Аррестины (сокращенно Arr ) представляют собой небольшое семейство белков, важных для регуляции передачи сигнала на рецепторах, связанных с G-белком . [2] [3] Аррестины были впервые обнаружены Германом Куном, Скоттом Холлом и Урсулой Вильден как часть консервативного двухэтапного механизма регуляции активности рецепторов, связанных с G-белком (GPCR) в системе зрительного родопсина [4] . ] и в β-адренергической системе Мартина Дж. Лозе и соавторов. [5] [6]
В ответ на стимул GPCR активируют гетеротримерные G-белки . Чтобы отключить эту реакцию или адаптироваться к постоянному стимулу, активные рецепторы необходимо десенсибилизировать. Первым шагом в десенсибилизации является фосфорилирование рецептора с помощью класса серин/треониновых киназ, называемых киназами рецепторов, связанных с G-белком (GRK). Фосфорилирование GRK специфически подготавливает активированный рецептор к связыванию аррестина. Связывание аррестина с рецептором блокирует дальнейшую передачу сигналов, опосредованную G-белком, и нацеливается на рецепторы для интернализации, а также перенаправляет передачу сигналов на альтернативные, независимые от G-белка пути, такие как передача сигналов β-аррестина. [7] [8] [9] [10] [6] Помимо GPCR, аррестины связываются с другими классами рецепторов клеточной поверхности и множеством других сигнальных белков. [11]
Млекопитающие экспрессируют четыре подтипа аррестина, и каждый подтип аррестина известен под несколькими псевдонимами. Систематическое название аррестина (1–4), а также наиболее широко используемые псевдонимы для каждого подтипа аррестина выделены жирным шрифтом ниже:
Рыбы и другие позвоночные, по-видимому, имеют только три аррестина: до сих пор не было клонировано ни одного эквивалента аррестина-2, который является наиболее распространенным незрительным подтипом у млекопитающих. Протохордатный Ciona кишечный (морская асцидия) имеет только один ререстин, который у его подвижной личинки с высокоразвитыми глазами служит зрительным, а у слепой сидячей взрослой особи становится родовым незрительным. Консервативные положения нескольких интронов в его гене и в наших подтипах аррестина позволяют предположить, что все они произошли от этого предкового аррестина. [12] Низшие беспозвоночные, такие как круглые черви Caenorhabditis elegans , также имеют только один аррестин. У насекомых есть arr1 и arr2, первоначально названные «зрительными аррестинами», поскольку они экспрессируются в фоторецепторах, и один незрительный подтип (курц у дрозофилы ). Позже было обнаружено, что arr1 и arr2 играют важную роль в обонятельных нейронах и переименованы в «сенсорные». У грибов есть отдаленные родственники аррестина, участвующие в определении pH.
Один или несколько аррестинов экспрессируются практически в каждой эукариотической клетке. У млекопитающих аррестин-1 и аррестин-4 в основном локализованы в фоторецепторах, тогда как аррестин-2 и аррестин-3 распространены повсеместно. Нейроны имеют самый высокий уровень экспрессии обоих незрительных подтипов. В нейрональных предшественниках оба экспрессируются на сопоставимых уровнях, тогда как в зрелых нейронах уровень аррестина-2 в 10-20 раз выше, чем аррестина-3.
Аррестины блокируют связывание GPCR с G-белками двумя способами. Во-первых, связывание аррестина с цитоплазматической стороной рецептора закупоривает сайт связывания гетеротримерного G-белка, предотвращая его активацию (десенситизацию). [13] Во-вторых, аррестин связывает рецептор с элементами механизма интернализации, клатрином и адаптером клатрина AP2 , что способствует интернализации рецептора через покрытые ямки и последующему транспорту во внутренние компартменты, называемые эндосомами . Впоследствии рецептор может быть либо направлен в отделы деградации ( лизосомы ), либо возвращен обратно на плазматическую мембрану, где он снова может передать сигнал. В этом выборе играет роль сила взаимодействия аррестин-рецептор: более плотные комплексы имеют тенденцию увеличивать вероятность деградации рецептора (Класс B), тогда как более временные комплексы благоприятствуют рециркуляции (Класс А), хотя это «правило» далеко не абсолютно. [2] Совсем недавно были обнаружены прямые взаимодействия между G-белками семейства Gi/o и аррестином после нескольких рецепторов, независимо от канонического связывания G-белков . [14] Эти недавние открытия открывают механизм передачи сигналов GPCR, отличный от канонической активации G-белка и десенсибилизации β-аррестина, при котором GPCR вызывают образование сигнальных комплексов Gαi: β-аррестин.
Аррестины представляют собой удлиненные молекулы, в которых несколько внутримолекулярных взаимодействий поддерживают относительную ориентацию двух доменов. Нестимулированные клеточные аррестины локализуются в цитоплазме в базальной «неактивной» конформации. Активные фосфорилированные GPCR рекрутируют аррестин на плазматическую мембрану. Связывание рецептора вызывает глобальные конформационные изменения, которые включают перемещение двух доменов аррестина и высвобождение его С-концевого хвоста, который содержит сайты связывания клатрина и AP2. Повышенная доступность этих сайтов в рецептор-связанном аррестине нацеливает комплекс аррестин-рецептор на покрытую ямку. Аррестины также связывают микротрубочки (часть клеточного «скелета»), где принимают еще одну конформацию, отличную как от свободной, так и от рецептор-связанной формы. Связанные с микротрубочками аррестины рекрутируют определенные белки в цитоскелет, что влияет на их активность и/или перенаправляет ее на белки, ассоциированные с микротрубочками.
Аррестины перемещаются между ядром клетки и цитоплазмой . Их ядерные функции до конца не изучены, но было показано, что все четыре подтипа аррестина млекопитающих удаляют из ядра некоторых своих партнеров, таких как протеинкиназа JNK3 или убиквитинлигаза Mdm2 . Аррестины также модифицируют экспрессию генов, усиливая транскрипцию определенных генов.