Скрамблаза — белок , ответственный за транслокацию фосфолипидов между двумя монослоями липидного бислоя клеточной мембраны . [1] [2] [3] У человека фосфолипидные скрамблазы (PLSCR) составляют семейство из пяти гомологичных белков, которые называются hPLSCR1–hPLSCR5. Скрамблазы являются членами общего семейства трансмембранных переносчиков липидов, известных как флипазы . Скрамблазы отличаются от флиппас и флоппас. Скрамблазы, флипазы и флопазы представляют собой три разных типа ферментных групп ферментов, транспортирующих фосфолипиды. [4] Внутренний листок, обращенный внутрь клетки, содержит отрицательно заряженные аминофосфолипиды и фосфатидилэтаноламин . Наружный листок, обращенный во внешнюю среду, содержит фосфатидилхолин и сфингомиелин . Скрамблаза — это фермент , присутствующий в клеточной мембране, который может транспортировать ( перемещать ) отрицательно заряженные фосфолипиды из внутреннего листка во внешний и наоборот.
В то время как hPLSCR1, -3 и -4 экспрессируются во многих тканях, за некоторыми исключениями, экспрессия hPLSCR2 ограничена только семенниками . hPLSCR4 не экспрессируется в лимфоцитах периферической крови , тогда как hPLSCR1 и -3 не обнаруживаются в головном мозге. [5] Однако функциональное значение этой дифференциальной экспрессии генов еще не изучено. Хотя ген и мРНК hPLSCR5 свидетельствуют о его существовании, этот белок еще не описан в литературе.
Белки скрамблазы содержат консервативную область, которая имеет 12-нитевой бета-цилиндр , окружающий центральную альфа-спираль . [6] Эта структура демонстрирует сходство с белком Табби .
Ферментативная активность скрамблазы зависит от концентрации кальция внутри клетки. Концентрация кальция внутри клеток в нормальных условиях очень низкая; следовательно, скрамблаза имеет низкую активность в условиях покоя. Перераспределение фосфолипидов запускается увеличением цитозольного кальция и, по-видимому, зависит от скрамблазы, что приводит к симметричному распределению отрицательно заряженных фосфолипидов между обоими листками липидного бислоя. Все скрамблазы содержат EF-hand -подобный Са 2+ -связывающий домен , который, вероятно, отвечает за активацию фермента кальцием. Активность скрамблазы не требует энергии, а это означает, что аденозинтрифосфат не участвует в этом процессе.
Скрамблазы представляют собой богатые пролином белки , обладающие множеством цистеинилсульфгидрильных групп, которые склонны к модификациям. Окисление , нитрозилирование и блокировка этих сульфгидрильных групп приводят к усилению активности скрамблазы. У пациентов с серповидно-клеточной анемией обнаруживается фракция эритроцитов с аберрантно повышенным воздействием фосфатидилсерина на их поверхность. Поскольку эритроциты этих пациентов испытывают повышенный окислительный стресс, вполне вероятно, что повышенная активность скрамблазы может играть роль в этиологии заболевания. Более того, хорошо известно, что как активные формы кислорода, так и внутриклеточные потоки Ca 2+ влияют на митохондрии в начале программы апоптоза. Сульфгидрильная модификация PLSCR3 в митохондриях во время апоптоза может быть ключевым регулятором, инициирующим внутренние пути апоптоза.
Фосфолипидная скрамблаза 1 ( PLSCR1 ), липидсвязывающий белок, который попадает в ядро через неклассический NLS (257)GKISKHWTGI (266). Структуру последовательности ядерной локализации скрамблазы PLSCR1, образующей комплекс с импортином , определяли методом рентгеновской дифракции с разрешением 2,20 ангстрем. [7] Он обнаружен у большинства млекопитающих, включая человека. В импортной последовательности отсутствует непрерывный участок положительно заряженных остатков, и она обогащена гидрофобными остатками. Таким образом, Scramblase может транспортировать отрицательно заряженные фосфолипиды изнутри клетки наружу. Структура импортина состоит из множества альфа-спиралей, которые интегрируют белок в мембраны. Роль импортина заключается в перемещении белков, таких как скрамблаза, в ядро.
Недавние данные свидетельствуют о том, что PLSCR3 участвует в регуляции биосинтеза кардиолипина в митохондриях , а его сверхэкспрессия в культивируемых клетках приводит к увеличению активности кардиолипинсинтазы [8] [9] . Поскольку кардиолипин синтезируется на люминальной стороне внутренней митохондриальной мембраны, основная часть этого вновь синтезированного пула кардиолипина должна быть транслоцирована с внутренней на внешнюю митохондриальную мембрану. Предполагается, что PLSCR3 участвует в этой транслокации от внутренней мембраны к внешней, что важно для поддержания митохондриальной архитектуры, массы и трансмембранного потенциала.
Недавние результаты показывают, что PLSCR3 и, в меньшей степени, PLSCR1 имеют решающее значение для нормальной регуляции накопления жира у мышей. Помимо клеток крови, PLSCR3 на значительно более высоком уровне экспрессируется в жировых и мышечных клетках, которые активно участвуют в жировом обмене . У мышей с нокаутом PLSCR3 наблюдалось аберрантное накопление брюшного жира, непереносимость глюкозы, резистентность к инсулину и дислипидема по сравнению с контрольными мышами. Культивированные жировые клетки мышей с нокаутом PLSCR3 были насыщены нейтральными липидами . В плазме крови этих мышей наблюдались повышенные уровни нелипопротеинов высокой плотности , холестерина , триглицеридов , неэтерифицированных жирных кислот и лептина , но низкое содержание адипонектина . Накопление брюшного жира с образованием увеличенных адипоцитов , насыщенных липидами , стало ключевым фактором риска возникновения диабета 2 типа [10] , который часто является проявлением более широкого основного метаболического нарушения, называемого метаболическим синдромом. Необходимы дальнейшие исследования регуляции липидного обмена с помощью PLSCR, чтобы понять риск развития подобных заболеваний у людей, когда гены PLSCR мутируют, что приводит к дефектной экспрессии и/или функции белков PLSCR.
При активации (в тромбоцитах) или повреждении (в эритроцитах, тромбоцитах, эндотелии и других клетках) определенные клетки высвобождают фосфолипид фосфатидилсерин на своей поверхности и действуют как катализаторы, индуцируя каскад коагуляции. Считается, что поверхностное воздействие фосфатидилсерина происходит за счет активации скрамблаз. Некоторые ферментные комплексы каскада свертывания крови, такие как теназа и протромбиназа , активируются воздействием фосфатидилсерина на клеточную поверхность. Однако было показано, что наиболее изученный член семейства скрамблаз PLSCR1 дефектен в транслокации фосфолипидов при восстановлении в протеолипосомах in vitro. Хотя недавние исследования показывают, что PLSCR1 не является ни достаточным, ни необходимым для экстернализации фосфатидилсерина, участие PLSCR1 в свертывании крови остается неясным, что поднимает вопрос о дополнительных мембранных компонентах в пути экстернализации. На сегодняшний день нет сообщений об участии каких-либо других идентифицированных членов PLSCR в свертывании крови.
Апоптотическая гибель клеток характеризуется протеолитическим каспазным каскадом, который исходит либо по внешнему, либо по внутреннему пути. Внешний путь инициируется мембраносвязанными рецепторами смерти, что приводит к активации каспазы 8 , тогда как внутренний путь запускается лекарствами, повреждающими ДНК, и УФ-излучением, что приводит к деполяризации митохондрий и последующей активации каспазы 9 . Предполагается, что PLSCR играют важную роль как во внутренних, так и во внешних апоптотических ответах, которые связаны друг с другом посредством активации каспазы 8. Активированная каспаза 8 вызывает расщепление аминоконцевой части цитозольного белка Bid с образованием t-Bid, который транслоцируется в митохондрии во время апоптоза. hPLSCR1 и его митохондриальный аналог hPLSCR3 фосфорилируются с помощью PKCδ во время апоптоза, индуцированного PKC-δ. Хотя последствия фосфорилирования hPLSCR1 и его механизм действия во время клеточного апоптотического ответа остаются неясными, считается, что фосфорилированный hPLSCR3 облегчает нацеливание на митохондрии t-Bid, что является важным условием апоптоза, опосредованного каспазой 8. Показано, что активный фрагмент t-Bid локализуется в митохондриях посредством положительного взаимодействия с кардиолипином. Этот активированный t-Bid индуцирует активацию белков Bax и Bak с образованием каналов цитохрома с , которые способствуют высвобождению цитохрома с во время апоптоза.
Ранним морфологическим событием как внешнего, так и внутреннего путей апоптоза является выход на поверхность фосфолипида фосфатидилсерина , около 96% которого обычно находится в цитозольном листке плазматической мембраны. Фосфатидилсерин перемещается в экзоплазматический листок путем активации скрамблаз, что приводит к прокоагулянтным свойствам и обеспечивает фагоцитарный сигнал макрофагам, которые поглощают и очищают апоптозные клетки. Нельзя исключить участие других ассоциированных белков, способствующих активности скремблирования.