В маннозе 6-фосфат - рецепторы ( MPRs ) представляют собой трансмембранные гликопротеины , которые целевые ферменты в лизосомы в позвоночных . [1]
Катион-независимый повтор маннозо-6-фосфатного рецептора | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | ||||||||
Символ | CIMR | |||||||
Pfam | PF00878 | |||||||
ИнтерПро | IPR000479 | |||||||
SCOP2 | 1e6f / SCOPe / SUPFAM | |||||||
Мембранома | 30 | |||||||
|
Катион-зависимый маннозо-6-фосфатный рецептор | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | ||||||
Символ | M6PR | |||||
Ген NCBI | 4074 | |||||
HGNC | 6752 | |||||
OMIM | 154540 | |||||
RefSeq | NM_002355 | |||||
UniProt | P20645 | |||||
Прочие данные | ||||||
Locus | Chr. 12 стр. 13 | |||||
|
Катион-независимый рецептор маннозы-6 фосфата | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | ||||||
Символ | IGF2R | |||||
Ген NCBI | 3482 | |||||
HGNC | 5467 | |||||
OMIM | 147280 | |||||
RefSeq | NM_000876 | |||||
UniProt | P11717 | |||||
Прочие данные | ||||||
Locus | Chr. 6 q25q27 | |||||
|
Рецепторы манноза 6-фосфата связывают вновь синтезированные лизосомальные гидролазы в транс-сети Гольджи (TGN) и доставляют их в пре-лизосомные компартменты. Есть два разных MPR, один ~ 300 кДа и димерный рецептор меньшего размера ~ 46 кДа. [2] [3] Более крупный рецептор известен как катион-независимый маннозо-6-фосфатный рецептор ( CI-MPR ), в то время как меньший рецептор ( CD-MPR ) требует двухвалентных катионов для эффективного распознавания лизосомальных гидролаз. [3] Хотя двухвалентные катионы не являются существенными для связывания лиганда CD-MPR человека, номенклатура была сохранена. [4]
Оба этих рецептора связывают терминальный маннозо-6-фосфат со сходной аффинностью (CI-MPR = 7 мкМ, CD-MPR = 8 мкМ) [5] и имеют сходные сигналы в своих цитоплазматических доменах для внутриклеточного транспорта. [6]
История
Элизабет Нойфельд изучала пациентов, в клетках которых присутствовало несколько телец включения . [7] Из-за большого количества телец включения она назвала это состояние I-клеточной болезнью . Эти тельца включения представляли собой лизосомы, заполненные неперевариваемым материалом. Сначала Нойфельд подумал, что у этих пациентов должен быть недостаток лизосомальных ферментов . . Дальнейшее исследование показало, что все лизосомальные ферменты вырабатывались , но были неправильно нацелены . Вместо того, чтобы отправляться в лизосомы , они секретировались. Кроме того, было обнаружено, что эти неправильно нацеленные ферменты не фосфорилируются . Таким образом, Нойфельд предположил, что заболевание I-клеток было вызвано дефицитом ферментов, которые добавляют специфическую маннозо-6-фосфатную метку к лизосомным ферментам, чтобы они могли быть нацелены на лизосомы .
Исследования болезни I-клеток привели к открытию рецепторов, которые связываются с этой специфической меткой. Во-первых, CI-MPR был обнаружен и выделен с помощью аффинной хроматографии . Однако ученые обнаружили, что некоторые лизосомальные ферменты все же достигают лизосомы в отсутствие CI-MPR. Это привело к идентификации другого рецептора , связывающего маннозо-6-фосфат , CD-MPR, который связывает свой лиганд в присутствии двухвалентного катиона, такого как Mn 2+ . [8] [9]
Эти гены для каждого рецептора были клонированы и охарактеризованы. Считается, что они произошли от одного и того же предкового гена, поскольку некоторые из их границ интрона / экзона имеют консервацию и гомология в их связывающих доменах . [7]
Функция
Основная функция MPR - нацеливать лизосомальные ферменты на лизосомы .
Механизм нацеливания
Лизосомальные ферменты синтезируются в грубой эндоплазматической сети вместе с рядом других секреторных белков . Специальная метка распознавания была разработана для предотвращения секреции этих вредных лизосомальных ферментов и обеспечения их нацеливания на лизосомы. [7] Эта метка представляет собой остаток маннозо-6-фосфата.
Как только лизосомальный фермент был перемещен в грубую эндоплазматическую сеть , олигосахарид, состоящий из Glc 3 Man 9 GlcNAc 2 , переносится в белок единым блоком . [1] олигосахарид присутствует на лизосомальных ферментов обрабатывается таким же образом , как и другие секреторные белки в то время как он перемещается от эндоплазматического ретикулума к цис -Golgi .
В Trans -Golgi в GlcNAc фосфотрансферазы ( EC 2.7.8.17 ) добавляет GlcNAc -1- фосфатный остаток на 6-гидроксильную группу специфического маннозы остатка в пределах олигосахарида . [10] Образуется фосфодиэфир : Man-phosphate-GlcNAc. После образования фосфодиэфира лизосомальный фермент будет перемещен через аппарат Гольджи в транс- Гольджи . В транс- Гольджи фосфодиэстераза ( EC 3.1.4.45 ) удаляет остаток GlcNAc, открывая маннозо-6-фосфатную метку, позволяя лизосомным ферментам связываться с CI-MPR и CD-MPR. Комплекс MPR-лизосомальный фермент перемещается в пре-лизосомный компартмент, известный как эндосома , в везикуле, покрытой COPII . [11] [12] Это нацеливание от секреторного пути достигается за счет присутствия специфического сигнала сортировки, мотив кислотного кластера / дилейцина, в цитоплазматических хвостах MPR. [13] Оба MPR связывают свои лиганды наиболее эффективно при pH 6-7; таким образом позволяя рецепторам связываться с лизосомальными ферментами в транс- Гольджи и высвобождать их в подкисленной среде эндосомы . Как только фермент отделился от маннозо-6-фосфатного рецептора, он перемещается из эндосомы в лизосому, где фосфатная метка удаляется из фермента .
MPR не обнаруживаются в лизосомах ; они циркулируют в основном между сетью транс- Гольджи и эндосомами . CI-MPR также присутствует на поверхности клетки . Около 10-20% CI-MPR можно найти на клеточной мембране. [14] Его функция здесь заключается в улавливании любых маннозо-6-фосфатных ферментов , которые случайно попали в секреторный путь. После того, как он связывается с лизосомальных ферментов с рецептором становится быстро усвоены. Интернализация опосредуется сортирующим сигналом в его цитоплазматическом хвосте - мотивом YSKV. [13] Это гарантирует, что все вредные лизосомальные ферменты будут нацелены на лизосомы .
Исследования на мышах-нокаутах
CI-MPR
Мыши, лишенные CI-MPR, умирают на 15-й день беременности из-за гиперплазии сердца . [7] Мыши страдают от аномального роста, потому что они не могут регулировать уровень свободного IGF-II (инсулиноподобный фактор роста типа II). Смерть мышей можно предотвратить, если также нокаутировать аллель IGF-II . Дальнейший анализ эмбрионов также показал , что они показывают дефекты в ориентации на лизосомальных ферментов , поскольку они имеют повышенный уровень фосфорилируется лизосомальных ферментов в их амниотической жидкости . Приблизительно 70% лизосомальных ферментов секретируются в отсутствие CI-MPR - это говорит о том, что CD-MPR не может компенсировать его потерю. [1]
CD-MPR
Когда CD-MPR отключен у мышей, они выглядят здоровыми, за исключением того факта, что у них есть дефекты в нацеливании на несколько лизосомных ферментов . У этих мышей наблюдается повышенный уровень фосфорилированных лизосомальных ферментов в крови, и они накапливают непереваренный материал в своих лизосомах . [7]
По этим мышам с нокаутом можно сделать вывод, что оба рецептора необходимы для эффективного нацеливания лизосомальных ферментов . В лизосомальные ферменты , которые секретируются с помощью двух различных нокаута клеточных линий образуют два различных набора. Это говорит о том, что каждый MPR предпочтительно взаимодействует с подмножеством лизосомальных ферментов .
Состав
CI-MPR и CD-MPR является структурно различными рецепторами , однако они разделяют общую общую структуру , поскольку они оба типа I , интегральные мембранные белки . Оба рецептора имеют большой N-концевой экстрацитоплазматический домен, один трансмембранный домен и короткий C-концевой цитоплазматический хвост. Эти цитоплазматические хвосты содержат множество сигналов сортировки; [15] некоторые из них могут быть фосфорилированы или пальмитоилированы . [13]
CI-MPR : CI-MPR составляет ~ 300 кДа. [16] N-концевой extracytoplasmic домен содержит 15 смежных Р-типа доменов распознавания углеводов. [16] Их называют доменами MRH (гомология маннозо-6-фосфатных рецепторов). Домены гомологичны, потому что имеют:
- Одинаковый размер - каждый из них содержит около 150 аминокислотных остатков.
- Консервативные аминокислотные остатки - от 14 до 38% идентичности последовательностей [13]
- Консервативное расположение 6 специфических остатков цистеина , участвующих в образовании дисульфидных связей [13]
Структура 7 из 15 доменов была определена с помощью рентгеновской кристаллографии , и, похоже, они имеют схожую складку . [16] CI-MPR существует в мембране в основном в виде димера . Было обнаружено, что домены 3, 5 и 9 связываются с маннозо-6-фосфатом. Домены 3 и 9 могут связываться с маннозо-6-фосфатом с высоким сродством . Домен 5 связывает Man-6-фосфат со слабым сродством . Однако также было показано, что домен 5 связывается с фосфодиэфиром Man-phosphate-GlcNAc. [16] Это защитный механизм для клетки - он означает, что она способна связываться с лизосомальными ферментами , которые избежали действия фермента, удаляющего остаток GlcNAc . Объединение этих 3 доменов позволяет CI-MPR связываться с широким спектром фосфорилированных гликановых структур. Домен 11 связывается с IGF-II .
CD-MPR : CD-MPR намного меньше, чем CI-MPR - всего ~ 46 кДа. [16] Его N-концевой экстрацитоплазматический домен содержит только 1 домен распознавания углеводов P-типа. CD-MPR существует в мембране в основном в виде димера . Однако считается, что также существуют мономерные и тетрамерные формы. [17] Равновесие между этими различными олигомерами зависит от pH , температуры и присутствия маннозо-6-фосфатных остатков. Каждый мономер образует 9-нитевую ß-ствол, который может связываться с одним остатком маннозо-6-фосфата.
Связывание маннозо-6-фосфата
CI-MPR и CD-MPR связывают маннозо-6-фосфат аналогичным образом. Оба образуют набор водородных связей между ключевыми остатками и характерными гидроксильными группами на остатке маннозы . Водородные связи с гидроксильными группами в положениях 2, 3 и 4 делают сайт специфичным только для маннозы .
Оба MPR разделяют 4 остатка, которые необходимы для связывания лиганда . Мутация любого из этих остатков приводит к потере связывания маннозо-6-фосфата. [16] Эти остатки представляют собой глутамин , аргинин , глутаминовую кислоту и тирозин и отвечают за образование водородных связей, которые контактируют с определенными гидроксильными группами в остатке маннозы .
На лизосомальных ферментах может присутствовать широкий спектр структур N-гликанов . Эти гликаны могут различаться по:
- Тип - гибридные или высокие маннозы структур
- Размер
- Наличие фосфомоноэфира (маннозо-6-фосфат) или фосфодиэфира (Man-фосфат-GlcNAc)
- Количество маннозо-6-фосфатных меток
- Расположение маннозо-6-фосфатной метки
CI-MPR и CD-MPR способны связываться с этим широким спектром структур N-гликанов за счет различной архитектуры сайта связывания. [1] MPR также немного по-другому связываются с фосфатной группой. Домен 3 CI-MPR использует Ser- 386 и упорядоченную молекулу воды для связывания с фосфатным фрагментом. С другой стороны, CD-MPR использует остатки Asp- 103, Asn -104 и His- 105 для образования благоприятных водородных связей с фосфатной группой. [16] CD-MPR также содержит двухвалентный катион Mn 2+, который образует благоприятные водородные связи с фосфатным фрагментом.
CI-MPR и рак
Хорошо известно, что CI-MPR связывает маннозо-6-фосфат, но появляется все больше свидетельств того, что CI-MPR также связывается с негликозилированным IGF-II . Считается, что когда CI-MPR присутствует на поверхности клетки , домен 11 будет связываться с любым IGF-II, свободным во внеклеточном матриксе . Затем рецептор быстро интернализуется вместе с IGF-II через мотив YSKV, присутствующий в цитоплазматическом хвосте CI-MPR. [13] IGF-II затем будет нацелен на лизосомы, где он будет разлагаться. Это регулирует уровень свободного IGF-II в организме.
Эта функция CI-MPR была определена с использованием мышей с нокаутом . Было замечено, что у мышей с дефицитом CI-MPR был повышенный уровень свободного IGF-II и увеличенные органы (увеличение примерно на 30% [7] ). Эти мыши умирают на 15-й день беременности из-за гиперплазии сердца . [7] Смерть мышей можно было предотвратить, если также был нокаутирован аллель IGF-II . Когда CI-MPR и аллель IGF-II отключены, наблюдается нормальный рост мышей, поскольку больше не присутствует фактор роста, который необходимо регулировать.
Из-за способности CI-MPR модулировать уровни IGF-II было высказано предположение, что он может играть роль супрессора опухолей . [13] Исследования множественных раковых заболеваний человека показали, что потеря функции CI-MPR связана с прогрессированием онкогенеза . [18] Потеря гетерозиготности (LOH) в локусе CI-MPR была показана при нескольких типах рака, включая печень и молочную железу . [13] [19] Однако это относительно новая концепция, и еще многие исследования должны будут изучить взаимосвязь между CI-MPR и раком .
Рекомендации
- ^ а б в г д Дрикамер К., Тейлор М.Э. (2011). Введение в гликобиологию (3-е изд.). Оксфорд [ua]: Oxford University Press. С. 177–181. ISBN 978-0199569113.
- ^ Hoflack B, Kornfeld S (июль 1985 г.). «Связывание лизосомного фермента с мембранами макрофагов P388D1 мыши, лишенных 215-кДа маннозо-6-фосфатного рецептора: доказательства существования второго маннозо-6-фосфатного рецептора» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 82 (13): 4428–32. Bibcode : 1985PNAS ... 82.4428H . DOI : 10.1073 / pnas.82.13.4428 . PMC 391114 . PMID 3160044 .
- ^ а б Hoflack B, Kornfeld S (октябрь 1985 г.). «Очистка и характеристика катион-зависимого маннозо-6-фосфатного рецептора из мышиных макрофагов P388D1 и бычьей печени». J. Biol. Chem . 260 (22): 12008–14. PMID 2931431 .
- ^ Юнгханс У., Вахид А., фон Фигура К. (сентябрь 1988 г.). «Катионозависимый» маннозо-6-фосфатный рецептор связывает лиганды в отсутствие двухвалентных катионов » . FEBS Lett . 237 (1–2): 81–4. DOI : 10.1016 / 0014-5793 (88) 80176-5 . PMID 2971570 . S2CID 29141433 .
- ^ Тонг П.Й., Корнфельд С. (май 1989 г.). «Лигандные взаимодействия рецептора маннозо-6-фосфата, зависимого от катионов. Сравнение с рецептором рецептора манноза-6-фосфата, зависимого от катионов». J. Biol. Chem . 264 (14): 7970–5. PMID 2542255 .
- ^ Джонсон К.Ф., Чан В., Корнфельд С. (декабрь 1990 г.). «Катион-зависимый маннозо-6-фосфатный рецептор содержит два сигнала интернализации в своем цитоплазматическом домене» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 87 (24): 10010–4. Bibcode : 1990PNAS ... 8710010J . DOI : 10.1073 / pnas.87.24.10010 . PMC 55304 . PMID 2175900 .
- ^ Б с д е е г Варки А., Каммингс Р. Д., Эско Дж. Д., Фриз Х. Х., Стэнли П., Бертоцци С. Р., Харт Г. В., Эцлер М. (2009). «Лектины Р-типа». Основы гликобиологии (2-е изд.). Колд-Спринг-Харбор, Нью-Йорк: Лаборатория Колд-Спринг-Харбор. ISBN 978-0879697709.
- ^ Hoflack, B .; Комфельд, С. (1985). «Связывание лизосомного фермента с мембранами макрофагов мыши P388D1, лишенных маннозо-6-фосфатного рецептора 215 кДа: доказательства существования второго маннозо-6-фосфатного рецептора» . Proc. Natl. Акад. Sci. 82 (13): 4428–32. Bibcode : 1985PNAS ... 82.4428H . DOI : 10.1073 / pnas.82.13.4428 . PMC 391114 . PMID 3160044 .
- ^ Hoflack B, Kornfeld S (1985). «Очистка и характеристика катион-зависимого маннозо-6-фосфатного рецептора из мышиных макрофагов P388D1 и бычьей печени». J. Biol. Chem. 260 (22): 12008–14. PMID 2931431 .
- ^ Рейтман МЛ, Корнфельд С (1981). «Нацеливание на лизосомальные ферменты. N-Ацетилглюкозаминилфосфотрансфераза избирательно фосфорилирует нативные лизосомальные ферменты». J. Biol. Chem. 256 (23): 11977–80. PMID 6457829 .
- ^ Дункан Дж. Р., Корнфельд С. (март 1988 г.). «Внутриклеточное движение двух маннозо-6-фосфатных рецепторов: возвращение к аппарату Гольджи» . J. Cell Biol . 106 (3): 617–28. DOI : 10,1083 / jcb.106.3.617 . PMC 2115106 . PMID 2964450 .
- ^ Ле Борн Р., Хофлак Б. (1997). «Маннозо-6-фосфатные рецепторы регулируют образование везикул, покрытых клатрином, в TGN» . J. Cell Biol . 137 (2): 335–45. DOI : 10,1083 / jcb.137.2.335 . PMC 2139777 . PMID 9128246 .
- ^ Б с д е е г ч Гош П., Дамс Н.М., Корнфельд С. (2003). «Маннозо-6-фосфатные рецепторы: новые повороты в сказке». Обзоры природы Молекулярная клеточная биология . 4 (3): 202–212. DOI : 10.1038 / nrm1050 . PMID 12612639 . S2CID 16991464 .
- ^ Pohlmann, R .; Nagel, G .; Hille, A .; Wendland, M .; Waheed, A .; Браулке Т. и фон Фигура К. (1989). «Маннозо-6-фосфатспецифические рецепторы: структура и функции». Biochem Soc Trans . 17 (1): 15–16. DOI : 10,1042 / bst0170015 . PMID 2541033 .
- ^ Джонсон К.Ф., Чан В., Корнфельд С. (1990). «Катион-зависимый маннозо-6-фосфатный рецептор содержит два сигнала интернализации в своем цитоплазматическом домене» . Proc. Natl. Акад. Sci. 87 (24): 10010–4. Bibcode : 1990PNAS ... 8710010J . DOI : 10.1073 / pnas.87.24.10010 . PMC 55304 . PMID 2175900 .
- ^ Б с д е е г Bohnsack RN, Song X, Olson LJ, Kudo M, Gotschall RR, Canfield WM, Cummings RD, Smith DF, Dahms NM (2009). "Катионнезависимый маннозо-6-фосфатный рецептор А, состоящий из различных сайтов связывания фосфоманнозила" . Журнал биологической химии . 284 (50): 35215–35226. DOI : 10.1074 / jbc.M109.056184 . PMC 2787381 . PMID 19840944 .
- ^ Тонг PY, Корнфельд S (1989). «Лигандные взаимодействия рецептора маннозо-6-фосфата, зависимого от катионов. Сравнение с рецептором рецептора манноза-6-фосфата, зависимого от катионов». J. Biol. Chem. 264 (14): 7970–5. PMID 2542255 .
- ^ Де Соуза А.Т., Хэнкинс Г.Р., Вашингтон М.К., Ортон ТС, Джиртл Р.Л. (1996). «Ген M6P / IGF2R мутирован в гепатоцеллюлярной карциноме человека с потерей гетерозиготности». Nat. Genet. 11 (4): 447–9. DOI : 10.1038 / ng1295-447 . PMID 7493029 . S2CID 21787312 .
- ^ Де Соуза А.Т., Хэнкинс Г.Р., Вашингтон М.К., Fine RL, Orton TC, Jirtle RL (1995). «Частая потеря гетерозиготности по 6q в локусе рецептора маннозо-6-фосфат / инсулиноподобного фактора роста II в гепатоцеллюлярных опухолях человека». Онкоген . 10 (9): 1725–9. PMID 7753549 .
дальнейшее чтение
- Дункан Дж. Р., Корнфельд С. (1988). «Внутриклеточное движение двух маннозо-6-фосфатных рецепторов: возвращение к аппарату Гольджи» . J. Cell Biol . 106 (3): 617–28. DOI : 10,1083 / jcb.106.3.617 . PMC 2115106 . PMID 2964450 .
- Юнгханс У, Вахид А, фон Фигура К. (1988). «Катионозависимый» маннозо-6-фосфатный рецептор связывает лиганды в отсутствие двухвалентных катионов » . FEBS Lett . 237 (1–2): 81–4. DOI : 10.1016 / 0014-5793 (88) 80176-5 . PMID 2971570 . S2CID 29141433 .
- Хоукс С., Кар С. (2004). «Инсулиноподобный фактор роста-II / рецептор маннозо-6-фосфата: структура, распределение и функция в центральной нервной системе». Brain Res. Brain Res. Ред . 44 (2–3): 117–40. DOI : 10.1016 / j.brainresrev.2003.11.002 . PMID 15003389 . S2CID 20434586 .
- Киллиан Дж. К., Джиртл Р. Л. (1999). «Геномная структура человеческого рецептора M6P / IGF2». Мамм. Геном . 10 (1): 74–7. CiteSeerX 10.1.1.564.5806 . DOI : 10.1007 / s003359900947 . PMID 9892739 . S2CID 20181915 .
- Ishiwata T, Bergmann U, Kornmann M, Lopez M, Beger HG, Korc M (1997). «Измененная экспрессия рецептора инсулиноподобного фактора роста II при раке поджелудочной железы человека». Поджелудочная железа . 15 (4): 367–73. DOI : 10.1097 / 00006676-199711000-00006 . PMID 9361090 . S2CID 42073680 .
Внешние ссылки
- Информация об исследовании лектинов Имперского колледжа
- UniProtKB / Swiss-Prot запись о человеческом катионнезависимом маннозо-6-фосфатном рецепторе
- UniProtKB / Swiss-Prot запись о человеческом катион-зависимом маннозо-6-фосфатном рецепторе
- PDBe-KB предоставляет обзор всей структурной информации, доступной в PDB для человеческого катион-независимого маннозо-6-фосфатного рецептора.