Факторы обмена гуаниновых нуклеотидов ( GEF ) - это белки или белковые домены, которые активируют мономерные GTPases , стимулируя высвобождение гуанозиндифосфата (GDP), чтобы обеспечить связывание гуанозинтрифосфата (GTP). [1] Было показано, что множество неродственных структурных доменов проявляют активность обмена гуаниновых нуклеотидов. Некоторые GEF могут активировать несколько GTPases, в то время как другие специфичны для одной GTPase.
Функция
Факторы обмена гуаниновых нуклеотидов (GEF) - это белки или белковые домены, участвующие в активации малых GTPases . Малые GTPases действуют как молекулярные переключатели во внутриклеточных сигнальных путях и имеют множество нижестоящих мишеней. Наиболее известные GTPases составляют суперсемейство Ras и участвуют в важных клеточных процессах, таких как дифференцировка и пролиферация клеток, организация цитоскелета, перенос везикул и ядерный транспорт. [2] ГТФазы активны, когда связаны с ГТФ, и неактивны, когда связаны с ГДФ, что позволяет регулировать их активность с помощью GEF и противоположных белков, активирующих ГТФазу (GAP). [3]
GDP очень медленно отделяется от неактивных GTPases. [3] Связывание GEF с их субстратами GTPase катализирует диссоциацию GDP, позволяя молекуле GTP связываться на его месте. ГЭФ действуют, чтобы способствовать разобщению ВВП. После того, как GDP отделился от GTPase, GTP обычно связывается на своем месте, так как цитозольный коэффициент GTP намного выше, чем GDP и составляет 10: 1. [4] Связывание GTP с GTPase приводит к высвобождению GEF, который затем может активировать новую GTPase. [5] [6] Таким образом, GEF как дестабилизируют взаимодействие GTPase с GDP, так и стабилизируют безнуклеотидную GTPase, пока с ней не свяжется молекула GTP. [7] GAPs (белок, активирующий GTPase) действуют антагонистически, инактивируя GTPases, увеличивая собственную скорость гидролиза GTP. GDP остается связанным с неактивной GTPase, пока GEF не связывает и не стимулирует ее высвобождение. [3]
Локализация GEF может определять, где в ячейке будет активна конкретная GTPase. Например, Ran GEF, RCC1 , присутствует в ядре, в то время как Ran GAP присутствует в цитозоле, модулируя ядерный импорт и экспорт белков. [8] RCC1 превращает RanGDP в RanGTP в ядре, активируя Ran для экспорта белков. Когда Ran GAP катализирует превращение RanGTP в RanGDP в цитозоле, груз белка высвобождается.
Механизм
Механизм активации GTPase варьируется в зависимости от GEF. Однако есть некоторые сходства в том, как разные GEF изменяют конформацию нуклеотид-связывающего сайта G-белка. ГТФазы содержат две петли, называемые переключателем 1 и переключателем 2, которые расположены по обе стороны от связанного нуклеотида. Эти области и фосфат- связывающая петля ГТФазы взаимодействуют с фосфатами нуклеотида и координирующим ионом магния, чтобы поддерживать связывание с высоким сродством нуклеотида. Связывание GEF вызывает конформационные изменения в P-петле и переключающих областях GTPase, в то время как остальная часть структуры в значительной степени не изменяется. Связывание GEF стерически препятствует сайту связывания магния и мешает области связывания фосфата, в то время как область связывания оснований остается доступной. Когда GEF связывает GTPase, сначала высвобождаются фосфатные группы, а GEF вытесняется при связывании входящей молекулы GTP. Хотя эта общая схема является общей для GEF, специфические взаимодействия между областями GTPase и GEF различаются для отдельных белков. [9]
Структура и специфика
Некоторые GEF специфичны для одной GTPase, в то время как другие имеют несколько субстратов GTPase. Хотя разные подсемейства GTPases суперсемейства Ras имеют консервативный GTP-связывающий домен, это не относится к GEFs. Разные семейства GEF соответствуют разным подсемействам Ras. Функциональные домены этих семейств GEF структурно не связаны и не обладают гомологией последовательностей. Эти домены GEF, по-видимому, эволюционно не связаны, несмотря на сходные функции и субстраты. [7]
CDC25 домен
Домен гомологии CDC25, также называемый доменом RasGEF , является каталитическим доменом многих Ras GEF, которые активируют Ras GTPases. Домен CDC25 состоит примерно из 500 аминокислот и впервые был идентифицирован в белке CDC25 у почкующихся дрожжей ( Saccharomyces cerevisiae ) . [10]
Домены DH и PH
Dbl-подобные RhoGEFs присутствовали у эукариот и эволюционировали как высокоадаптивные медиаторы передачи сигналов в клетках. [11] Dbl-подобные RhoGEF характеризуются наличием домена Dbl Homology ( домен DH ), ответственного за каталитическую активность GEF для Rho GTPases . [12] Геном человека кодирует 71 член, разбитый на 20 подсемейств. Все 71 член уже присутствовали у ранних позвоночных, а большинство из 20 подсемейств уже присутствовали у ранних Metazoans. Многие из белков семейства Dbl млекопитающих являются тканеспецифичными, и их количество у Metazoa варьирует в зависимости от сложности передачи сигналов клетками. Домены гомологии плекстрина ( домены PH ) связаны в тандеме с доменами DH в 64 из 71 члена семейства Dbl. Домен PH расположен непосредственно рядом с концом C домена DH. Вместе эти два домена составляют минимальную структурную единицу, необходимую для активности большинства белков семейства Dbl. Домен PH участвует во внутриклеточном нацеливании домена DH. Обычно считается, что он модулирует связывание с мембраной посредством взаимодействия с фосфолипидами, но было показано, что его функция варьируется в разных белках. [13] [14] Этот домен PH также присутствует в других белках, помимо RhoGEF.
DHR2 домен
Домен DHR2 является каталитическим доменом семейства Rho доке GEFs. Подобно домену DH , DHR2 уже присутствовал в происхождении эукариот. [11] Семейство DOCK является отдельным подмножеством GEF из семейства Dbl и не имеет структурной или последовательной связи с доменом DH. Существует 11 идентифицированных членов семейства DOCK, разделенных на подсемейства на основе их активации Rac и Cdc42 . Члены семейства DOCK участвуют в миграции клеток, морфогенезе и фагоцитозе. Домен DHR2 состоит примерно из 400 аминокислот. Эти белки также содержат второй консервативный домен DHR1, который состоит примерно из 250 аминокислот. Было показано, что домен DHR1 участвует в мембранной локализации некоторых GEF. [15]
Sec7 домен
Домен Sec7 отвечает за каталитическую активность GEF в ARF GTPases . Белки ARF участвуют в переносе пузырьков . Хотя ARF GEFs расходятся по своим общим последовательностям, они содержат консервативный домен Sec 7. Этот участок из 200 аминокислот гомологичен дрожжевому белку Sec7p. [16]
Регулирование
GEFs часто рекрутируются адапторными белками в ответ на восходящие сигналы. GEF являются многодоменными белками и взаимодействуют с другими белками внутри клетки через эти домены. [13] Адаптерные белки могут модулировать активность GEF, взаимодействуя с другими доменами помимо каталитического домена. Например, SOS 1, Ras GEF в пути MAPK / ERK , рекрутируется адаптерным белком GRB2 в ответ на активацию рецептора EGF . Связывание SOS1 с GBR2 локализует его на плазматической мембране, где он может активировать связанный с мембраной Ras . [17] Другие GEF, такие как Rho GEF Vav1 , активируются при фосфорилировании в ответ на восходящие сигналы. [18] Вторичные мессенджеры, такие как цАМФ и кальций, также могут играть роль в активации GEF. [3]
Перекрестные помехи также были показаны между GEFs и множественными путями передачи сигналов GTPase. Например, SOS содержит домен гомологии Dbl в дополнение к его каталитическому домену CDC25. SOS может действовать как GEF для активации Rac1 , RhoGTPase, в дополнение к своей роли GEF для Ras. Таким образом, SOS является связующим звеном между сигнальными путями GTPase Ras-Family и Rho-Family. [14]
Рак
GEF являются потенциальной мишенью для лечения рака из-за их роли во многих сигнальных путях, особенно в пролиферации клеток. Например, многие виды рака вызваны мутациями в пути MAPK / ERK, которые приводят к неконтролируемому росту. GEF SOS1 активирует Ras, мишенью которого является киназа Raf . Raf является протоонкогеном, потому что мутации в этом белке были обнаружены при многих раковых заболеваниях. [6] [13] Было показано , что Rho GTPase Vav1 , которая может быть активирована рецептором GEF, способствует пролиферации опухолей при раке поджелудочной железы. [18] GEF представляют собой возможные терапевтические мишени, поскольку они потенциально могут играть роль в регуляции этих путей посредством активации GTPases.
Примеры
- Son of sevenless ( SOS1 ) является важным GEF в пути MAPK / ERK, регулирующем рост клеток. SOS1 связывает GRB2 на плазматической мембране после активации рецептора EGF. SOS1 активирует малый G-белок Ras. [17]
- eIF-2b представляет собой фактор инициации эукариот, необходимый для инициации трансляции белка. eIF-2b регенерирует GTP-связанную форму eIF-2 для дополнительного цикла инициации синтеза белка, то есть его связывания с Met-t-РНК. [19]
- Рецепторы, связанные с G-белками, представляют собой трансмембранные рецепторы, которые действуют как GEF для своих родственных G-белков при связывании лиганда. Связывание лиганда вызывает конформационное изменение, которое позволяет GPCR активировать ассоциированную GTPase. [2]
- RCC1 представляет собой фактор обмена гуаниновых нуклеотидов для Ran GTPase. Он локализуется в ядре и катализирует активацию Ran, чтобы обеспечить ядерный экспорт белков. [8]
- Рас-ГРФ1
- Калирин
- ПЛЕХГ2 [20]
- Эфексин5 представляет собой RhoA GEF, участвующий в развитии синапсов нейронов. [21] [22]
Смотрите также
- G белки
- Гуанин
- Фактор обмена нуклеотидов
- Малые GTPases
Рекомендации
- ^ Cherfils J, Zeghouf M (январь 2013). «Регулирование малых GTPases с помощью GEF, GAP и GDI». Физиологические обзоры . 93 (1): 269–309. DOI : 10.1152 / Physrev.00003.2012 . PMID 23303910 .
- ^ а б Брюс Альбертс; и другие. (2002). Молекулярная биология клетки . Наука о гирляндах. С. 877-. ISBN 0815332181. Проверено 12 января 2011 года .
- ^ а б в г Bourne HR, Sanders DA, McCormick F (ноябрь 1990 г.). «Суперсемейство GTPase: консервативный переключатель для различных функций клетки». Природа . 348 (6297): 125–32. DOI : 10.1038 / 348125a0 . PMID 2122258 .
- ^ Bos JL, Rehmann H, Wittinghofer A (июнь 2007 г.). «GEFs и GAPs: критические элементы в контроле малых G-белков». Cell . 129 (5): 865–77. DOI : 10.1016 / j.cell.2007.05.018 . PMID 17540168 .
- ^ Фейг Л.А. (апрель 1994 г.). «Факторы обмена гуанин-нуклеотидов: семейство позитивных регуляторов Ras и родственных GTPases». Текущее мнение в клеточной биологии . 6 (2): 204–11. DOI : 10.1016 / 0955-0674 (94) 90137-6 . PMID 8024811 .
- ^ а б Куиллиам Л.А., Ребхун Дж.Ф., Кастро А.Ф. (2002). «Растущее семейство факторов обмена гуаниновых нуклеотидов отвечает за активацию GTPases Ras-семейства». Прогресс в исследованиях нуклеиновых кислот и молекулярной биологии . 71 : 391–444. DOI : 10.1016 / S0079-6603 (02) 71047-7 . PMID 12102558 .
- ^ а б Черфилс Дж., Шарден П. (август 1999 г.). «GEFs: структурная основа для их активации малых GTP-связывающих белков». Направления биохимических наук . 24 (8): 306–11. DOI : 10.1016 / S0968-0004 (99) 01429-2 . PMID 10431174 .
- ^ а б Секи Т., Хаяси Н., Нисимото Т. (август 1996 г.). «RCC1 в пути Ran». Журнал биохимии . 120 (2): 207–14. DOI : 10.1093 / oxfordjournals.jbchem.a021400 . PMID 8889801 .
- ^ Веттер И.Р., Виттингхофер А (ноябрь 2001 г.). «Переключатель связывания гуаниновых нуклеотидов в трех измерениях». Наука . 294 (5545): 1299–304. DOI : 10.1126 / science.1062023 . PMID 11701921 .
- ^ Боряц-Сёдин П.А., Маргарит С.М., Бар-Саги Д., Курьян Дж. (Июль 1998 г.). «Структурная основа активации Рас по Сосу». Природа . 394 (6691): 337–43. DOI : 10.1038 / 28548 . PMID 9690470 .
- ^ а б Fort P, Blangy A (июнь 2017 г.). «Эволюционный ландшафт Dbl-подобных семейств RhoGEF: адаптация эукариотических клеток к сигналам окружающей среды» . Genome Biol Evol . 9 (6): 1471–1486. DOI : 10.1093 / GbE / evx100 . PMC 5499878 . PMID 28541439 .
- ^ Чжэн И (декабрь 2001 г.). «Факторы обмена гуаниновых нуклеотидов семейства Dbl». Направления биохимических наук . 26 (12): 724–32. DOI : 10.1016 / S0968-0004 (01) 01973-9 . PMID 11738596 .
- ^ а б в Schmidt A, зал A (июль 2002 г.). «Факторы обмена гуаниновых нуклеотидов для Rho GTPases: включение переключателя» . Гены и развитие . 16 (13): 1587–609. DOI : 10,1101 / gad.1003302 .
- ^ а б Суассон С.М., Нимнуал А.С., Уй М., Бар-Саги Д., Куриян Дж. (Октябрь 1998 г.). «Кристаллическая структура доменов гомологии Dbl и плекстрина из человеческого Сына седьмого белка». Cell . 95 (2): 259–68. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (00) 81756-0 . PMID 9790532 .
- ^ Ян Дж., Чжан З., Роу С.М., Маршалл С.Дж., Барфорд Д. (сентябрь 2009 г.). «Активация Rho GTPases факторами обмена DOCK опосредуется нуклеотидным сенсором». Наука . 325 (5946): 1398–402. DOI : 10.1126 / science.1174468 . PMID 19745154 .
- ^ Джексон CL, Казанова JE (февраль 2000 г.). «Включение ARF: семейство Sec7 факторов обмена гуанин-нуклеотидов». Тенденции в клеточной биологии . 10 (2): 60–7. DOI : 10.1016 / s0962-8924 (99) 01699-2 . PMID 10652516 .
- ^ а б Шарден П., Камонис Дж. Х., Гейл Н. В., ван Алст Л., Шлессингер Дж., Виглер М. Х., Бар-Саги Д. (май 1993 г.). «Человеческий Sos1: фактор обмена гуаниновых нуклеотидов на Ras, который связывается с GRB2». Наука . 260 (5112): 1338–43. DOI : 10.1126 / science.8493579 . PMID 8493579 .
- ^ а б Fernandez-Zapico ME, Gonzalez-Paz NC, Weiss E, Savoy DN, Molina JR, Fonseca R, Smyrk TC, Chari ST, Urrutia R, Billadeau DD (январь 2005). «Эктопическая экспрессия VAV1 обнаруживает неожиданную роль в онкогенезе рака поджелудочной железы». Раковая клетка . 7 (1): 39–49. DOI : 10.1016 / j.ccr.2004.11.024 . PMID 15652748 .
- ^ Цена N, Proud C (1994). «Фактор обмена гуаниновых нуклеотидов, eIF-2B». Биохимия . 76 (8): 748–60. DOI : 10.1016 / 0300-9084 (94) 90079-5 . PMID 7893825 .
- ^ Уэда Х., Нагае Р., Кодзава М., Моришита Р., Кимура С., Нагасе Т., Охара О, Ёсида С., Асано Т. (2008). «Субъединицы βγ гетеротримерного G-белка стимулируют FLJ00018, фактор обмена гуаниновых нуклеотидов для Rac1 и Cdc42» . J. Biol. Chem . 283 : 1946–1953. DOI : 10,1074 / jbc.m707037200 . PMID 18045877 .
- ^ Margolis SS, Salogiannis J, Lipton DM, Mandel-Brehm C, Wills ZP, Mardinly AR, Hu L, Greer PL, Bikoff JB, Ho HY, Soskis MJ, Sahin M, Greenberg ME (октябрь 2010 г.). «EphB-опосредованная деградация RhoA GEF Ephexin5 снимает тормоз развития при формировании возбуждающих синапсов» . Cell . 143 (3): 442–55. DOI : 10.1016 / j.cell.2010.09.038 . PMC 2967209 . PMID 21029865 .
- ^ Салогианнис, Джон (2013-10-18). «Регулирование развития возбуждающих синапсов с помощью RhoGEF Ephexin5» . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь )
Внешние ссылки
- MBInfo - Глоссарий терминов: GAP, GEF и GDI