативный домен связывания GTP, это не относится к GEF. Разным семействам ГЭФ соответствуют разные подсемейства Ras. Функциональные домены этих семейств GEF структурно не родственны и не имеют гомологичных последовательностей. Эти домены GEF, по-видимому, эволюционно не связаны, несмотря на схожие функции и субстраты. [7]
Домен гомологии CDC25, также называемый доменом RasGEF , является каталитическим доменом многих Ras GEF, которые активируют Ras GTPases. Домен CDC25 включает примерно 500 аминокислот и впервые был идентифицирован в белке CDC25 у почкующихся дрожжей ( Saccharomyces cerevisiae ) . [10]
Dbl-подобные RhoGEF присутствовали в зародыше эукариот и превратились в высокоадаптивные клеточные сигнальные медиаторы. [11] Dbl-подобные RhoGEF характеризуются наличием домена Dbl-гомологии ( домен DH ), ответственного за каталитическую активность GEF для Rho GTPases . [12] Геном человека кодирует 71 член, распределенных по 20 подсемействам. Все 71 член уже присутствовали у ранних позвоночных, а большинство из 20 подсемейств уже присутствовали у ранних многоклеточных животных. Многие белки семейства Dbl млекопитающих являются тканеспецифичными, и их количество у Metazoa варьируется в зависимости от сложности передачи сигналов в клетках. Домены гомологии плекстрина ( домены PH ) связаны в тандеме с доменами DH у 64 из 71 члена семейства Dbl. Домен PH расположен непосредственно рядом с С-концом домена DH. Вместе эти два домена составляют минимальную структурную единицу, необходимую для активности большинства белков семейства Dbl. Домен PH участвует во внутриклеточном нацеливании домена DH. Обычно считается, что он модулирует мембранное связывание посредством взаимодействия с фосфолипидами, но было показано, что его функция различается в разных белках. [13] [14] Этот домен PH также присутствует в других белках, помимо RhoGEF.
Домен DHR2 является каталитическим доменом семейства DOCK Rho GEF. Как и домен DH , DHR2 уже присутствовал при зарождении эукариот. [11] Семейство DOCK представляет собой отдельное подмножество GEF из семейства Dbl и не имеет никакого структурного или последовательностного отношения к домену DH. Идентифицировано 11 членов семейства DOCK, разделенных на подсемейства в зависимости от активации Rac и Cdc42 . Члены семейства DOCK участвуют в миграции клеток, морфогенезе и фагоцитозе. Домен DHR2 состоит примерно из 400 аминокислот. Эти белки также содержат второй консервативный домен, DHR1, который состоит примерно из 250 аминокислот. Было показано, что домен DHR1 участвует в мембранной локализации некоторых GEF. [15]
Домен Sec7 отвечает за каталитическую активность GEF в ARF GTPases. Белки ARF участвуют в транспортировке везикул . Хотя ARF GEF различаются по своим общим последовательностям, они содержат консервативный домен Sec 7. Этот участок из 200 аминокислот гомологичен дрожжевому белку Sec7p. [16]
GEF часто рекрутируются адаптерными белками в ответ на восходящие сигналы. GEF представляют собой многодоменные белки и взаимодействуют с другими белками внутри клетки через эти домены. [13] Адаптерные белки могут модулировать активность GEF, взаимодействуя с другими доменами, помимо каталитического домена. Например, SOS 1, Ras GEF в пути MAPK/ERK , рекрутируется адаптерным белком GRB2 в ответ на активацию рецептора EGF . Связывание SOS1 с GRB2 локализует его на плазматической мембране, где он может активировать мембраносвязанный Ras . [17] Другие GEF, такие как Rho GEF Vav1 , активируются при фосфорилировании в ответ на восходящие сигналы. [18] Вторичные мессенджеры, такие как цАМФ и кальций, также могут играть роль в активации GEF. [3]
Также были показаны перекрестные помехи между GEF и несколькими сигнальными путями ГТФазы. Например, SOS содержит домен гомологии Dbl в дополнение к каталитическому домену CDC25. SOS может действовать как GEF для активации Rac1 , RhoGTPase, в дополнение к своей роли GEF для Ras. Таким образом, SOS является связующим звеном между сигнальными путями ГТФазы Ras-семейства и Rho-семейства. [14]
ГЭФ являются потенциальной мишенью для терапии рака из-за их роли во многих сигнальных путях, особенно в пролиферации клеток. Например, многие виды рака вызваны мутациями в пути MAPK/ERK , которые приводят к неконтролируемому росту. GEF SOS1 активирует Ras, мишенью которого является киназа Raf . Raf является протоонкогеном, поскольку мутации этого белка обнаружены при многих видах рака. [6] [13] Было показано, что Rho GTPase Vav1 , которая может активироваться рецептором GEF, способствует пролиферации опухоли при раке поджелудочной железы. [18] GEFs представляют собой возможные терапевтические мишени, поскольку они потенциально могут играть роль в регулировании этих путей посредством активации GTPases.
{{cite journal}}
: Требуется цитировать журнал |journal=
( помощь )