Протеиновая фосфатаза 1 ( PP1 ) принадлежит к определенному классу фосфатаз, известному как протеин-серин / треониновые фосфатазы . Этот тип фосфатазы включает металл-зависимые протеинфосфатазы (PPM) и фосфатазы на основе аспартата . Было обнаружено, что PP1 важен для контроля метаболизма гликогена , сокращения мышц , клеточной прогрессии, нейрональной активности, сплайсинга РНК , митоза , [1] деления клеток, апоптоза , синтеза белка и регуляции мембранных рецепторов и каналов. [2]
Состав
Каждый фермент PP1 содержит как каталитическую субъединицу, так и по крайней мере одну регуляторную субъединицу. [3] [4] Каталитическая субъединица состоит из однодоменного белка массой 30 кДа, который может образовывать комплексы с другими регуляторными субъединицами. Каталитическая субъединица высоко консервативна среди всех эукариот , что позволяет предположить общий каталитический механизм. Каталитическая субъединица может образовывать комплексы с различными регуляторными субъединицами. Эти регуляторные субъединицы играют важную роль в субстратной специфичности, а также в компартментализации . Некоторые общие регуляторные субъединицы включают GM (PPP1R3A) и GL (PPP1R3B), названные по месту их действия в организме (мышцы и печень соответственно). [5] В то время как дрожжи S. cerevisiae кодируют только одну каталитическую субъединицу, у млекопитающих есть четыре изофермента, кодируемые тремя генами, каждый из которых привлекает другой набор регуляторных субъединиц. [4]
Для каталитической субъединицы PP1 доступны рентгеноструктурные данные. [3] Каталитическая субъединица PP1 образует α / β складку с центральным β-сэндвичем, расположенным между двумя α-спиральными доменами. Взаимодействие трех β-листов β-сэндвича создает канал для каталитической активности, поскольку это место координации ионов металлов. [6] Эти ионы металлов были идентифицированы как Mn и Fe, и их координация обеспечивается тремя гистидинами, двумя аспарагиновыми кислотами и одним аспарагином. [7]
Механизм
Механизм включает связывание двух ионов металлов и активацию воды, которая инициирует нуклеофильную атаку на атом фосфора. [8]
Регулирование
Регуляция этих различных процессов осуществляется разными холоферментами PP1, которые облегчают комплексообразование каталитической субъединицы PP1 с различными регуляторными субъединицами. [4]
Потенциальные ингибиторы включают множество природных токсинов, включая окадаиновую кислоту , диарейный яд моллюсков, сильный промотор опухоли и микроцистин . [9] Микроцистин представляет собой токсин печени, вырабатываемый сине-зелеными водорослями, и содержит структуру циклического гептапептида, которая взаимодействует с тремя отдельными участками поверхности каталитической субъединицы PP1. [10] Структура MCLR не изменяется при образовании комплекса с PP1, но каталитическая субъединица PP1 изменяется, чтобы избежать стерических эффектов Tyr 276 PP1 и боковой цепи Mdha MCLR. [7]
Биологическая функция
PP1 играет решающую роль в регуляции уровня глюкозы в крови в печени и метаболизма гликогена. PP1 важен для реципрокной регуляции метаболизма гликогена, обеспечивая противоположную регуляцию распада гликогена и синтеза гликогена. Фосфорилаза а служит сенсором глюкозы в клетках печени. [11] Когда уровень глюкозы является низким, фосфорилазами в своем активном состоянии R имеет РР1 туго. Это связывание с фосфорилазой а предотвращает любую фосфатазную активность PP1 и поддерживает гликогенфосфорилазу в ее активной фосфорилированной конфигурации. Следовательно, фосфорилазы ускорит гликоген разбивку до адекватного уровня глюкозы не будут достигнуты. [11] При концентрации глюкозы получают слишком высоко, фосфорилазы преобразуется в неактивное состояние, Т. Перемещая фосфорилазу а в ее Т-состояние, PP1 отделяется от комплекса. Эта диссоциация активирует гликогенсинтазу и превращает фосфорилазу a в фосфорилазу b . Фосфорилаза b не связывает PP1, позволяя PP1 оставаться активированным. [11]
Когда мышцы тела сигнализируют о необходимости деградации гликогена и повышения концентрации глюкозы, PP1 будет регулироваться соответствующим образом. Протеинкиназа А может снижать активность PP1. Участок связывания гликогена, GM, фосфорилируется, что вызывает его диссоциацию от каталитического звена PP1. [11] Это разделение каталитической единицы PP1, гликогена и других субстратов вызывает значительное снижение дефосфорилирования. Кроме того, когда другие субстраты фосфорилируются протеинкиназой A, они могут связываться с каталитической субъединицей PP1 и напрямую ингибировать ее. [11] В конце концов, фосфорилаза остается в активной форме, а гликогенсинтаза - в неактивной.
Актуальность болезни
При болезни Альцгеймера гиперфосфорилирование белка , ассоциированного с микротрубочками, ингибирует сборку микротрубочек в нейронах. Исследователи из Института фундаментальных исследований нарушений развития штата Нью-Йорк показали, что активность фосфатазы 1 типа в сером и белом веществах мозга при болезни Альцгеймера значительно ниже. [12] Это говорит о том, что дисфункциональные фосфатазы играют роль в болезни Альцгеймера.
Регулирование транскрипции ВИЧ- 1 с помощью протеинфосфатазы 1 (PP1). Было установлено, что протеинфосфатаза-1 (PP1) служит важным регулятором транскрипции ВИЧ-1. Исследователи из Университета Говарда показали, что белок Tat нацеливает PP1 на ядро, и последующее взаимодействие важно для транскрипции ВИЧ-1. [13] Белок также участвует в патогенезе эболавируса , дефосфорилируя активатор вирусной транскрипции VP30, что позволяет ему продуцировать вирусные мРНК. Ингибирование PP1 предотвращает дефосфорилирование VP30, предотвращая, таким образом, производство вирусной мРНК и, следовательно, вирусного белка. Однако вирусная L-полимераза все еще способна реплицировать вирусные геномы без дефосфорилирования VP30 с помощью PP1. [14]
Вируса простого герпеса , белок ICP34.5 также активирует протеин фосфатазы 1, который преодолевает клеточный ответ на стресс к вирусной инфекции; протеинкиназа R активируется двухцепочечной РНК вируса , а протеинкиназа R затем фосфорилирует белок, называемый эукариотическим фактором инициации-2A (eIF-2A), который инактивирует eIF-2A. EIF-2A необходим для трансляции, поэтому, отключив eIF-2A, клетка не дает вирусу захватить свой собственный механизм, производящий белок. Герпесвирусы, в свою очередь, развили ICP34.5, чтобы победить защиту; ICP34.5 активирует протеинфосфатазу-1A, которая дефосфорилирует eIF-2A, позволяя трансляции происходить снова. ICP34.5 имеет общий С-концевой регуляторный домен ( InterPro : IPR019523 ) с субъединицей 15A / B протеинфосфатазы 1. [15]
Подразделения
протеинфосфатаза 1, каталитическая субъединица, альфа-изофермент | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | ||||||
Символ | PPP1CA | |||||
Альт. символы | PP1, PP1a, MGC15877, MGC1674, PP-1A, PP1alpha, PPP1A | |||||
Ген NCBI | 5499 | |||||
HGNC | 9281 | |||||
OMIM | 176875 | |||||
RefSeq | NP_002699.1 | |||||
UniProt | P62136 | |||||
Прочие данные | ||||||
Номер ЕС | 3.1.3.16 | |||||
Locus | Chr. 11 q13 | |||||
|
протеинфосфатаза 1, каталитическая субъединица, бета-изофермент | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | ||||||
Символ | PPP1CB | |||||
Альт. символы | PP1, PP1b, PP1beta, PP-1B; PPP1CD; MGC3672; PP1beta; PPP1CB | |||||
Ген NCBI | 5500 | |||||
HGNC | 9282 | |||||
OMIM | 600590 | |||||
RefSeq | NP_002700.1 | |||||
UniProt | P62140 | |||||
Прочие данные | ||||||
Номер ЕС | 3.1.3.16 | |||||
Locus | Chr. 2 стр. 23 | |||||
|
протеинфосфатаза 1, каталитическая субъединица, гамма-изофермент | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | ||||||
Символ | PPP1CC | |||||
Альт. символы | PP1gamma, PP1y, PP1gamma, PPP1G | |||||
Ген NCBI | 5501 | |||||
HGNC | 9283 | |||||
OMIM | 176914 | |||||
RefSeq | NP_002701.1 | |||||
UniProt | P36873 | |||||
Прочие данные | ||||||
Номер ЕС | 3.1.3.16 | |||||
Locus | Chr. 12 q24 | |||||
|
Протеинфосфатаза 1 - мультимерный фермент, который может содержать следующие субъединицы: [16]
- каталитическая субъединица: PPP1CA , PPP1CB , PPP1CC
- регуляторная субъединица 1: PPP1R1A , PPP1R1B , PPP1R1C
- регуляторная субъединица 2: PPP1R2
- регуляторная субъединица 3: PPP1R3A , PPP1R3B , PPP1R3C , PPP1R3D , PPP1R3E , PPP1R3F , PPP1R3G
- регуляторная субъединица 7: PPP1R7
- регуляторная субъединица 8: PPP1R8
- регуляторная субъединица 9: PPP1R9A , PPP1R9B
- регуляторная субъединица 10: PPP1R10
- регуляторная субъединица 11: PPP1R11
- регуляторная субъединица 12: PPP1R12A , PPP1R12B , PPP1R12C
- регуляторная субъединица 13: PPP1R13B
- регуляторная субъединица 14: PPP1R14A , PPP1R14B , PPP1R14C , PPP1R14D
- регуляторная субъединица 15: PPP1R15A , PPP1R15B
- регуляторная субъединица 16: PPP1R16A , PPP1R16B
Как описано ранее, каталитическая субъединица всегда спаривается с одной или несколькими регуляторными субъединицами. Мотив коровой последовательности для связывания с каталитической субъединицей - «RVxF», но дополнительные мотивы позволяют использовать дополнительные сайты. О некоторых комплексах с двумя прикрепленными регуляторными субъединицами сообщалось в 2002 и 2007 годах [4].
Рекомендации
- ^ Tournebize R, Андерсен СС, Верде Ж, Dorée М, Карсенти Е, Химэн АА (сентябрь 1997). «Различная роль PP1 и PP2A-подобных фосфатаз в контроле динамики микротрубочек во время митоза» . Журнал EMBO . 16 (18): 5537–49. DOI : 10.1093 / emboj / 16.18.5537 . PMC 1170186 . PMID 9312013 .
- ^ Фонг Н.М., Дженсен Т.С., Шах А.С., Парех Н.Н., Салтиель А.Р., Брэди М.Дж. (ноябрь 2000 г.) «Идентификация сайтов связывания белков, нацеленных на гликоген для ферментов метаболизма гликогена» . Журнал биологической химии . 275 (45): 35034–9. DOI : 10.1074 / jbc.M005541200 . PMID 10938087 .
- ^ а б Голдберг Дж., Хуанг Х. Б., Квон Ю. Г., Грингард П., Нэрн А. С., Куриан Дж. (Август 1995 г.). «Трехмерная структура каталитической субъединицы белка серин / треонинфосфатаза-1». Природа . 376 (6543): 745–53. Bibcode : 1995Natur.376..745G . DOI : 10.1038 / 376745a0 . PMID 7651533 . S2CID 4256743 .
- ^ а б в г Виршуп Д.М., Шеноликар С. (март 2009 г.). «От беспорядочных половых связей к точности: протеинфосфатазы преображаются» . Молекулярная клетка . 33 (5): 537–45. DOI : 10.1016 / j.molcel.2009.02.015 . PMID 19285938 .
- ^ Армстронг К.Г., Браун Г.Дж., Коэн П., Коэн П.Т. (ноябрь 1997 г.). «PPP1R6, новый член семейства нацеленных на гликоген субъединиц протеинфосфатазы 1». Письма FEBS . 418 (1-2): 210-4. DOI : 10.1016 / S0014-5793 (97) 01385-9 . PMID 9414128 . S2CID 21169749 .
- ^ Эглофф М.П., Джонсон Д.Ф., Мурхед Г., Коэн П.Т., Коэн П., Барфорд Д. (апрель 1997 г.). «Структурная основа распознавания регуляторных субъединиц каталитической субъединицей протеинфосфатазы 1» . Журнал EMBO . 16 (8): 1876–87. DOI : 10.1093 / emboj / 16.8.1876 . PMC 1169791 . PMID 9155014 .
- ^ а б Барфорд Д., Дас А. К., Эглофф М. П. (1998). «Структура и механизм протеинфосфатаз: понимание катализа и регулирования». Ежегодный обзор биофизики и структуры биомолекул . 27 : 133–64. DOI : 10.1146 / annurev.biophys.27.1.133 . PMID 9646865 .
- ^ Чжан И, Чжан М., Чжан И (март 2011 г.). «Кристаллическая структура Ssu72, важной эукариотической фосфатазы, специфичной для С-концевого домена РНК-полимеразы II, в комплексе с аналогом переходного состояния». Биохимический журнал . 434 (3): 435–44. DOI : 10.1042 / BJ20101471 . PMID 21204787 .
- ^ Wera S, Hemmings BA (октябрь 1995 г.). «Серин / треониновые протеинфосфатазы» . Биохимический журнал . 311 (Pt 1) (1): 17–29. DOI : 10.1042 / bj3110017 . PMC 1136113 . PMID 7575450 .
- ^ МакКинтош К., Битти К.А., Клумпп С., Коэн П., Кодд Г.А. (май 1990 г.). «Цианобактериальный микроцистин-LR является мощным и специфическим ингибитором протеинфосфатаз 1 и 2A как у млекопитающих, так и у высших растений» . Письма FEBS . 264 (2): 187–92. DOI : 10.1016 / 0014-5793 (90) 80245-E . PMID 2162782 . S2CID 27643473 .
- ^ а б в г д Берг Дж. М., Страйер Л., Тимочко Дж. Л. (24 декабря 2010 г.). Биохимия (7-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 978-1-4292-2936-4.
- ^ Гонг С.Х., Сингх Т.Дж., Грундке-Икбал И., Икбал К. (сентябрь 1993 г.). «Активность фосфопротеинфосфатазы в головном мозге при болезни Альцгеймера». Журнал нейрохимии . 61 (3): 921–7. DOI : 10.1111 / j.1471-4159.1993.tb03603.x . PMID 8395566 . S2CID 30225343 .
- ^ Нехай С., Жеребцова М., Джексон А., Саутерленд В. (январь 2007 г.). «Регулирование транскрипции ВИЧ-1 протеинфосфатазой 1». Текущие исследования ВИЧ . 5 (1): 3–9. DOI : 10.2174 / 157016207779316279 . PMID 17266553 .
- ^ Ильиных П.А., Тигабу Б., Иванов А., Аммосова Т., Обухов Ю., Гаррон Т. и др. (Август 2014 г.). «Роль протеинфосфатазы 1 в дефосфорилировании белка VP30 вируса Эбола и его нацеливание на ингибирование вирусной транскрипции» . Журнал биологической химии . 289 (33): 22723–38. DOI : 10.1074 / jbc.M114.575050 . PMC 4132779 . PMID 24936058 .
- ^ Агарвалла П.К., Аги МК (2012). «Разработка и подготовка онколитического вируса простого герпеса». Онколитические вирусы . Методы молекулярной биологии. 797 . С. 1–19. DOI : 10.1007 / 978-1-61779-340-0_1 . ISBN 978-1-61779-339-4. PMID 21948465 .
- ^ Cohen PT (январь 2002 г.). «Протеиновая фосфатаза 1 - направлена во многих направлениях». Журнал клеточной науки . 115 (Pt 2): 241–56. PMID 11839776 .
Внешние ссылки
- Протеин + фосфатаза + 1 в предметных рубриках медицинской тематики Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)