Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлено с PtdIns (3,5) P2 )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфат (PtdIns (3,5) P2) является одним из семи фосфоинозитов, обнаруженных в мембранах эукариотических клеток. [1] В покоящихся клетках уровни PtdIns (3,5) P2, обычно определяемые количественно с помощью ВЭЖХ , являются самыми низкими среди конститутивно присутствующих фосфоинозитидов. Они примерно в 3-5 раз ниже по сравнению с уровнями PtdIns3P и PtdIns5P ( фосфатидилинозитол-5-фосфат ) и более чем в 100 раз ниже, чем уровни распространенных PtdIns4P ( фосфатидилинозитол-4-фосфат ) и PtdIns (4,5) P2 . [2] PtdIns (3,5) P2 впервые обнаруживается в фибробластах мыши и почкующихся дрожжах.S. cerevisiae в 1997 году. [3] [4] У S. cerevisiae PtdIns (3,5) уровни P2 резко повышаются во время гиперосмотического шока. [4] Ответ на гиперосмотическую нагрузку не сохраняется в большинстве протестированных клеток млекопитающих, за исключением дифференцированных адипоцитов 3T3L1.[4] [5]

Метаболизм [ править ]

Единственный известный в настоящее время путь продукции PtdIns (3,5) P2 - это синтез, катализируемый фосфоинозитидкиназой PIKfyve . Импульсные эксперименты на фибробластах мышей показывают, что PtdIns (3,5) P2 возвращается в PtdIns3P вскоре после своего синтеза. [3] В клетках млекопитающих PtdIns (3,5) P2 синтезируется и превращается в PtdIns3P с помощью уникального белкового комплекса, содержащего два фермента с противоположной активностью: фосфоинозитидкиназу PIKfyve и PtdIns, содержащий домен Sac1 (3,5) P2 5-фосфатаза, Sac3 / фиг.4 . [6] Эти два фермента не взаимодействуют напрямую. Скорее, они объединены ассоциированным регулятором PIKfyve, который называется ArPIKfyve / VAC14., который формирует тройной регуляторный комплекс, известный как комплекс PAS (от первых букв PIKfyve / ArPIKfyve / Sac3). [7] PIKfyve прикрепляет комплекс PAS к Rab5GTP / PtdIns3P-обогащенным эндосомным микродоменам через свой FYVE- домен пальца, который избирательно связывает PtdIns3P. [8] [9] [10] Существенная роль комплекса PAS в синтезе и обмене PtdIns (3,5) P2 подтверждается данными из siRNA-опосредованного белкового сайленсинга и гетерологичной экспрессии компонентов комплекса PAS в различных типах клеток, таких как а также по данным генетического нокаута белков комплекса PAS. [5] [6] [11] [12] [13] [14] [15]

Дополнительный путь обмена PtdIns (3,5) P2 включает семейство миотубуляринов фосфатаз. Миотубуларин 1 и MTMR2 дефосфорилируют положение 3 PtdIns (3,5) P2; следовательно, продуктом этого гидролиза является PtdIns5P, а не PtdIns3P. [16] Комплексные белки PAS эволюционно консервативны с ортологами, обнаруженными в S. cerevisae (т.е. белки Fab1p, Vac14p и Fig4p), а также во всех эукариотах с секвенированными геномами. Следовательно, считается, что PtdIns (3,5) P2 присутствует у всех эукариот, где он регулирует сходные клеточные функции. Дрожжи Fab1p, Vac14p и Fig4p также образуют комплекс, называемый комплексом Fab1. [17] Однако комплекс Fab1 содержит дополнительные белки, [18]которые могут добавить дополнительный слой регуляции PtdIns (3,5) P2 у дрожжей. Состав белковых комплексов, регулирующих уровни PtdIns (3,5) P2 у других видов, еще предстоит выяснить.

Функции и регулирование [ править ]

PtdIns (3,5) P2 регулирует эндосомные операции (деление и слияние), которые поддерживают гомеостаз эндомембраны и правильную работу путей переноса, исходящих из или пересекающих эндосомы. Снижение уровней PtdIns (3,5) P2 при нарушениях клеточного PIKfyve за счет гетерологичной экспрессии ферментативно неактивных точечных мутантов PIKfyve, [19] подавления с помощью siRNA-лекарств, [20] фармакологического ингибирования [21] и нокаута PIKFYVE [13] - все они вызывают образование множественных цитозольных вакуолей, которые со временем становятся больше. Важно отметить, что вакуолизация, вызванная дисфункцией PIKfyve и истощением PtdIns (3,5) P2, является обратимой и может быть избирательно устранена цитозольной микроинъекцией PtdIns (3,5) P2 [22].сверхэкспрессия PIKfyve [19] или вымывание ингибитора PIKfyve YM201636. [21] Активность Sac3 фосфатазы в комплексе PAS также играет важную роль в регуляции уровней PtdIns (3,5) P2 и поддержании эндомембранного гомеостаза. Таким образом, цитоплазматическая вакуолизация, индуцированная доминантно-отрицательным мутантом PIKfyveK1831E, подавляется при совместной экспрессии точечного мутанта, неактивного по фосфатазе Sac3, вместе с ArPIKfyve. [12] Исследования восстановления in vitro слияния эндосом и образования / отделения (деления) мультивезикулярных тел (MVB) предполагают положительную роль PtdIns (3,5) P2 в делении MVB от созревания ранних эндосом и отрицательную роль в слиянии эндосом. [6] [8]PtdIns (3,5) P2 участвует в зависимом от микротрубочек ретроградном транспорте от ранних / поздних эндосом к транс сети Гольджи. [20] [23]

Острая терапия инсулином увеличивает уровни PtdIns (3,5) P2 в адипоцитах 3T3L1, как в изолированных мембранах, так и в интактных клетках, что способствует влиянию инсулина на транслокацию клеточной поверхности GLUT4 и транспорт глюкозы. [11] [12] Эти клетки также показывают заметное увеличение PtdIns (3,5) P2 после гиперосмотического шока. [5] Другие стимулы, включая митогенные сигналы, такие как IL-2 и ультрафиолетовый свет в лимфоцитах , [24] активация протеинкиназы C с помощью PMA в тромбоцитах [25] и стимуляция EGF клеток COS, [26] также увеличивают PtdIns (3). , 5) уровни P2.

PtdIns (3,5) P2 играет ключевую роль в росте и развитии, что подтверждается доимплантационной летальностью модели мышей с нокаутом PIKfyve. [13] Тот факт, что гетерозиготные мыши PIKfyve якобы нормальны и доживают до позднего взросления, имея только ~ 60% уровней PtdIns (3,5) дикого типа, предполагает, что PtdIns (3,5) P2 обычно может быть в избытке. . [13]

Нокаут ArPIKfyve / Vac14 или Sac3 / Fig4 у мышей приводит к снижению уровней PtdIns (3,5) P2 на 30-50% и вызывает аналогичную массивную центральную нейродегенерацию и периферическую невропатию.[14] [15] Эти исследования показывают, что снижение уровня PtdIns (3,5) P2 с помощью еще не идентифицированного механизма опосредует гибель нейронов. Напротив, нокаут фосфатазы MTMR2, который также вызывает периферическую невропатию, сопровождается повышением PtdIns (3,5) P2.[27] Таким образом, остается неясным, влияют ли и каким образом аномальные уровни PtdIns (3,5) P2 избирательно на функции периферических нейронов.

Эффекторы [ править ]

Фосфоинозитиды обычно рассматриваются как заякоренные в мембране сигналы, рекрутирующие специфические цитозольные эффекторные белки. До сих пор было предложено несколько белков в качестве потенциальных эффекторов PtdIns (3,5) P2. К сожалению, ожидания, что такие эффекторы будут эволюционно консервативными и будут иметь общий PtdIns (3,5) P2-связывающий мотив с высокой аффинностью, остаются нереализованными. Напр., Делеция Atg18p, белка, участвующего также в аутофагии у S. cerevisae, вызывает увеличение вакуоли и 10-кратное повышение уровня PtdIns (3,5) P2. Atg18p связывает PtdIns (3,5) P2 с высокой аффинностью и специфичностью. [28] Однако, за исключением аутофагии, ортологи Atg18p млекопитающих не обладают сходными функциями. [29]Два др. Дрожжевых белка (Ent3p и Ent5p), обнаруженные в предвакуолярных и эндосомных структурах, являются потенциальными эффекторами PtdIns (3,5) P2 при сортировке MVB. Они содержат фосфоинозитид-связывающий домен ENTH, и их делеция вызывает дефекты сортировки MVB, похожие на те, о которых сообщалось для делеции Fab1p. [30] Однако ни Ent3p, ни Ent5p не обладают преимущественной и высокой аффинной специфичностью связывания с PtdIns (3,5) P2 in vitro. [31] VPS24 млекопитающих (член семейства заряженных мультивезикулярных белков тела (CHMP)) является еще одним предполагаемым эффектором PtdIns (3,5) P2. [32] Увы, измерения поверхностного плазмонного резонанса не подтверждают специфическое или высокоаффинное распознавание PtdIns (3,5) P2 как для VPS24 млекопитающих, так и для дрожжей. [31]Человеческий трансмембранный катионный канал TRPML1 (генетическая инактивация которого вызывает лизосомную болезнь накопления) был недавно выдвинут как эффектор PtdIns (3,5) P2 на основании анализов связывания in vitro и его способности спасать фенотип вакуолизации в фибробластах из ArPIKfyve / Vac14. нокаутные мыши.[33] Но удаление ортологичного белка у дрожжей не вызывает увеличения вакуолей, [34] таким образом ставя под сомнение эволюционную консервацию этого эффекторного механизма. Необходимы дальнейшие исследования для подтверждения этих или выявления еще неизвестных эффекторов PtdIns (3,5) P2.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Ди Паоло G, Де Камилли П. Фосфоинозитиды в регуляции клеток и мембранной динамике. Природа. 2006 г., 12 октября; 443 (7112): 651-7. PMID  17035995
  2. ^ Шишева А. Регулирование динамики везикул Glut4 с помощью фосфоинозитидкиназ и фосфоинозитидфосфатаз. Front Biosci. 1 сентября 2003 г .; 8: s945-56. Обзор. PMID 12957825 
  3. ^ a b Whiteford CC, Брирли, Калифорния, Улуг, ET. Фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфат определяет новый путь PI 3-киназы в покоящихся фибробластах мыши. Biochem J. 1997, 1 мая; 323 (Pt 3): 597-601. PMID 9169590 
  4. ^ a b c Голубь СК, Кук Ф.Т., Дуглас М.Р., Сэйерс Л.Г., Паркер П.Дж., Мичелл Р.Х. Осмотический стресс активирует синтез фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфата. Природа. 1997 13 ноября; 390 (6656): 187-92. PMID 9367158 
  5. ^ a b c Сбрисса Д., Шишева А. Приобретение беспрецедентного повышения уровня фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфата в гиперосмотически стрессированных адипоцитах 3T3-L1, опосредованное путем ArPIKfyve-PIKfyve. J Biol Chem. 2005 4 марта; 280 (9): 7883-9. Epub 2004 16 ноября. PMID 15546865 
  6. ^ a b c Сбрисса Д., Икономов О.К., Фу З., Иджуин Т., Грюнберг Дж., Такенава Т., Шишева А. Аппарат основного белка для синтеза и обмена фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфата у млекопитающих, который регулирует прогрессирование эндосомного транспорта. Новая Sac-фосфатаза присоединяется к комплексу ArPIKfyve-PIKfyve. J Biol Chem. 17 августа 2007 г .; 282 (33): 23878-91. Epub 7 июня 2007 г. doi : 10.1074 / jbc.M611678200 PMID 17556371 
  7. ^ Sbrissa D, Ikonomov OC, Fenner H, Shisheva A. ArPIKfyve гомомерные и гетеромерные взаимодействия скаффолд PIKfyve и Sac3 в комплексе для повышения активности и функциональности PIKfyve. J Mol Biol. 26 декабря 2008 г .; 384 (4): 766-79. Epub 11 октября 2008 г. doi : 10.1016 / j.jmb.2008.10.009 PMID 18950639 
  8. ^ a b Иконов О.К., Сбрисса Д., Шишева А. Локализованный синтез PtdIns 3,5-P2 для регулирования динамики и слияния ранних эндосом. Am J Physiol Cell Physiol. 2006 август; 291 (2): C393-404. Epub 2006 1 марта. Doi : 10.1152 / ajpcell.00019.2006 PMID 16510848 
  9. ^ Шишева А., Сбрисса Д., Икономов О. Клонирование, характеристика и экспрессия новой Zn2 + -связывающей фосфоинозитидкиназы FYVE в чувствительных к инсулину клетках. Mol Cell Biol . 1999 Jan; 19 (1): 623-34. PMID 9858586 
  10. ^ Sbrissa D, Ikonomov OC, Shisheva A. Фосфатидилинозитол 3-фосфат-взаимодействующие домены в PIKfyve. Специфичность и роль связывания в PIKfyve. Эндоменбранная локализация. J Biol Chem. 2002 22 февраля; 277 (8): 6073-9. Epub 2001, 12 ноября. Doi : 10.1074 / jbc.M110194200 PMID 11706043 
  11. ^ a b Иконов О.К., Сбрисса Д., Дондапати Р., Шишева А. Взаимодействие арПИКфив-ПИКфив и роль в регулируемой инсулином транслокации GLUT4 и транспорте глюкозы в адипоцитах 3T3-L1. Exp Cell Res. 1 июля 2007 г .; 313 (11): 2404-16. Epub 2007 30 марта. Doi : 10.1016 / j.yexcr.2007.03.024 PMID 17475247 
  12. ^ a b c Иконов О.К., Сбрисса Д., Феннер Х., Шишева А. Основной комплекс PIKfyve-ArPIKfyve-Sac3: места контакта и их последствия для активности фосфатазы Sac3 и гомеостаза эндоцитарной мембраны. J Biol Chem. 2009 18 декабря; 284 (51): 35794-806. Epub. DOI : 10,1074 / jbc.M109.037515 PMID 19840946 
  13. ^ a b c d Иконов О.К., Сбрисса Д., Дельвеккио К., Се Й, Джин Дж. П., Рапполи Д., Шишева А. Фосфоинозитидкиназа PIKfyve жизненно важна для раннего эмбрионального развития: доимплантационная летальность PIKfyve - / - эмбрионов, но нормальность + / PIKfy - мышей. J Biol Chem. 2011 15 апреля; 286 (15): 13404-13. Epub 24 февраля 2011 г. doi : 10.1074 / jbc.M111.222364 PMID 21349843 
  14. ^ a b Чжан Ю., Золов С.Н., Чоу С.Й., Слуцкий С.Г., Ричардсон С.К., Пайпер Р.С., Ян Б., Нау Дж.Дж., Вестрик Р.Дж., Моррисон С.Дж., Мейслер М.Х., Вейсман Л.С. Потеря Vac14, регулятора сигнального липида фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфата, приводит к нейродегенерации у мышей. Proc Natl Acad Sci US A. 2007, 30 октября; 104 (44): 17518-23. Epub, 23 октября 2007 г., PMID 17956977 
  15. ^ a b Чоу CY, Zhang Y, Dowling JJ, Jin N, Adamska M, Shiga K, Szigeti K, Shy ME, Li J, Zhang X, Lupski JR, Weisman LS, Meisler MH. Мутация FIG4 вызывает нейродегенерацию у мышей с бледным тремором и пациентов с CMT4J. Природа. 5 июля 2007 г .; 448 (7149): 68-72. Epub 2007, 17 июня. PMID 17572665 
  16. ^ Шишева А. П.ИКфыве: Партнеры, значение, споры и парадоксы. Cell Biol Int. 2008 июн; 32 (6): 591-604. Epub 2008 25 января. Обзор. DOI : 10.1016 / j.cellbi.2008.01.006 PMID 18304842 
  17. ^ Ботело RJ, Efe JA, Теис D, Emr SD. Сборка сигнального комплекса Fab1-фосфоинозитидкиназы требует фосфоинозитид-фосфатазы Fig4. Mol Biol Cell . Октябрь 2008 г .; 19 (10): 4273-86. Epub 23 июля 2008 г. PMID 1865348 
  18. ↑ Jin N, Chow CY, Liu L, Zolov SN, Bronson R, Davisson M, Petersen JL, Zhang Y, Park S, Duex JE, Goldowitz D, Meisler MH, Weisman LS. VAC14 является ядром белкового комплекса, необходимого для острой взаимной конверсии PI3P и PI (3,5) P (2) у дрожжей и мышей. EMBO J. 17 декабря 2008 г .; 27 (24): 3221-34. Epub 2008 27 ноября. Doi : 10.1038 / emboj.2008.248 PMID 19037259 
  19. ^ a b Иконов О.К., Сбрисса Д., Шишева А. Морфология клеток млекопитающих и гомеостаз эндоцитарных мембран требуют ферментативно активной фосфоинозитид-5-киназы PIKfyve. J Biol Chem. 2001 13 июля; 276 (28): 26141-7. Epub, 2 апреля 2001 г. doi : 10.1074 / jbc.M101722200 PMID 11285266 
  20. ^ a b Резерфорд А.С., Трэер С., Вассмер Т., Паттни К., Буйни М.В., Карлтон Дж. Г., Стенмарк Х., Каллен П. Дж.. Фосфатидилинозитол-3-фосфат-5-киназа (PIKfyve) млекопитающих регулирует ретроградный транспорт эндосом в TGN. J Cell Sci. 2006 г., 1 октября; 119 (19): 3944-57. Epub, 5 сентября 2006 г. doi : 10.1242 / jcs.03153 PMID 16954148 
  21. ^ a b Джеффрис Х. Б., Кук Ф. Т., Джат П., Бушерон К., Коидзуми Т., Хаякава М., Кайдзава Х., Охиси Т., Уоркман П., Уотерфилд, доктор медицины, Паркер П. Селективный ингибитор PIKfyve блокирует продукцию PtdIns (3,5) P (2) и нарушает эндомембранный транспорт и отрастание ретровирусов. EMBO Rep . 2008 Февраль; 9 (2): 164-70. Epub 11 января 2008 г. doi : 10.1038 / sj.embor.7401155 PMID 18188180 
  22. ^ Ikonomov OC, Sbrissa D, Mlak K, Kanzaki M, Pessin J, Shisheva A. Функциональное разделение сигналов липидов и протеинкиназ PIKfyve показывает роль продукции PtdIns 3,5-P2 для целостности эндомембраны. J Biol Chem. 2002 15 марта; 277 (11): 9206-11. Epub 19 ноября 2001 г. PMID 11714711 
  23. ^ Ikonomov OC, Fligger J, Sbrissa D, Dondapati R, Mlak K, Deeb R, Shisheva A. Адаптер Kinesin JLP связывает PIKfyve с основанным на микротрубочках трафиком фурина между эндосомами и транс-Гольджи. J Biol Chem. 2009 6 февраля; 284 (6): 3750-61. Epub 4 декабря 2008 г. doi : 10.1074 / jbc.M806539200 PMID 19056739 . 
  24. ^ Jones DR, González-García A, Díez E, Martinez-A C, Carrera AC, Meida I. Идентификация фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфата в Т-лимфоцитах и ​​его регуляция интерлейкином-2. J Biol Chem. 1999, 25 июня; 274 (26): 18407-13. PMID 10373447 
  25. ^ Banfić H, Даунс CP, Rittenhouse SE. Двухфазная активация PKBalpha / Akt в тромбоцитах. Доказательства стимуляции как фосфатидилинозитол-3,4-бисфосфатом, продуцируемым новым путем, так и фосфатидилинозитол-3,4,5-трифосфатом. J Biol Chem. 1998 May 8; 273 (19): 11630-7. PMID 9565582 
  26. ^ Tsujita K, Itoh T, Ijuin T, Yamamoto A, Shisheva A, Laporte J, Takenawa T. Миотубуларин регулирует функцию поздней эндосомы через взаимодействие грамм-домен-фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфат. J Biol Chem. 2 апреля 2004 г .; 279 (14): 13817-24. Epub 2004, 12 января. PMID 14722070 
  27. ^ Vaccari I, Dina G, Tronchère H, Kaufman E, Chicanne G, Cerri F, Wrabetz L, Payrastre B, Quattrini A, Weisman LS, Meisler MH, Bolino A. Генетическое взаимодействие между фосфолипидными фосфатазами MTMR2 и FIG4, участвующими в Шарко-Мари -Зубные невропатии. PLoS Genet . 2011 Октябрь; 7 (10): e1002319. Epub 20 октября 2011 г. PMID 22028665 
  28. ^ Голубь СК, Пайпер Р.К., МакИвен Р.К., Ю. Дж. У., Кинг М. С., Хьюз, округ Колумбия, Тюринг Дж., Холмс А. Б., Кук Ф. Т., Мичелл Р. Х., Паркер П. Дж., Леммон Массачусетс. Svp1p определяет семейство эффекторов фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфата. EMBO J. 2004 5 мая; 23 (9): 1922-33. Epub 2004, 22 апреля. PMID 15103325 
  29. Перейти ↑ Dove SK, Dong K, Kobayashi T, Williams FK, Michell RH. Фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфат и Fab1p / PIKfyve при эндолизосомной функции PPIn. Biochem J. 2009 г., 1 апреля; 419 (1): 1-13. Обзор. PMID 19272020 
  30. ^ Friant S, Pécheur EI, Eugster A, Michel F, Lefkir Y, Nourrisson D, Letourneur F. Ent3p является эффектором PtdIns (3,5) P2, необходимым для сортировки белка в мультивезикулярном теле. Dev Cell. 2003 сентябрь; 5 (3): 499-511. PMID 12967568 
  31. ^ a b Мичелл Р. Х., Хит В. Л., Леммон М. А., Голубь СК. Фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфат: метаболизм и клеточные функции. Trends Biochem Sci . 2006 Январь; 31 (1): 52-63. Epub 2005 20 декабря. Обзор. DOI : 10.1016 / j.tibs.2005.11.013 PMID 16364647 
  32. ↑ Whitley P, Reaves BJ, Hashimoto M, Riley AM, Potter BV, Holman GD. Идентификация Vps24p млекопитающих как эффектора фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфат-зависимой компартментализации эндосом. J Biol Chem. 3 октября 2003 г .; 278 (40): 38786-95. Epub 23 июля 2003 г. PMID 12878588 
  33. ^ Dong XP, Shen D, Wang X, Dawson T, Li X, Zhang Q, Cheng X, Zhang Y, Weisman LS, Delling M, Xu H. PI (3,5) P (2) контролирует перемещение мембран путем прямой активации каналов высвобождения муколипина Ca (2+) в эндолизосомах. Nat Commun. 13 июля 2010 г .; 1:38. DOI : 10.1038 / ncomms1037 . PMID 20802798 
  34. ^ Chang Y, Schlenstedt G, Flockerzi V, Beck A. Свойства канала внутриклеточного переходного рецепторного потенциала (TRP) в дрожжах, Yvc1. FEBS Lett. 2010 17 мая; 584 (10): 2028-32. Epub 24 декабря 2009 г. PMID 20035756 

Внешние ссылки [ править ]

  • фосфатидилинозитол + 3,5-бисфосфат в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)