Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см Перекрестные помехи (значения) .

Биологические перекрестные помехи относятся к случаям, когда один или несколько компонентов одного пути передачи сигнала влияют на другой. Это может быть достигнуто несколькими способами, наиболее распространенной из которых является перекрестное взаимодействие между белками сигнальных каскадов. В этих путях передачи сигналов часто есть общие компоненты, которые могут взаимодействовать с любым путем. Более сложный случай перекрестных помех можно наблюдать с трансмембранными перекрестными помехами между внеклеточным матриксом (ЕСМ) и цитоскелетом .

Перекрестные помехи между сигнальными путями [ править ]

Одним из примеров перекрестного взаимодействия между белками в сигнальном пути может служить роль циклического аденозинмонофосфата (цАМФ) в регулировании пролиферации клеток путем взаимодействия с митоген-активированным протеином (MAP) киназным путем. цАМФ представляет собой соединение, синтезируемое в клетках аденилатциклазой в ответ на множество внеклеточных сигналов. [1] цАМФ в первую очередь действует как внутриклеточный вторичный мессенджер, основным внутриклеточным рецептором которого является цАМФ-зависимая протеинкиназа (ПКА), которая действует через фосфорилирование целевых белков. [2]Путь передачи сигнала начинается с внеклеточного взаимодействия лиганд-рецептор. Затем этот сигнал передается через мембрану, стимулируя аденилатциклазу на внутренней поверхности мембраны, чтобы катализировать превращение АТФ в цАМФ. [3] [4]

ERK, белок, участвующий в сигнальном пути MAPK, может быть активирован или ингибирован цАМФ. [5] цАМФ может ингибировать ERK различными способами, большинство из которых включает цАМФ-зависимую протеинкиназу (PKA) и ингибирование Ras-зависимых сигналов к Raf-1. [6] Однако цАМФ также может стимулировать пролиферацию клеток, стимулируя ERK. Это происходит за счет индукции определенных генов через фосфорилирование фактора транскрипции CREB с помощью PKA. [5] Хотя ERK, по-видимому, не являются необходимыми для этого фосфорилирования CREB, путь MAPK действительно снова играет роль перекрестных помех, поскольку ERK необходимы для фосфорилирования белков ниже CREB. [5]Другие известные примеры потребности в ERK для цАМФ-индуцированных транскрипционных эффектов включают индукцию гена пролактина в клетках гипофиза и гена бета-гидроксилата дофамина в феохромоцитомных клетках (PC12). [6] Существует ряд различных механизмов, с помощью которых цАМФ может влиять на передачу сигналов ERK. Большинство механизмов, включающих ингибирование цАМФ ERKs, отделяют Raf-1 от активации Ras посредством прямого взаимодействия PKA с Raf-1 или косвенно через взаимодействие PKA с GTPase Rap1 [6] (см. Рисунок 1). PKA также может негативно регулировать ERK за счет активации PTPases. Механизмы активации ERK с помощью цАМФ еще более разнообразны, обычно включая Rap1 или Ras, и даже непосредственно цАМФ. [6]

Рисунок 1: возможный механизм ингибирования цАМФ / PKA активации ERK (путь MAPK). Активация цАМФ PKA активирует Rap1 через Src. Затем Rap1 фосфорилирует Ras и ингибирует передачу сигналов Raf-1.

Трансмембранные перекрестные помехи [ править ]

Перекрестные помехи можно наблюдать даже через мембраны. Мембранные взаимодействия с внеклеточным матриксом (ЕСМ) и соседними клетками могут запускать различные реакции внутри клетки. Однако топография и механические свойства ECM также играют важную роль в мощных сложных перекрестных помехах с клетками, растущими на матрице или внутри нее. [7] Например, на опосредованную интегрином сборку цитоскелета и даже на подвижность клеток влияет физическое состояние ECM. [7] Связывание интегрина α5β1 с его лигандом ( фибронектином ) активирует образование фибриллярных адгезий и актиновых филаментов . [5]Тем не менее, если ECM иммобилизован, такая реорганизация матрикса и образование фибриллярных адгезий подавляются. [7] В своей очереди, связывание же интегрина (α5β1) с иммобилизованным фибронектином лиганда рассматриваются с образованием высоко фосфорилированы координационные контактов / фокальной адгезии (клетки , участвующие в матричной адгезии) внутри мембраны и снижает уровень миграции клеток [7] В другой В качестве примера перекрестных помех это изменение в составе фокальных контактов в цитоскелете может быть ингибировано участниками еще одного пути: ингибиторами киназ легкой цепи миозина или киназ Rho, H-7 или ML-7, которые снижают сократимость клеток и, следовательно, моторика. [7] (см. Рисунок 2).

Рисунок 2: матрица может влиять на другие пути внутри клетки даже через ее физическое состояние. Иммобилизация матрикса подавляет образование фибриллярных адгезий и реорганизацию матрикса. Точно так же участники других сигнальных путей внутри клетки могут влиять на структуру цитоскелета и тем самым на взаимодействие клетки с ECM.

Перекрестные помехи в активации лимфоцитов [ править ]

Более сложный и конкретный пример перекрестного взаимодействия между двумя основными сигнальными путями можно наблюдать при взаимодействии сигнальных путей цАМФ и MAPK при активации лимфоцитов . В этом случае компоненты пути цАМФ прямо или косвенно влияют на сигнальный путь MAPK, предназначенный для активации генов, включающих иммунитет и лимфоциты.

Вновь образованный цАМФ высвобождается из мембраны и диффундирует через внутриклеточное пространство, где он служит для активации PKA. Каталитическая субъединица PKA необходимо связать четыре молекулы цАМФа быть активирована, после чего активация состоит из расщепления между регулирующими и каталитическими субъединицами. [4] Это расщепление, в свою очередь, активирует PKA, открывая каталитические сайты C-субъединиц, которые затем могут фосфорилировать массив белков в клетке. [4]

В лимфоцитах внутриклеточные уровни цАМФ повышаются при стимуляции антиген-рецептора и даже в большей степени в ответ на простагландин E и другие иммунодепрессанты . [8] В этом случае цАМФ служит для подавления иммунитета игроков. PKA типа I колокализуется с рецепторами антигенов Т-клеток и В-клеток [9] и вызывает ингибирование активации Т- и В-клеток. ПКА даже была выделена как прямой индуктор генов, способствующих иммуносупрессии. [10]

Кроме того, путь цАМФ также взаимодействует с путем MAPK более косвенным образом через взаимодействие с гемопоэтической PTPase (HePTP). HePTP экспрессируется во всех лейкоцитах. При сверхэкспрессии в Т-клетках HePTP снижает активацию транскрипции промотора интерлейкина-2, обычно индуцируемую активированным рецептором Т-клеток через сигнальный каскад MAPK. [11] Способ, которым HePTP эффективно ингибирует передачу сигналов MAPK, заключается в взаимодействии с MAP-киназами Erk1, Erk2 и p38 через короткую последовательность на некаталитическом N-конце HePTP, называемую мотивом взаимодействия с киназой (KIM)., [11] [ 12] Высокоспецифичное связывание Erk и p38 с этой субъединицей HePTP приводит к быстрой инактивации сигнального каскада (см. Рисунок 3).

Рисунок 3: даже без активации лигандом, связанным с рецептором (R1), путь MAPK обычно проявляет базальную активность (на низких уровнях). Однако HePTP противодействует этой активности.

Тем не менее, так как HePTP и Эрк является цитозол ферментов , [13] разумно заключить , что существует механизм ингибирования Эрка по HePTP прекратить, чтобы дать возможность транслокации активированного Эрка к ядру . В самом деле, как и во многих других случаях белок-белкового взаимодействия, HePTP, по-видимому, фосфорилируется с помощью Erk и p38 по сайтам Thr45 и Ser72. [11] Важно отметить, что был обнаружен третий сайт фосфорилирования на некаталитическом N-конце (область KIM) HePTP - тот, который фосфорилируется до гораздо более высокой стехиометрии по пути цАМФ, [1] в еще одном случае перекрестные помехи между путями цАМФ и МАРК.

Фосфорилирование этого третьего сайта с помощью PKA из пути цАМФ ингибирует связывание киназ MAP с HePTP и, таким образом, активирует сигнальный каскад MAPK / ERK. Путь MAPK через Ras, Raf, Mek и Erk проявляет низкую активность в присутствии нефосфорилированного (активного) HePTP. Однако активация пути цАМФ стимулирует активацию PKA, которая, в свою очередь, фосфорилирует HePTP по Ser23. Это предотвращает связывание HePTP с Erk и освобождает путь MAPK от ингибирования, позволяя продолжать передачу сигналов ниже по течению (см. Рисунок 4).

Фигура 4: активация пути цАМФ путем связывания лиганда с соответствующим рецептором (R2) приводит к активации цАМФ-зависимой протеинкиназы (ПКА) аденилатциклазой (АС). Эта активированная PKA затем фосфорилирует HePTP по Ser23, ингибируя его способность связываться с Erk и впоследствии ингибировать путь MAPK.

Более того, исследования с участием гладкомышечных клеток из предсердия сердца показали, что PKA может снижать активацию киназ MAP в ответ на фактор роста тромбоцитов ( PDGF ) путем фосфорилирования киназы c-Raf . [14] Таким образом, кажется правдоподобным, что PKA в пути цАМФ может даже в дальнейшем участвовать в регуляции активации лимфоцитов не только за счет ингибирования сигнального пути антиген-рецептор MAPK на его последней стадии, но даже дальше вверх по течению.

Примечания и ссылки [ править ]

  1. ^ a b Saxena, M. (1999), «Перекрестные помехи между цАМФ-зависимой киназой и MAP-киназой через протеинтирозинфосфатазу», Nat. Cell Biol. , 1 (5): 305-311, DOI : 10.1038 / 13024 , PMID  10559944
  2. ^ Скотт, JD (1991), «Циклические нуклеотид-зависимые протеинкиназы», Pharmacol. Ther. , 50 (1): 123-145, DOI : 10.1016 / 0163-7258 (91) 90075-W , PMID 1653962 
  3. ^ Krupinski J .; и другие. (1989), "аденилатциклазы аминокислотной последовательности: Возможная Channel- или транспортер-подобную структуре", Science , 244 (4912): 1558-1564, DOI : 10.1126 / science.2472670 , PMID 2472670 
  4. ^ a b c Вино, Джеффри. (1999–2008), «Через мембрану; внутриклеточные мессенджеры: цАМФ и цГМФ», Стэнфордский университет, PSYCH121.
  5. ^ а б в г Кац; и другие. (2000), «Физическое состояние внеклеточного матрикса регулирует структуру и молекулярный состав адгезий клетка-матрикс», Mol. Биол. Ячейка , 11 (3): 1047-1060, DOI : 10,1091 / mbc.11.3.1047 , ПМК 14830 , PMID 10712519  
  6. ^ a b c d Филип Дж. С. Сторк и Джон М. Шмитт. (2002), "наводок между цАМФ и МАР - киназы сигнализации в регуляции клеточной пролиферации" , Тенденции в клеточной биологии , 12 (6): 258-266, DOI : 10.1016 / S0962-8924 (02) 02294-8 , PMID 12074885 
  7. ^ a b c d e Гейгер, Б .; и другие. (2001), "Физическое состояние внеклеточного матрикса регулирует структуру и молекулярный состав клеточной матрицы спаек", Nature Reviews Molecular Cell Biology , 2 (11): 793-805, DOI : 10.1038 / 35099066 , PMID 11715046 
  8. ^ Ледбеттер; и другие. (1986), «Связывание антител с CD5 (Tp67) и Tp44 поверхностными молекулами Т-клеток: влияние на циклические нуклеотиды, цитоплазматический свободный кальций и цАМФ-опосредованное подавление», Journal of Immunology , 137 : 3299–3305
  9. ^ Леви; и другие. (1996), «Циклическая AMP-зависимая протеинкиназа (cAK) в B-клетках человека: совместная локализация cAK типа I (RIα2C2) с рецептором антигена во время активации B-клеток, индуцированной антииммуноглобулином», Eur. J. Immunol. , 26 (6): 1290-1296, DOI : 10.1002 / eji.1830260617 , PMID 8647207 
  10. ^ Whisler; и другие. (1991), «Модуляция циклическим АМФ пролиферативных ответов В-клеток человека: роль цАМФ-зависимых протеинкиназ в усилении В-клеточных ответов на форболдиэфиры и иономицин», Cell. Иммунол. , 142 (2): 398-415, DOI : 10.1016 / 0008-8749 (92) 90300-е
  11. ^ a b c Saxena, M .; и другие. (1999), «Ингибирование передачи сигналов Т-лимфоцитами гематопоэтической тирозинфосфатазой, нацеленной на MAP-киназу (HePTP)», J. Biol. Chem. , 274 (17): 11693-700, DOI : 10,1074 / jbc.274.17.11693 , PMID 10206983 
  12. ^ Pulido, R. (1998), "PTP-SL и STEP протеинтирозинфосфатазы регулируют активацию регулируемых внеклеточными сигналами киназ ERK1 и ERK2 путем ассоциации через мотив взаимодействия киназ", EMBO J. , 17 (24): 7337 -7350, DOI : 10,1093 / emboj / 17.24.7337 , PMC 1171079 , PMID 9857190  
  13. ^ Кобб; и другие. (1994), "Регулирование каскада киназ MAP", Cell. Мол. Биол. Res. , 40 (3): 253–256, PMID 7874203 
  14. ^ Могилы; и другие. (1993), «Протеинкиназа А противодействует передаче сигналов, индуцированной фактором роста тромбоцитов, активируемой митогеном протеинкиназой в гладкомышечных клетках артерий человека», Proc. Natl. Акад. Sci. США , 90 (21): 10300-10304, DOI : 10.1073 / pnas.90.21.10300 , ПМК 47762 , PMID 7694289