stringtranslate.com

Фактор обмена гуаниновых нуклеотидов

ГТП
ВВП

Факторы обмена гуаниновых нуклеотидов ( GEF ) — это белки или белковые домены, которые активируют мономерные ГТФазы , стимулируя высвобождение гуанозиндифосфата (ГДФ), чтобы обеспечить связывание гуанозинтрифосфата (ГТФ). [1] Было показано, что ряд неродственных структурных доменов проявляют активность обмена гуаниновых нуклеотидов. Некоторые GEF могут активировать несколько ГТФаз, в то время как другие специфичны для одной ГТФазы.

Функция

Схема активации GEF ГТФазы

Факторы обмена гуаниновых нуклеотидов (GEF) — это белки или белковые домены, участвующие в активации малых ГТФаз . Малые ГТФазы действуют как молекулярные переключатели во внутриклеточных сигнальных путях и имеют множество нисходящих мишеней. Наиболее известные ГТФазы включают суперсемейство Ras и участвуют в основных клеточных процессах, таких как дифференциация и пролиферация клеток, организация цитоскелета, транспортировка везикул и ядерный транспорт. [2] ГТФазы активны при связывании с ГТФ и неактивны при связывании с ГДФ, что позволяет регулировать их активность с помощью ГТФаз и противоположных белков, активирующих ГТФазу (GAP). [3]

GDP очень медленно диссоциирует от неактивных ГТФаз. [3] Связывание GEF с их субстратами ГТФазы катализирует диссоциацию GDP, позволяя молекуле ГТФазы связываться на своем месте. GEFs выполняют функцию содействия диссоциации GDP. После того, как GDP диссоциирует от ГТФазы, GTP обычно связывается на своем месте, так как цитозольное соотношение GTP намного выше, чем GDP, и составляет 10:1. [4] Связывание GTP с ГТФазой приводит к высвобождению GEF, который затем может активировать новую ГТФазу. [5] [6] Таким образом, GEFs дестабилизируют взаимодействие ГТФазы с GDP и стабилизируют свободную от нуклеотидов ГТФазу до тех пор, пока с ней не свяжется молекула ГТФазы. [7] GAPs (белок, активирующий ГТФазу) действуют антагонистически, инактивируя ГТФазы, увеличивая их собственную скорость гидролиза ГТФ. GDP остается связанным с неактивной ГТФазой до тех пор, пока не свяжется GEF и не стимулирует ее высвобождение. [3]

Локализация GEF может определять, где в клетке будет активна конкретная GTPase. Например, Ran GEF, RCC1 , присутствует в ядре, в то время 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 преобразование RanGTP в RanGDP в цитозоле, высвобождается белковый груз.

Механизм

Механизм активации ГТФазы различается среди различных GEF. Однако есть некоторые сходства в том, как различные GEF изменяют конформацию сайта связывания нуклеотида G-белка. ГТФазы содержат две петли, называемые switch 1 и switch 2, которые расположены по обе стороны связанного нуклеотида. Эти области и фосфат -связывающая петля ГТФазы взаимодействуют с фосфатами нуклеотида и координирующим ионом магния для поддержания высокоаффинного связывания нуклеотида. Связывание ГЭФ вызывает конформационные изменения в петле P и областях переключения ГТФазы, в то время как остальная часть структуры в значительной степени не изменяется. Связывание ГЭФ стерически затрудняет сайт связывания магния и мешает области связывания фосфата, в то время как область связывания основания остается доступной. Когда ГЭФ связывает ГТФазу, фосфатные группы высвобождаются первыми, и ГЭФ смещается при связывании входящей молекулы ГТФ. Хотя эта общая схема распространена среди GEF, специфические взаимодействия между областями ГТФазы и GEF различаются среди отдельных белков. [9]

Структура и специфика

Некоторые GEF специфичны для одной GTPase, в то время как другие имеют несколько субстратов GTPase. В то время как различные подсемейства Ras суперсемейства GTPases имеют консервативный домен связывания GTP, это не относится к GEF. Различные семейства GEF соответствуют различным подсемействам Ras. Функциональные домены этих семейств GEF структурно не связаны и не имеют общей гомологии последовательностей. Эти домены GEF, по-видимому, эволюционно не связаны, несмотря на схожую функцию и субстраты. [7]

Домен CDC25

Домен гомологии CDC25, также называемый доменом RasGEF , является каталитическим доменом многих Ras GEF, которые активируют Ras GTPases. Домен CDC25 включает приблизительно 500 аминокислот и был впервые идентифицирован в белке CDC25 в почкующихся дрожжах ( Saccharomyces cerevisiae ) . [10]

Домены DH и PH

Dbl-подобные RhoGEF присутствовали у истоков эукариот и эволюционировали как высокоадаптивные посредники клеточной сигнализации. [11] Dbl-подобные RhoGEF характеризуются наличием домена гомологии Dbl ( домен DH ), отвечающего 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, и большинство из 20 подсемейств уже присутствовали у ранних метазоа. Многие из белков семейства Dbl млекопитающих являются тканеспецифичными, и их количество у метазоа варьируется пропорционально сложности клеточной сигнализации. Домены гомологии плекстрина ( домены PH ) связаны в тандеме с доменами DH у 64 из 71 члена семейства Dbl. Домен PH расположен непосредственно рядом с C-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 связывание мембраны 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

Домен DHR2 является каталитическим доменом семейства DOCK Rho GEF. Как и домен DH , DHR2 уже присутствовал у истоков эукариот. [11] Семейство DOCK является отдельным подмножеством GEF из семейства Dbl и не имеет структурной или последовательной связи с доменом DH. Существует 11 идентифицированных членов семейства DOCK, разделенных на подсемейства на основе их активации Rac и Cdc42 . Члены семейства DOCK участвуют в миграции клеток, морфогенезе и фагоцитозе. Домен DHR2 состоит приблизительно из 400 аминокислот. Эти белки также содержат второй консервативный домен, DHR1, который состоит приблизительно из 250 аминокислот. Было показано, что домен DHR1 участвует в локализации некоторых GEF на мембране. [15]

домен Sec7

Домен Sec7 отвечает за каталитическую активность GEF в ARF GTPases. Белки ARF функционируют в везикулярном транспорте. Хотя ARF GEF расходятся по своим общим последовательностям, они содержат консервативный домен Sec 7. Этот участок из 200 аминокислот гомологичен белку Sec7p дрожжей. [16]

Регулирование

GEF часто привлекаются адаптерными белками в ответ на сигналы, поступающие сверху. GEF являются многодоменными белками 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 , привлекается адаптерным белком GRB2 в ответ на активацию рецептора EGF . Связывание SOS1 с GRB2 локализует его на плазматической мембране, где он может активировать связанный с мембраной Ras . [17] Другие GEF, такие как Rho GEF Vav1 , активируются при фосфорилировании в ответ на сигналы, поступающие снизу. [18] Вторичные мессенджеры, такие как цАМФ и кальций, также могут играть роль в активации GEF. [3]

Также было показано перекрестное взаимодействие между GEF и несколькими сигнальными путями GTPase. Например, SOS содержит домен гомологии Dbl в дополнение к своему 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 Ras-Family и Rho-Family GTPase. [14]

Рак

GEF являются потенциальной целью для терапии рака из-за их роли во многих сигнальных путях, в частности, в пролиферации клеток. Например, многие виды рака вызваны мутациями в пути MAPK/ERK , которые приводят к неконтролируемому росту. GEF SOS1 активирует Ras, чьей целью является киназа Raf . Raf является протоонкогеном , поскольку мутации в этом белке были 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] GEF представляют собой возможные терапевтические цели, поскольку они потенциально могут играть роль в регуляции этих путей посредством активации ими GTPases.

Примеры

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Cherfils J, Zeghouf M (январь 2013 г.). «Регулирование малых ГТФаз с помощью GEF, GAP и GDI». Physiological Reviews . 93 (1): 269–309. doi :10.1152/physrev.00003.2012. PMID  23303910.
  2. ^ ab Брюс Альбертс и др. (2002). Молекулярная биология клетки. Garland Science. стр. 877–. ISBN 0815332181. Получено 12 января 2011 г.
  3. ^ abcd Bourne HR, Sanders DA, McCormick F (ноябрь 1990 г.). «Суперсемейство GTPase: консервативный переключатель для различных функций клеток». Nature . 348 (6297): 125–32. doi :10.1038/348125a0. PMID  2122258. S2CID  4329238.
  4. ^ Bos JL, Rehmann H, Wittinghofer A (июнь 2007 г.). «GEF и GAP: критические элементы в контроле малых G-белков». Cell . 129 (5): 865–77. doi : 10.1016/j.cell.2007.05.018 . PMID  17540168.
  5. ^ Feig LA (апрель 1994). «Факторы обмена гуанин-нуклеотидов: семейство положительных регуляторов Ras и родственных GTPases». Current Opinion in Cell Biology . 6 (2): 204–11. doi :10.1016/0955-0674(94)90137-6. PMID  8024811.
  6. ^ ab Quilliam LA, Rebhun JF, Castro AF (2002). «Растущее семейство факторов обмена гуаниновых нуклеотидов отвечает за активацию Ras-семейства GTPases». Progress in Nucleic Acid Research and Molecular Biology . 71 : 391–444. doi :10.1016/S0079-6603(02)71047-7. ISBN 9780125400718. PMID  12102558.
  7. ^ ab Cherfils J, Chardin P (август 1999). "GEFs: структурная основа для их активации малых GTP-связывающих белков". Trends in Biochemical Sciences . 24 (8): 306–11. doi :10.1016/S0968-0004(99)01429-2. PMID  10431174.
  8. ^ ab Seki T, Hayashi N, Nishimoto T (август 1996 г.). "RCC1 в пути Ran". Журнал биохимии . 120 (2): 207–14. doi :10.1093/oxfordjournals.jbchem.a021400. PMID  8889801.
  9. ^ Vetter IR, Wittinghofer A (ноябрь 2001 г.). «Переключатель связывания гуаниновых нуклеотидов в трех измерениях». Science . 294 (5545): 1299–304. doi :10.1126/science.1062023. PMID  11701921. S2CID  6636339.
  10. ^ Бориак-Сьодин ПА, Маргарит СМ, Бар-Саги Д, Курьян Дж (июль 1998 г.). «Структурная основа активации Ras с помощью Sos». Nature . 394 (6691): 337–43. doi :10.1038/28548. PMID  9690470. S2CID  204998911.
  11. ^ ab Fort P, Blangy A (июнь 2017 г.). «Эволюционный ландшафт Dbl-подобных семейств RhoGEF: адаптация эукариотических клеток к сигналам окружающей среды». Genome Biol Evol . 9 (6): 1471–1486. ​​doi :10.1093/gbe/evx100. PMC 5499878. PMID  28541439 . 
  12. ^ Zheng Y (декабрь 2001 г.). «Факторы обмена гуаниновых нуклеотидов семейства Dbl». Trends in Biochemical Sciences . 26 (12): 724–32. doi :10.1016/S0968-0004(01)01973-9. PMID  11738596.
  13. ^ abc Schmidt A, Hall A (июль 2002 г.). «Факторы обмена гуаниновых нуклеотидов для Rho GTPases: включение переключателя». Genes & Development . 16 (13): 1587–609. doi : 10.1101/gad.1003302 . PMID  12101119.
  14. ^ ab Soisson SM, Nimnual AS, Uy M, Bar-Sagi D, Kuriyan J (октябрь 1998 г.). "Кристаллическая структура доменов гомологии Dbl и плекстрина из человеческого белка Son of sevenless". Cell . 95 (2): 259–68. doi : 10.1016/S0092-8674(00)81756-0 . PMID  9790532.
  15. ^ Yang J, Zhang Z, Roe SM, Marshall CJ, Barford D (сентябрь 2009 г.). «Активация Rho GTPases факторами обмена DOCK опосредована нуклеотидным сенсором». Science . 325 (5946): 1398–402. doi :10.1126/science.1174468. PMID  19745154. S2CID  35369555.
  16. ^ Джексон CL, Казанова JE (февраль 2000). «Включение ARF: семейство факторов обмена гуанин-нуклеотидов Sec7». Тенденции в клеточной биологии . 10 (2): 60–7. doi :10.1016/s0962-8924(99)01699-2. PMID  10652516.
  17. ^ ab Chardin P, Camonis JH, Gale NW, van Aelst L, Schlessinger J, Wigler MH, Bar-Sagi D (май 1993). "Человеческий Sos1: фактор обмена гуаниновых нуклеотидов для Ras, который связывается с GRB2". Science . 260 (5112): 1338–43. doi :10.1126/science.8493579. PMID  8493579.
  18. ^ ab Fernandez-Zapico ME, Gonzalez-Paz NC, Weiss E, Savoy DN, Molina JR, Fonseca R, Smyrk TC, Chari ST, Urrutia R, Billadeau DD (январь 2005 г.). «Эктопическая экспрессия VAV1 обнаруживает неожиданную роль в опухолеобразовании рака поджелудочной железы». Cancer Cell . 7 (1): 39–49. doi : 10.1016/j.ccr.2004.11.024 . PMID  15652748.
  19. ^ Прайс Н., Прауд С. (1994). «Фактор обмена гуаниновых нуклеотидов, eIF-2B». Biochimie . 76 (8): 748–60. doi :10.1016/0300-9084(94)90079-5. PMID  7893825.
  20. ^ Ueda H, Nagae R, Kozawa M, Morishita R, Kimura S, Nagase T, Ohara O, Yoshida S, Asano T (2008). «Гетеротримерные субъединицы G-белка βγ стимулируют FLJ00018, фактор обмена гуаниновых нуклеотидов для Rac1 и Cdc42». J. Biol. Chem . 283 (4): 1946–1953. doi : 10.1074/jbc.m707037200 . PMID  18045877.
  21. ^ Margolis SS, Salogiannis J, Lipton DM, Mandel-Brehm C, Wills ZP, Mardinly AR, Hu L, Greer PL, Bikoff JB, Ho HY, Soskis MJ, Sahin M, Greenberg ME (октябрь 2010 г.). «EphB-опосредованная деградация RhoA GEF Ephexin5 снимает тормоз развития при формировании возбуждающего синапса». Cell . 143 (3): 442–55. doi :10.1016/j.cell.2010.09.038. PMC 2967209 . PMID  21029865. 
  22. ^ Салогианнис, Джон (18 октября 2013 г.). «Регуляция развития возбуждающего синапса с помощью RhoGEF Ephexin5». {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )

Внешние ссылки