stringtranslate.com

фосфорилирование тирозина

Карикатурное изображение молекулярной структуры домена белка: p56 lck тирозинкиназа

Фосфорилирование тирозина — это добавление фосфатной ( PO 4 3− ) группы к аминокислоте тирозину на белке. Это один из основных типов фосфорилирования белка . Этот перенос возможен благодаря ферментам, называемым тирозинкиназами . Фосфорилирование тирозина — это ключевой этап в передаче сигнала и регуляции ферментативной активности.

История

Летом 1979 года исследования активности киназы полиомавируса среднего T и v-Src привели к открытию фосфорилирования тирозина как нового типа модификации белка . [1] После открытия в 1979 году того, что Src является тирозинкиназой, число известных отдельных тирозинкиназ быстро росло, ускоренное появлением технологии быстрого секвенирования ДНК и ПЦР . [2] Примерно через год исследователи обнаружили важную роль фосфорилирования тирозина в передаче сигналов фактора роста и пролиферации , а также в онкогенезе посредством захвата сигнальных путей фосфорилирования тирозина фактора роста.

В 1990 году была обнаружена инициация внутриклеточной сигнализации рецепторной тирозинкиназой (RTK). Остатки фосфотирозина (P.Tyr) на активированных RTK распознаются доменом фосфозависимого связывания, доменом SH2 . Привлечение белков домена SH2 к автофосфорилированным RTK на плазматической мембране необходимо для инициирования и распространения нисходящей сигнализации. Белки домена SH2 могут иметь различные функции, включая адаптерные белки для привлечения других сигнальных белков, ферменты, которые действуют на мембранные молекулы, такие как фосфолипазы , цитоплазматические тирозинкиназы, которые передают сигналы, E3 убиквитинлигазы и факторы транскрипции. [3] В 1995 году были обнаружены белки, содержащие второй тип домена связывания P.Tyr, PTB, в сигнализации RTK. Постепенно число идентифицированных тирозинкиназ и рецепторных тирозинкиназ росло. По состоянию на 2002 год из 90 известных человеческих тирозинкиназ 58 были RTK, а противодействующими действию тирозинкиназ были 108 протеинфосфатаз, которые могут удалять фосфат из P.Tyr в белках. [4]

Передача сигнала

Уширо и Коэн (1980) открыли важную роль фосфорилирования тирозина как регулятора внутриклеточных процессов и выявили изменения в активности тирозинкиназы белков в клетках млекопитающих. Впоследствии было показано, что изменение активности тирозинкиназы белка лежит в основе сигнального пути Ras-MAPK, регулируемого митоген-активируемыми протеинкиназами (MAP) . [5]

Классическая схема передачи пролиферативных сигналов через путь, опосредованный факторами роста (путь Ras-MAPK), включает:

  1. ассоциация фактора роста с рецептором
  2. димеризация рецептора и аутофосфорилирование рецепторной тирозинкиназы ( РТК)
  3. модульное соединение RTK с адаптерными белками SH2-домена; активация Ras
  4. фосфорилирование и активация MAP-киназ
  5. передача сигнала в геном .

Другим путем передачи пролиферативных сигналов в геном с участием факторов роста и тирозинкиназ является монокаскадный STAT (signal transducer and activator of transcription) белковый путь, активируемый рецепторами факторов роста и цитокинов . Суть этой передачи заключается в прямой активации тирозинкиназами STAT (signal transducer and activator of transcription) белков, расположенных в цитоплазме . Эту передачу также обеспечивают контакты SH2-домена, отвечающие за сопряжение фосфотирозинсодержащих белков. [6]

ПТК

Два важных класса тирозинкиназ в фосфорилировании тирозина — это рецепторная тирозинкиназа и нерецепторная тирозинкиназа . Рецепторные тирозинкиназы — это трансмембранные белки типа I, обладающие N-концевым внеклеточным доменом , который может связывать активирующие лиганды, один трансмембранный домен и C-концевой цитоплазматический домен, который включает каталитический домен . Нерецепторные тирозинкиназы не имеют трансмембранного домена. Большинство из них являются растворимыми внутриклеточными белками, но подгруппа связывается с мембранами посредством посттрансляционной модификации , нацеленной на мембрану, такой как N-концевая миристоильная группа, и может действовать как каталитическая субъединица для рецепторов, у которых отсутствует собственный каталитический домен. [7]

Реакция

Протеинтирозинкиназы (PTK) катализируют перенос γ-фосфатной группы от АТФ к гидроксильной группе остатков тирозина, тогда как протеинтирозинфосфатазы ( PTP) удаляют фосфатную группу из фосфотирозина. [8]

Функция

Сигнализация факторов роста

Фосфорилирование тирозина определенных целевых белков необходимо для стимуляции лигандом их ферментативной активности. В ответ на активацию рецепторов EGF , PDGF или FGF домены SH2 PLCγ связываются со специфическими фосфотирозинами в C-концевых хвостах этих рецепторов. Связывание PLCγ с активированным рецептором облегчает его эффективное фосфорилирование тирозина RTK. Активация активности фосфолипазы C, вызванная PDGF, отменяется в клетках, экспрессирующих PLCγ, мутировавшую в сайтах фосфорилирования тирозина. [9]

Адгезия, распространение, миграция и форма клеток

Фосфорилирование остатков тирозина, которые локализуются на мембранных белках, стимулирует каскад сигнальных путей, которые контролируют пролиферацию клеток , миграцию и адгезию . Эти остатки тирозина фосфорилируются очень рано. Например, p140Cap (Cas-ассоциированный белок) фосфорилируется в течение 15 минут после адгезии клеток к лигандам интегрина. [10]

Дифференциация клеток в развитии

Фосфорилирование тирозина опосредует пути передачи сигнала во время развития половых клеток и определяет их связь с дифференциацией функциональной гаметы. Пока половые клетки яичек не дифференцируются в сперматозоиды , фосфорилирование тирозина, вызванное цАМФ, не обнаруживается. Попадание этих клеток в придаток яичка сопровождается внезапной активацией пути фосфорилирования тирозина, сначала в основной части клетки, а затем в средней части. [11]

Контроль клеточного цикла

Переходы в фазах клеточного цикла также зависят от фосфорилирования тирозина. В поздней фазе G2 он присутствует как неактивный комплекс фосфорилированного тирозином p34cdc2 и нефосфорилированного циклина Bcdc13. В фазе M его активация как активного MPF, отображающего гистоновую H1-киназу (H1K), происходит из сопутствующего дефосфорилирования тирозина субъединицы p34cdc2 и фосфорилирования субъединицы цилиндра Bcdc13. Когда клетки покидают фазу S и входят в фазу G2, происходит массивное фосфорилирование тирозина p34cdc2. [12]

Регуляция генов и транскрипция

Регуляция с фосфорилированием тирозина играет очень важную роль в регуляции генов . Фосфорилирование тирозина может влиять на образование различных факторов транскрипции и последующее развитие их продукта. Одним из таких случаев является фосфорилирование тирозина кавеолина 2 (Cav-2), которое негативно регулирует антипролиферативную функцию трансформирующего фактора роста бета (TGF-бета) в эндотелиальных клетках. Только фосфорилирование тирозина необходимо для негативной регуляции антипролиферативной функции и сигнализации TGF-β в ECs. [13]

Эндоцитоз и экзоцитоз

Фосфорилирование остатков тирозина играет важную роль в этих двух очень важных процессах. Известно, что лиганд-зависимый эндоцитоз , который не связан с секрецией, регулируется посредством фосфорилирования тирозина. Эффект фосфорилирования тирозина специфичен для быстрого эндоцитоза. Динамин фосфорилируется по тирозину как при быстром эндоцитозе, так и при лиганд-зависимом эндоцитозе. [14]

Инсулиновая стимуляция усвоения глюкозы

Инсулин связывается с инсулиновым рецептором на поверхности клетки и активирует его тирозинкиназную активность, что приводит к аутофосфорилированию и фосфорилированию нескольких рецепторных субстратов. Известно, что фосфорилирование выбранных участков тирозина на рецепторных субстратах активирует различные пути, приводящие к увеличению поглощения глюкозы , липогенеза , синтеза гликогена и белка, а также к стимуляции роста клеток . В дополнение к активации этих путей фосфорилированием тирозина также были выявлены несколько механизмов снижения регуляции ответа на стимуляцию инсулином. [15]

Ангиогенез (образование новых кровеносных сосудов)

Фосфорилирование тирозина белка эндотелиальных клеток капилляров играет важную роль в их пролиферации. Это фосфорилирование может образовывать новые кровеносные сосуды. [16]

Регуляция ионных каналов в нервной передаче

Многие исследования, демонстрирующие высокие уровни протеин-тирозиновых киназ и фосфатаз в центральной нервной системе, предполагают, что фосфорилирование тирозина также участвует в регуляции нейрональных процессов. Высокие уровни протеин-тирозиновых киназ и фосфатаз и их субстратов в синапсах , как пресинаптически, так и постсинаптически, предполагают, что фосфорилирование тирозина может регулировать синаптическую передачу. Роль фосфорилирования тирозина в регуляции лиганд-зависимых ионных каналов в центральной нервной системе была менее ясна. Основными возбуждающими нейротрансмиттерными рецепторами в центральной нервной системе являются глутаматные рецепторы . Эти рецепторы можно разделить на три основных класса: AMPA, каинатные и NMDA-рецепторы, на основе их селективных агонистов и их физиологических свойств. Недавние исследования предоставили доказательства того, что NMDA-рецепторы регулируются фосфорилированием тирозина. [17]

Тирозинкиназа и заболевания

Тирозинкиназы являются критическими медиаторами внутриклеточной сигнализации и внутриклеточных ответов на внеклеточную сигнализацию. Изменения активности тирозинкиназы вовлечены в многочисленные заболевания человека, включая рак , диабет и патогенную инфекционность. Понимание механизма негативной сигнализации, опосредованной CD4, представляет особый интерес в связи с прогрессирующим истощением подгруппы CD4+ Т-лимфоцитов вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ), который вызывает СПИД . Т-клетки ВИЧ-инфицированных людей также демонстрируют дефекты активации и подвергаются спонтанному апоптозу в культуре. Сходство между ингибирующими эффектами антител против CD4 и иммунных комплексов gp 120, полученных от ВИЧ, на Т-клетки позволяет предположить, что секвестрация этого и/или других предполагаемых субстратов с помощью лигирования CD4, опосредованного gp 120, у ВИЧ-инфицированных людей может играть роль в потере клеток CD4+ и ингибировании их активации.

При активированной В-клеточноподобной (ABC) диффузной В-крупноклеточной лимфоме JAK1 опосредует аутокринную активацию цитокинов IL-6 и IL-10 посредством неканонического эпигенетического механизма регуляции, включающего фосфорилирование H3Y41P . [18]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Eckhart W, Hutchinson MA, Hunter T (1979). "Активность фосфорилирования тирозина в иммунопреципитатах антигена полиомы T". Cell . 18 (4): 925–33. doi : 10.1016/0092-8674(79)90205-8 . PMID  229973.
  2. ^ Хантер Т., Экхарт В. (2004). «Открытие фосфорилирования тирозина: все дело в буфере!». Cell . 116 (2 Suppl): S35–9, 1 стр. после S48. doi : 10.1016/s0092-8674(04)00049-2 . PMID  15055579. S2CID  106886.
  3. ^ Pawson T (2004). «Специфичность в передаче сигнала: от взаимодействий домена фосфотирозина-SH2 до сложных клеточных систем». Cell . 116 (2): 191–203. doi : 10.1016/s0092-8674(03)01077-8 . PMID  14744431. S2CID  15962886.
  4. ^ Алонсо А., Сасин Дж., Боттини Н., Фридберг И., Фридберг И., Остерман А. и др. (2004). «Протеиновые тирозиновые фосфатазы в геноме человека». Cell . 117 (6): 699–711. doi : 10.1016/j.cell.2004.05.018 . PMID  15186772.
  5. ^ Hunter T, Cooper JA (1985). «Протеин-тирозиновые киназы». Annu Rev Biochem . 54 : 897–930. doi :10.1146/annurev.bi.54.070185.004341. PMID  2992362.
  6. ^ Darnell JE (1997). "STATs и регуляция генов". Science . 277 (5332): 1630–5. doi :10.1126/science.277.5332.1630. PMID  9287210.
  7. ^ Manning G, Whyte DB, Martinez R, Hunter T, Sudarsanam S (2002). «Протеинкиназный комплемент генома человека». Science . 298 (5600): 1912–34. Bibcode :2002Sci...298.1912M. doi :10.1126/science.1075762. PMID  12471243. S2CID  26554314.
  8. ^ Hunter T (1998). «The Croonian Lecture 1997. Фосфорилирование белков по тирозину: его роль в росте клеток и заболеваниях». Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci . 353 (1368): 583–605. doi :10.1098/rstb.1998.0228. PMC 1692245. PMID  9602534 . 
  9. ^ Пасантес-Моралес Х, Франко Р (2002). «Влияние протеинтирозинкиназ на высвобождение таурина, вызванное изменением объема клеток». Cerebellum . 1 (2): 103–9. doi :10.1080/147342202753671231. PMID  12882359. S2CID  9909209.
  10. ^ Di Stefano P, Cabodi S, Boeri Erba E, Margaria V, Bergatto E, Giuffrida MG и др. (2004). «P130Cas-ассоциированный белок (p140Cap) как новый тирозин-фосфорилированный белок, участвующий в распространении клеток». Mol Biol Cell . 15 (2): 787–800. doi :10.1091/mbc.E03-09-0689. PMC 329393. PMID  14657239 . 
  11. ^ Lin M, Lee YH, Xu W, Baker MA, Aitken RJ (2006). «Онтогенез сигнальных путей фосфорилирования тирозина во время сперматогенеза и созревания придатка яичка у мышей». Biol Reprod . 75 (4): 588–97. doi : 10.1095/biolreprod.106.052712 . PMID  16790687.
  12. ^ Meijer L, Azzi L, Wang JY (1991). «Циклин B нацеливается на p34cdc2 для фосфорилирования тирозина». EMBO J . 10 (6): 1545–54. doi :10.1002/j.1460-2075.1991.tb07674.x. PMC 452818 . PMID  1709096. 
  13. ^ Abel B, Willoughby C, Jang S, Cooper L, Xie L, Vo-Ransdell C и др. (2012). «N-концевое фосфорилирование тирозина кавеолина-2 нейтрализует антипролиферативный эффект трансформирующего фактора роста бета в эндотелиальных клетках». FEBS Lett . 586 (19): 3317–23. doi :10.1016/j.febslet.2012.07.008. PMC 3586282. PMID  22819829 . 
  14. ^ Nucifora PG, Fox AP (1999). «Фосфорилирование тирозина регулирует быстрый эндоцитоз в хромаффинных клетках надпочечников». J Neurosci . 19 (22): 9739–46. doi :10.1523/JNEUROSCI.19-22-09739.1999. PMC 6782969 . PMID  10559383. 
  15. ^ Schmelzle K, Kane S, Gridley S, Lienhard GE, White FM (2006). «Временная динамика фосфорилирования тирозина в передаче сигналов инсулина». Диабет . 55 (8): 2171–9. doi : 10.2337/db06-0148 . PMID  16873679.
  16. ^ Хаяши А., Попович КС., Ким ХК., де Хуан Э. (1997). «Роль фосфорилирования тирозина белка в неоваскуляризации роговицы у крыс». Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol . 235 (7): 460–7. doi :10.1007/bf00947067. PMID  9248844.
  17. ^ Lau LF, Huganir RL (1995). «Дифференциальное фосфорилирование тирозина субъединиц рецептора N-метил-D-аспартата». J Biol Chem . 270 (34): 20036–41. doi : 10.1074/jbc.270.34.20036 . PMID  7544350.
  18. ^ Rui, Lixin; Drennan, Amanda C.; Ceribelli, Michele; Zhu, Fen; Wright, George W.; Huang, Da Wei; Xiao, Wenming; Li, Yangguang; Grindle, Kreg M.; Lu, Li; Hodson, Daniel J.; Shaffer, Arthur L.; Zhao, Hong; Xu, Weihong; Yang, Yandan; Staudt, Louis M. (2016). «Эпигенетическая регуляция генов с помощью Janus kinase 1 при диффузной В-крупноклеточной лимфоме». Труды Национальной академии наук . 113 (46): E7260–E7267. doi : 10.1073/pnas.1610970113 . PMC 5135360. PMID  27799566 .