stringtranslate.com

ЕЛК1

ETS Like-1 белок Elk-1 — это белок , который у людей кодируется ELK1 . [ 5] Elk-1 функционирует как активатор транскрипции . Он классифицируется как фактор тройного комплекса (TCF), подкласс семейства ETS , который характеризуется общим белковым доменом , регулирующим связывание ДНК с целевыми последовательностями. Elk1 играет важную роль в различных контекстах, включая формирование долговременной памяти , наркоманию , болезнь Альцгеймера , синдром Дауна , рак молочной железы и депрессию .

Структура

Рисунок 1

Как показано на рисунке 1, белок Elk1 состоит из нескольких доменов. Расположенный в N-концевой области, домен A необходим для связывания Elk1 с ДНК. Этот регион также содержит сигнал ядерной локализации (NLS) и сигнал ядерного экспорта (NES), которые отвечают за ядерный импорт и экспорт соответственно. Домен B позволяет Elk1 связываться с димером его кофактора, фактора ответа сыворотки (SRF). Расположенный рядом с доменом B, домен R участвует в подавлении транскрипционной активности Elk1. Этот домен содержит остатки лизина, которые, вероятно, подвергаются SUMOylation , посттрансляционному событию, которое усиливает ингибирующую функцию домена R. Домен D играет ключевую роль в связывании с активными митоген-активируемыми протеинкиназами (MAPK). Расположенный в C-концевой области Elk1, домен C включает аминокислоты , которые фактически фосфорилируются MAPK. В этой области серины 383 и 389 являются ключевыми сайтами, которые необходимо фосфорилировать для транскрипции, опосредованной Elk1. Наконец, домен DEF специфичен для взаимодействия активированной внеклеточной сигнал-регулируемой киназы (Erk), типа MAPK, с Elk1. [6]

Выражение

Учитывая его роль в качестве фактора транскрипции , Elk1 экспрессируется в ядрах не-нейрональных клеток. Белок присутствует как в цитоплазме, так и в ядре зрелых нейронов. [6] В постмитотических нейронах вариант Elk1, sElk1, экспрессируется исключительно в ядре, поскольку в нем отсутствует сайт NES, присутствующий в полноразмерном белке. [7] Более того, хотя Elk1 широко экспрессируется, фактические уровни варьируются в зависимости от ткани. Например, мозг крысы чрезвычайно богат Elk1, но белок экспрессируется исключительно в нейронах. [8]

Варианты сращивания

Помимо полноразмерного белка, ген Elk1 может давать две укороченные версии Elk1: ∆Elk1 и sElk1. Альтернативный сплайсинг дает ∆Elk1. Этот вариант лишен части домена связывания ДНК, который позволяет взаимодействовать с SRF. [9] С другой стороны, sElk1 имеет неповрежденную область, которая связывается с SRF, но в нем отсутствуют первые 54 аминокислоты, содержащие NES. Обнаруженный только в нейронах, sElk1 создается путем использования внутреннего сайта начала трансляции. [10] Как ∆Elk1, так и sElk1, укороченные версии полноразмерного белка, способны связываться с ДНК и вызывать различные клеточные сигналы. Фактически, sElk1 противодействует Elk1 в нейрональной дифференцировке и регуляции сигнала фактора роста нервов / ERK . [8]

Сигнализация

Рисунок 2

Нисходящая цель Elk1 — элемент ответа сыворотки (SRE) протоонкогена c -fos . [11] [12] Для получения c-fos , белка, кодируемого геном Fos , Elk1 необходимо фосфорилировать MAPK на его C-конце. [13] [14] MAPK являются конечными эффекторами путей передачи сигнала, которые начинаются на плазматической мембране . [15] Фосфорилирование MAPK приводит к конформационному изменению Elk1. [16] Как видно на рисунке 2, киназа Raf действует выше MAPK, активируя их путем фосфорилирования и, тем самым, активации MEK, или MAPK, или ERK-киназ. [17] [18] [19] [20] Сам Raf активируется Ras, который связан с рецепторами факторов роста с активностью тирозинкиназы через Grb2 и Sos. [21] Grb2 и Sos могут стимулировать Ras только после связывания факторов роста с соответствующими им рецепторами. Однако активация Raf зависит не только от Ras. Протеинкиназа C, которая активируется форболовыми эфирами , может выполнять ту же функцию, что и Ras. [22] Киназа MEK (MEKK) также может активировать MEK, которые затем активируют MAPK, делая Raf порой ненужным. [23] Таким образом, различные пути передачи сигнала проходят через MEK и MAPK и приводят к активации Elk1. После стимуляции Elk1 должен быть задействован SRF, который позволяет Elk1 связываться с промотором c-fos . Связывание Elk1 с SRF происходит из-за взаимодействия белок-белок между доменом B Elk1 и SRF и взаимодействия белок-ДНК через домен A. [6]

Вышеупомянутые белки подобны рецептам для определенного выходного сигнала. Если один из этих ингредиентов, например SRF, отсутствует, то происходит другой выход. В этом случае отсутствие SRF приводит к активации Elk1 другого гена. [16] Таким образом, Elk1 может независимо взаимодействовать с сайтом связывания ETS, как в случае протоонкогена lck на рисунке 2. [16] Более того, расстояние и относительная ориентация сайта связывания Elk1 с SRE довольно гибкие, [24] что позволяет предположить, что регулируемые SRE ранние гены, отличные от c-fos, могут быть целями Elk1. egr-1 является примером цели Elk1, которая зависит от взаимодействия с SRE. [16] В конечном итоге фосфорилирование Elk1 может привести к образованию многих белков в зависимости от других задействованных факторов и их специфических взаимодействий друг с другом.

При изучении сигнальных путей мутации могут дополнительно подчеркнуть важность каждого компонента, используемого для активации нижестоящей цели. Например, нарушение C-концевого домена Elk1, который фосфорилирует MAPK, запускает ингибирование активации c-fos . [16] Аналогично, дисфункциональный SRF, который обычно связывает Elk1 с SRE, приводит к тому, что Fos не транскрибируется. [21] В то же время, без Elk1, SRF не может индуцировать транскрипцию c-fos после стимуляции MAPK. [16] По этим причинам Elk1 представляет собой важную связь между путями передачи сигнала и инициацией транскрипции гена.

Клиническое значение

Долговременная память

Формирование долговременной памяти может зависеть от Elk1. Ингибиторы MEK блокируют фосфорилирование Elk1 и, таким образом, нарушают приобретенное условное отвращение к вкусу. Более того, обучение избеганию , которое подразумевает обучение субъекта тому, что определенная реакция приводит к предотвращению аверсивного стимула, коррелирует с определенным увеличением активации Erk, Elk1 и c-fos в гиппокампе . Эта область мозга участвует в краткосрочном и долговременном хранении информации. Когда связывание Elk1 или SRF с ДНК блокируется в гиппокампе крысы, только секвестрация SRF мешает долговременной пространственной памяти . Хотя взаимодействие Elk1 с ДНК может не быть существенным для формирования памяти, его конкретную роль все еще необходимо изучить. Это связано с тем, что активация Elk1 может вызывать другие молекулярные события, которые не требуют связывания Elk1 с ДНК. Например, Elk1 участвует в фосфорилировании гистонов , усилении взаимодействия с SRF и привлечении базального транскрипционного аппарата, и все это не требует прямого связывания Elk1 с ДНК. [ 6]

Наркомания

Активация Elk1 играет центральную роль в наркотической зависимости . После того, как мышам дали кокаин , в полосатом теле наблюдается сильное и кратковременное гиперфосфорилирование Erk и Elk1. Когда этим мышам затем дали ингибиторы MEK , фосфорилирование Elk1 отсутствует. Показано, что без активного Elk1 продукция c-fos и вызванное кокаином условное предпочтение места блокируются. Более того, острое употребление этанола приводит к чрезмерному фосфорилированию Elk1 в миндалевидном теле . Также было обнаружено, что подавление активности Elk1 снижает клеточные реакции на сигналы отмены и длительное лечение опиоидами , одними из старейших известных наркотиков в мире. В целом эти результаты подчеркивают, что Elk1 является важным компонентом наркотической зависимости. [6]

Патофизиология

Накопление пептидов бета-амилоида (Aβ) вызывает и/или запускает болезнь Альцгеймера . Aβ препятствует фосфорилированию Elk1, вызванному BDNF . При этом активация Elk1 затрудняется, а регуляция гена, управляемая SRE, приводит к повышенной уязвимости нейронов. Elk1 также ингибирует транскрипцию пресенилина 1 (PS1), который кодирует белок, необходимый для последнего этапа последовательного протеолитического процесса белка-предшественника амилоида (APP). APP создает варианты Aβ (полипептид Aβ42/43). Более того, PS1 генетически связан с большинством случаев раннего начала семейной болезни Альцгеймера. Эти данные подчеркивают интригующую связь между Aβ, Elk1 и PS1. [6]

Другим состоянием, связанным с Elk1, является синдром Дауна . У эмбриональных и старых мышей с этим патофизиологическим состоянием наблюдалось снижение активности кальциневрина , основной фосфатазы для Elk1. У этих мышей также наблюдаются возрастные изменения в активации ERK. Более того, экспрессия SUMO3 , который подавляет активность Elk1, увеличивается у взрослых пациентов с синдромом Дауна. Таким образом, синдром Дауна коррелирует с изменениями в путях ERK, кальциневрина и SUMO, каждый из которых действует антагонистически на активность Elk1. [6]

Elk1 также взаимодействует с вариантами сплайсинга BRCA1 , а именно BRCA1a и BRCA1b. Это взаимодействие усиливает подавление роста, опосредованное BRCA1, в клетках рака молочной железы . Elk1 может быть нисходящей целью BRCA1 в его пути контроля роста. Недавняя литература показывает, что активность промотора c-fos ингибируется, в то время как сверхэкспрессия BRCA1a/1b снижает MEK-индуцированную активацию SRE. Эти результаты показывают, что один из механизмов подавления роста и опухоли белками BRCA1a/1b действует через подавление экспрессии нисходящих целевых генов Elk1, таких как Fos . [25]

Депрессия связана с Elk1. Сниженное фосфорилирование Elk1, опосредованное Erk , наблюдается в гиппокампе и префронтальной коре мозга посмертных суицидальных людей. Несбалансированная сигнализация Erk коррелирует с депрессией и суицидальным поведением. Будущие исследования покажут точную роль Elk1 в патофизиологии депрессии. [6]

Ссылки

  1. ^ abc GRCh38: Ensembl выпуск 89: ENSG00000126767 – Ensembl , май 2017 г.
  2. ^ abc GRCm38: Ensembl выпуск 89: ENSMUSG00000009406 – Ensembl , май 2017 г.
  3. ^ "Human PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  4. ^ "Mouse PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  5. ^ Rao VN, Huebner K, Isobe M, Rushdi A, Croce CM, Reddy ES (1989). "лось, тканеспецифичные гены, связанные с ets, на хромосомах X и 14 вблизи точек разрыва транслокации". Science . 244 (4900): 66–70. Bibcode :1989Sci...244...66R. doi :10.1126/science.2539641. PMID  2539641.
  6. ^ abcdefgh Besnard A, Galan-Rodriguez B, Vanhoutte P, Caboche J (2011). "Elk-1 - фактор транскрипции с множественными гранями в мозге". Front Neurosci . 5 : 35. doi : 10.3389/fnins.2011.00035 . PMC 3060702 . PMID  21441990. 
  7. ^ Sgambato V, Vanhoutte P, Pagès C, Rogard M, Hipskind R, Besson MJ, Caboche J (январь 1998 г.). «Экспрессия in vivo и регуляция Elk-1, мишени сигнального пути внеклеточно-регулируемой киназы, в мозге взрослой крысы». J. Neurosci . 18 (1): 214–26. doi :10.1523/JNEUROSCI.18-01-00214.1998. PMC 6793414 . PMID  9412502. 
  8. ^ ab Janknecht R, Zinck R, Ernst WH, Nordheim A (апрель 1994 г.). «Функциональное рассечение фактора транскрипции Elk-1». Онкоген . 9 (4): 1273–8. PMID  8134131.
  9. ^ Rao VN, Reddy ES (январь 1993 г.). «Delta elk-1, вариант elk-1, не взаимодействует с фактором ответа сыворотки и связывается с ДНК с модулированной специфичностью». Cancer Res . 53 (2): 215–20. PMID  8417810.
  10. ^ Vanhoutte P, Nissen JL, Brugg B, Gaspera BD, Besson MJ, Hipskind RA, Caboche J (февраль 2001 г.). «Противоположные роли Elk-1 и его мозгоспецифической изоформы, короткой Elk-1, в дифференциации PC12, вызванной фактором роста нервов». J. Biol. Chem . 276 (7): 5189–96. doi : 10.1074/jbc.M006678200 . PMID  11050086.
  11. ^ Hipskind RA, Rao VN, Mueller CG, Reddy ES, Nordheim A (1991). «Ets-related protein Elk-1 is homologous to the c-fos regulator factor p62TCF». Nature . 354 (6354): 531–4. Bibcode :1991Natur.354..531H. doi : 10.1038/354531a0 . PMID  1722028. S2CID  4305708.
  12. ^ Dalton S, Treisman R (февраль 1992). "Характеристика SAP-1, белка, привлекаемого фактором ответа сыворотки к элементу ответа сыворотки c-fos". Cell . 68 (3): 597–612. doi :10.1016/0092-8674(92)90194-H. PMID  1339307. S2CID  26274460.
  13. ^ Gille H, Kortenjann M, Strahl T, Shaw PE (март 1996). «Зависимое от фосфорилирования образование четвертичного комплекса в c-fos SRE». Mol. Cell. Biol . 16 (3): 1094–102. doi : 10.1128/mcb.16.3.1094. PMC 231092. PMID  8622654. 
  14. ^ Zinck R, Hipskind RA, Pingoud V, Nordheim A (июнь 1993 г.). "c-fos транскрипционная активация и репрессия коррелируют по времени со статусом фосфорилирования TCF". EMBO J . 12 (6): 2377–87. doi :10.1002/j.1460-2075.1993.tb05892.x. PMC 413468 . PMID  8389697. 
  15. ^ Marx J (февраль 1993 г.). «Исследования смерти клеток дают ключи к раку». Science . 259 (5096): 760–1. Bibcode :1993Sci...259..760M. doi :10.1126/science.8430327. PMID  8430327.
  16. ^ abcdef Janknecht R, Ernst WH, Pingoud V, Nordheim A (декабрь 1993 г.). «Активация тройного комплексного фактора Elk-1 киназами MAP». EMBO J . 12 (13): 5097–104. doi :10.1002/j.1460-2075.1993.tb06204.x. PMC 413771 . PMID  8262053. 
  17. ^ Дент П., Хазер В., Хейстед Т.А., Винсент Л.А., Робертс Т.М., Стерджилл Т.В. (сентябрь 1992 г.). «Активация митоген-активируемой протеинкиназы киназы с помощью v-Raf в клетках NIH 3T3 и in vitro». Наука . 257 (5075): 1404–7. Бибкод : 1992Sci...257.1404D. дои : 10.1126/science.1326789. ПМИД  1326789.
  18. ^ Howe LR, Leevers SJ, Gómez N, Nakielny S, Cohen P, Marshall CJ (октябрь 1992 г.). «Активация пути киназы MAP протеинкиназой raf». Cell . 71 (2): 335–42. doi :10.1016/0092-8674(92)90361-F. PMID  1330321. S2CID  6640043.
  19. ^ Kyriakis JM, App H, Zhang XF, Banerjee P, Brautigan DL, Rapp UR, Avruch J (июль 1992). "Raf-1 активирует MAP kinase-kinase". Nature . 358 (6385): 417–21. Bibcode :1992Natur.358..417K. doi :10.1038/358417a0. PMID  1322500. S2CID  4335307.
  20. ^ Wu J, Harrison JK, Dent P, Lynch KR, Weber MJ, Sturgill TW (август 1993 г.). «Идентификация и характеристика новой митоген-активируемой протеинкиназы млекопитающих киназы, MKK2». Mol. Cell. Biol . 13 (8): 4539–48. doi : 10.1128/mcb.13.8.4539. PMC 360070. PMID  8393135. 
  21. ^ ab Moodie SA, Willumsen BM, Weber MJ, Wolfman A (июнь 1993 г.). «Комплексы Ras.GTP с Raf-1 и митоген-активируемой протеинкиназой киназой». Science . 260 (5114): 1658–61. Bibcode :1993Sci...260.1658M. doi :10.1126/science.8503013. PMID  8503013.
  22. ^ Kolch W, Heidecker G, Kochs G, Hummel R, Vahidi H, Mischak H, Finkenzeller G, Marmé D, Rapp UR (июль 1993 г.). «Протеинкиназа C альфа активирует RAF-1 путем прямого фосфорилирования». Nature . 364 (6434): 249–52. Bibcode :1993Natur.364..249K. doi :10.1038/364249a0. PMID  8321321. S2CID  4368316.
  23. ^ Lange-Carter CA, Pleiman CM, Gardner AM, Blumer KJ, Johnson GL (апрель 1993 г.). «Расхождение в регуляторной сети МАР-киназы, определяемое киназой MEK и Raf». Science . 260 (5106): 315–9. Bibcode :1993Sci...260..315L. doi :10.1126/science.8385802. PMID  8385802. S2CID  40484420.
  24. ^ Treisman R, Marais R, Wynne J (декабрь 1992 г.). «Пространственная гибкость в тройных комплексах между SRF и его вспомогательными белками». EMBO J . 11 (12): 4631–40. doi :10.1002/j.1460-2075.1992.tb05565.x. PMC 557039 . PMID  1425594. 
  25. ^ Chai Y, Chipitsyna G, Cui J, Liao B, Liu S, Aysola K, Yezdani M, Reddy ES, Rao VN (март 2001 г.). "c-Fos онкогенный регулятор Elk-1 взаимодействует с вариантами сплайсинга BRCA1 BRCA1a/1b и усиливает подавление роста, опосредованное BRCA1a/1b, в клетках рака молочной железы". Oncogene . 20 (11): 1357–67. doi :10.1038/sj.onc.1204256. PMID  11313879. S2CID  7764646.

Внешние ссылки