Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Молекулярный механизм, управляющий слиянием везикул при высвобождении нейромедиатора Основной комплекс SNARE образован четырьмя α-спиралями, созданными синаптобревином, синтаксином и SNAP-25, синаптотагмин служит сенсором кальция и тесно регулирует застегивание SNARE. [1]
SNARE-гибридные мембранные комплексные белки
Идентификаторы
СимволSNARE
ИнтерПроIPR010989
SCOP21кил / СФЕРА / СУПФАМ
TCDB1.F.1
OPM суперсемейство197
Белок OPM3hd7
Мембранома198

Белки SNARE - « SNA P RE ceptor» - это большое семейство белков, состоящее как минимум из 24 членов в дрожжах и более 60 членов в клетках млекопитающих . [2] [3] Основная роль белков SNARE заключается в обеспечении слияния везикул - слияния везикул с мембраной- мишенью ; это, в частности, опосредует экзоцитоз , но также может опосредовать слияние везикул с мембраносвязанными компартментами (такими как лизосома ). Наиболее изученными SNARE являются те, которые опосредуют высвобождение нейромедиаторасинаптические пузырьки в нейронах . Эти нейронные SNAREs являются мишенями нейротоксинов , ответственных за ботулизм и столбняк , производимого определенными бактерий .

Типы [ править ]

SNAREs можно разделить на две категории: везикулы или V-SNAREs , которые включены в мембраны транспортных везикул во время почкованием, и целевой или т-SNAREs , которые связаны с нервными концевыми мембран. Данные свидетельствуют о том, что t-SNAREs образуют стабильные субкомплексы, которые служат проводниками для v-SNARE, встроенных в мембрану покрытых белком пузырьков, связывающихся для завершения образования комплекса SNARE. [4] Некоторые белки SNARE расположены как на везикулах, так и на мембранах-мишенях, поэтому более современная схема классификации учитывает структурные особенности SNARE, разделяя их на R-SNARE и Q-SNARE. Часто R-SNARE действуют как v-SNARE, а Q-SNARE действуют как t-SNARE. R-SNARE - это белки, которые вносят остаток аргинина (R) в формирование нулевого ионного слоя в собранном основном комплексе SNARE. Одним из конкретных R-SNARE является синаптобревин, расположенный в синаптических пузырьках. Q-SNARE - это белки, которые вносят остаток глутамина (Q) в формирование нулевого ионного слоя в собранном основном комплексе SNARE. Q-SNARE включают синтаксин и SNAP-25. Q-SNARE далее классифицируются как Qa, Qb или Qc в зависимости от их расположения в четырехспиральном пучке.

Структура [ править ]

SNAREs представляют собой небольшие, многочисленные, иногда закрепленные за хвост белки, которые часто посттрансляционно вставляются в мембраны через C-концевой трансмембранный домен . Семь из 38 известных SNARE, включая SNAP-25 , не имеют трансмембранного домена и вместо этого прикрепляются к мембране посредством модификаций липидов, таких как пальмитоилирование . [5] Заякоренные в хвосте белки могут быть вставлены в плазматическую мембрану , эндоплазматический ретикулум , митохондрии и пероксисомы.среди других мембран, хотя любой конкретный SNARE нацелен на уникальную мембрану. Нацеливание на SNARE осуществляется путем изменения либо состава С-концевых фланкирующих аминокислотных остатков, либо длины трансмембранного домена. Замена трансмембранного домена липидными якорями ведет к промежуточной стадии слияния мембран, когда сливаются только две контактирующие створки, а не две дистальные створки двух мембранных бислоев. [6]

Хотя SNARE значительно различаются по структуре и размеру, все они имеют общий сегмент в своем цитозольном домене, называемый мотивом SNARE, который состоит из 60-70 аминокислот и содержит гептадные повторы, которые обладают способностью образовывать спиральные спиральные структуры. V- и t-SNARE способны к обратимой сборке в плотные четырехспиральные пучки, называемые «транс» -SNARE-комплексами. В синаптических везикулах легко образующиеся метастабильные «транс» комплексы состоят из трех SNARE: синтаксина 1 и SNAP-25, резидентных в клеточной мембране, и синаптобревина (также называемого мембранным белком, ассоциированным с везикулами, или VAMP), закрепленным в мембране везикул.

При экзоцитозе нейронов синтаксин и синаптобревин закрепляются в соответствующих мембранах своими С-концевыми доменами, тогда как SNAP-25 прикрепляется к плазматической мембране через несколько связанных цистеином пальмитоильных цепей. Основной транс -SNARE комплекс представляет собой связку из четырех спиралей, где одна спираль вносится синтаксином 1, одна спираль - синаптобревином, а две спирали - SNAP-25.

В плазматической мембране -resident SNAREs был показан, присутствовать в различных микродоменах или кластерах, целостность которых имеет важное значение для экзоцитоза компетенции клетки.

Мембранный синтез [ править ]

Наслоение основного комплекса SNARE. В центре находится нулевой гидрофильный ионный слой, окруженный гидрофобными слоями лейциновой молнии.

Во время слияния мембран белки v-SNARE и t-SNARE на отдельных мембранах объединяются, образуя комплекс транс-SNARE, также известный как «SNAREpin». В зависимости от стадии слияния мембран эти комплексы могут называться по-разному.

Во время слияния комплексов trans -SNARE мембраны сливаются, и белки SNARE, участвующие в образовании комплекса после слияния, затем называются комплексом « цис » -SNARE, потому что теперь они находятся в единственной (или цис ) образующейся мембране. После слияния комплекс cis -SNARE связывается и разбирается адаптерным белком, альфа-SNAP . Затем гексамерная АТФаза (типа AAA ), называемая NSF, катализирует АТФ- зависимое разворачивание белков SNARE и высвобождает их в цитозоль для повторного использования.

Считается, что SNARE являются основными необходимыми компонентами механизма слияния и могут функционировать независимо от дополнительных цитозольных вспомогательных белков. Это было продемонстрировано путем конструирования "перевернутых" SNARE, где домены SNARE обращены к внеклеточному пространству, а не к цитозолю. Когда клетки, содержащие v-SNARE, контактируют с клетками, содержащими t-SNARE, образуются комплексы транс- SNARE, и происходит слияние клетки с клеткой. [7]

Компоненты [ править ]

Основной комплекс SNARE представляет собой пучок из 4 спиралей. [8] Синаптобревин и синтаксин вносят по одной -спирали каждый, в то время как SNAP-25 участвует с двумя -спиралями (сокращенно Sn1 и Sn2). Взаимодействующие аминокислотные остатки, соединяющие комплекс SNARE, могут быть сгруппированы в слои. Каждый слой имеет 4 аминокислотных остатка - по одному остатку на каждую из 4 -х спиралей. В центре комплекса находится нулевой ионный слой, состоящий из одного остатка аргинина (R) и трех остатков глутамина (Q), и он окружен лейциновой застежкой-молнией . Слои «-1», «+1» и «+2» в центре комплекса наиболее точно соответствуют идеальной геометрии лейциновой молнии и аминокислотному составу. [9]

Нулевой ионной слой состоит из R56 из VAMP-2, Q226 от синтаксин-1A, Q53 от Sn1 и Q174 от Sn2, и полностью похоронен в пределах лейцин-молнии слоев. Положительно заряженная гуанидино группа аргинина (R) , остаток взаимодействует с карбоксильными группами каждого из три глутамина (Q) остатков.

Примыкающие друг к другу слои лейциновой молнии действуют как водонепроницаемое уплотнение, защищая ионные взаимодействия от окружающего растворителя . Воздействие на нулевой ионный слой водного растворителя путем разрыва фланкирующей лейциновой молнии приводит к нестабильности комплекса SNARE и является предполагаемым механизмом, с помощью которого -SNAP и NSF рециркулируют комплексы SNARE после завершения экзоцитоза синаптических везикул .

Механизм слияния мембран [ править ]

Сборка [ править ]

Изображение образования транс- СНАРЭ комплекса. Показывает, как Munc18 взаимодействует с белками SNARE во время образования комплекса.

Белки SNARE д. Собираться в комплексы trans -SNARE, чтобы обеспечить силу, необходимую для слияния везикул . Четыре домена α-спирали (по 1 от синаптобревина и синтаксина и 2 от SNAP-25 ) объединяются, чтобы сформировать мотив спиральной спирали . Лимитирующей стадией в процессе сборки является объединение домена синтаксин SNARE, так как он обычно находится в «закрытом» состоянии , в котором он не способен взаимодействовать с другими белками SNARE. [10] Когда синтаксин находится в открытом состоянии, образование комплекса trans -SNARE начинается с ассоциации четырех доменов SNARE на ихN-конец . Домены SNARE продолжают формировать мотив спиральной спирали в направлении С-концов их соответствующих доменов.

Считается , что белок SM Munc18 играет роль в сборке комплекса SNARE, хотя точный механизм его действия все еще обсуждается. Известно, что кламмер Munc18 блокирует синтаксин в закрытой конформации путем связывания с его α-спиральными доменами SNARE, что препятствует проникновению синтаксина в комплексы SNARE (тем самым ингибируя слияние ). [10] Застежка также способна связывать весь четырехспиральный пучок комплекса trans -SNARE. Одна из гипотез предполагает, что во время сборки комплекса SNARE кламмер Munc18 высвобождает закрытый синтаксин, который остается связанным с N-концевым пептидом.синтаксина (позволяя ассоциацию домена синтаксина SNARE с другими белками SNARE), а затем повторно присоединяется к вновь сформированному четырехспиральному комплексу SNARE. [11] Этот возможный механизм диссоциации и последующей повторной ассоциации с доменами SNARE может быть кальций-зависимым. [12] Это подтверждает идею, что Munc18 играет ключевую регуляторную роль в слиянии пузырьков ; в нормальных условиях Munc18 препятствует формированию комплекса SNARE, но при срабатывании Munc18 фактически помогает в сборке комплекса SNARE и тем самым действует как катализатор слияния . [11]

Застежка-молния и открытие пор [ править ]

На этом рисунке представлен простой обзор взаимодействия белков SNARE с везикулами во время экзоцитоза. Показывает сложную сборку, застегивание и разборку SNARE.

Слияние мембран - это энергетически требовательная серия событий, которая требует транслокации белков в мембране и разрушения липидного бислоя с последующим преобразованием сильно изогнутой мембранной структуры. Процесс объединения двух мембран требует подводимой энергии для преодоления отталкивающих электростатических сил между мембранами. Механизм, который регулирует перемещение ассоциированных с мембраной белков от зоны контакта с мембраной до слияния, неизвестен, но считается, что локальное увеличение кривизны мембраны вносит свой вклад в этот процесс. SNARE генерируют энергию посредством белок-липидных и белок-белковых взаимодействий, которые действуют как движущая сила для слияния мембран.

Одна модель предполагает , что усилие , необходимое , чтобы принести две мембраны вместе во время слияния происходит от конформационных изменений в транс -SNARE комплексов с образованием цис -SNARE комплексов. Текущая гипотеза, описывающая этот процесс, называется «застегивание молнии» SNARE. [13]

Когда образуется комплекс trans -SNARE, белки SNARE все еще находятся на противоположных мембранах. Поскольку домены SNARE продолжают сворачиваться в спонтанном процессе , они образуют гораздо более плотный и стабильный четырехспиральный пучок. Считается, что во время этого «застегивания молнии» комплекса SNARE часть высвобожденной энергии от связывания сохраняется в виде напряжения молекулярного изгиба в отдельных мотивах SNARE. Постулируется, что это механическое напряжение сохраняется в полужестких линкерных областях между трансмембранными доменами и спиральным пучком SNARE. [14] [15] Энергетически невыгодный изгиб сводится к минимуму, когда комплекс перемещается по периферии к месту слияния мембран. В результате снятие напряжения преодолевает силы отталкивания междувезикула и клеточная мембрана и прижимает две мембраны вместе. [16]

Было предложено несколько моделей, объясняющих последующий этап - образование ножки и поры слияния. Однако точная природа этих процессов остается спорной. В соответствии с «застежкой - молнией» гипотезой, как сложные формы SNARE, ужесточение спирали расслоения ставит кручение усилия на трансмембранном (ТМЕ) домены из синаптобревина и синтаксина . [17] Это заставляет TM-домены наклоняться внутри отдельных мембран, поскольку белки скручиваются более плотно. Нестабильная конфигурация доменов TM в конечном итоге приводит к слиянию двух мембран, и белки SNARE объединяются в одной мембране, что называется комплексом « цис » -SNARE. [18]В результате перегруппировки липидов поры слияния открываются и позволяют химическому содержимому везикулы просачиваться во внешнюю среду.

Континуальное объяснение образования ножки предполагает, что слияние мембран начинается с бесконечно малого радиуса, пока она не расширяется в радиальном направлении в структуру, подобную ножке. Однако такое описание не учитывает молекулярную динамику мембранных липидов. Недавнее молекулярное моделирование показывает, что непосредственная близость мембран позволяет липидам расширяться, когда популяция липидов вставляет свои гидрофобные хвосты в соседнюю мембрану, эффективно удерживая «ногу» в каждой мембране. Разрешение растянутого липидного состояния происходит самопроизвольно, чтобы сформировать структуру стебля. С этой молекулярной точки зрения промежуточное состояние расширенного липида является барьером, определяющим скорость, а не образованием стебля, который теперь становится минимумом свободной энергии.Энергетический барьер для установления конформации расширенного липида прямо пропорционален межмембранному расстоянию. Комплексы SNARE и их сжатие двух мембран вместе, таким образом, могут обеспечить свободную энергию, необходимую для преодоления барьера.[19]

Разборка [ править ]

Энергия, необходимая для слияния, опосредованного SNARE, происходит от разборки комплекса SNARE. Подозреваемым источником энергии является фактор, чувствительный к N-этилмалеимиду (NSF) , АТФаза , участвующая в слиянии мембран . Гомогексамеры NSF, наряду с кофактором NSF α-SNAP , связывают и диссоциируют комплекс SNARE, связывая процесс с гидролизом АТФ . [20] Этот процесс позволяет повторно захватить синаптобревин для дальнейшего использования в везикулах , в то время как другие белки SNARE остаются связанными с клеточной мембраной .

Диссоциированные белки SNARE имеют более высокое энергетическое состояние, чем более стабильный комплекс cis -SNARE. Считается, что энергия, приводящая в движение синтез , происходит от перехода к более низкоэнергетическому комплексу цис- SNARE. Диссоциация комплексов SNARE, связанная с гидролизом АТФ, представляет собой вложение энергии, которое можно сравнить с «взведением пистолета», так что, как только слияние везикул запускается, процесс происходит спонтанно и с оптимальной скоростью. Сравнимый процесс происходит в мышцах, в которых миозиновые головки должны сначала гидролизовать АТФ , чтобы приспособить необходимую конформацию для взаимодействия с актином и последующего силового удара.

Регуляторные эффекты на экзоцитоз [ править ]

Регулирование посредством пальмитоилирования SNAP-25 [ править ]

Белок Q-SNARE Синаптосомно-связанный белок 25 ( SNAP-25 ) состоит из двух α-спиральных доменов, соединенных линкером случайной спирали . Линкерная область случайной спирали наиболее примечательна своими четырьмя остатками цистеина. [21] α-спиральные домены объединяются с доменами как синтаксина, так и синаптобревина (также известного как мембранный белок, ассоциированный с пузырьками или VAMP), чтобы сформировать комплекс SNARE с 4-α-спиралью, который является спиральным, критическим для эффективного экзоцитоза .

В то время как синтаксина и синаптобревин оба содержат трансмембранных доменов , которые позволяют для стыковки с целевыми и везикул мембран соответственно, SNAP-25 опирается на пальмитоилирование из цистеиновых остатков найдены в случайной области катушки для стыковки с целевой мембраной. Некоторые исследования показали, что ассоциация с синтаксином через взаимодействия SNARE исключает необходимость в таких механизмах стыковки. Однако исследования « нокдауна» синтаксина не показали уменьшения связанного с мембраной SNAP-25, что свидетельствует о существовании альтернативных способов стыковки. [22] ковалентная связьиз жирных кислот цепей к SNAP-25 с помощью тиоэфирной связи с одним или несколькими цистеиновых остатками , следовательно, обеспечивает регулирование стыковки и в конечном счете Snare опосредованного экзоцитоз . Этот процесс опосредуется специализированным ферментом, называемым пальмитоилтрансферазой DHHC . [23] цистеин богатого домен SNAP-25 также был показан, слабо ассоциированным с плазматической мембраной , возможно , что позволяет ему быть локализован вблизи фермента для последующего пальмитоилирования . Обратный этому процесс осуществляется другим ферментом, называемымпальмитоил протеинтиоэстераза (см. рисунок).

Упрощенное изображение пальмитоилирования остатка цистеина в белке.

Доступность SNAP-25 в комплексе SNARE также теоретически может регулироваться в пространстве посредством локализации липидных микродоменов в мембране-мишени. Пальмитоилированные остатки цистеина могут быть локализованы в желаемой области мембраны-мишени через благоприятную липидную среду (возможно, богатую холестерином ), комплементарную цепям жирных кислот, связанным с остатками цистеина SNAP-25. [24]

Регулирование SNAP-25 потенциалзависимых каналов Ca2 + в терминалах аксонов нейронов [ править ]

Когда потенциал действия достигает конца аксона , события деполяризации стимулируют открытие потенциал-управляемых кальциевых каналов (VGCC), обеспечивая быстрый приток кальция вниз по его электрохимическому градиенту . Кальций стимулирует экзоцитоз за счет связывания с синаптотагмином 1 . Однако было показано, что SNAP-25 отрицательно регулирует функцию VGCC в глутаматергических нейрональных клетках. SNAP-25 приводит к снижению плотности тока через VGCC и, следовательно, к снижению количества кальция.который связывает синаптотагмин , вызывая уменьшение глутаматергического экзоцитоза нейронов . И наоборот, underexpression из SNAP-25 позволяет увеличить в VGCC плотности тока и увеличению экзоцитоза. [25]

Дальнейшие исследования показали возможную связь между избыточной / недостаточной экспрессией SNAP-25 и различными заболеваниями головного мозга . В дефицита внимания / гиперактивности или СДВГ , полиморфизмы на SNAP-25 локуса гена в организме человека были связаны с заболеванием , предлагающей потенциальную роль в его проявлении. [26] Об этом также свидетельствуют исследования гетерогенного нокаута SNAP-25, проведенные на мутантных мышах колобомы , которые привели к фенотипическим характеристикам СДВГ. [27] Исследования также показали корреляцию избыточной / недостаточной экспрессии SNAP-25 и возникновения шизофрении.. [28] [29]

Синтаксин и домен Habc [ править ]

Синтаксин состоит из трансмембранного домена (TMD), альфа-спирального домена SNARE, короткой линкерной области и домена Habc, который состоит из трех альфа-спиральных областей. Домен SNARE в синтаксине служит целевым сайтом для стыковки SNAP-25 и синаптобревина , чтобы сформировать пучок из четырех спиралей, необходимый для комплекса SNARE и последующего слияния . Однако домен Habc в синтаксине служит доменом автоингибирования. Было показано, что он сворачивается и связывается с доменом SNARE синтаксина, вызывая «закрытое» состояние, создавая физический барьер для формирования мотива SNARE.. Напротив, домен Habc может снова диссоциировать с доменом SNARE, оставляя синтаксин свободным для связывания как с SNAP-25, так и с синаптобревином . [30]

Синтаксин 1B и легко высвобождаемый пул везикул [ править ]

Существует огромное разнообразие подтипов синтаксина , в геноме человека 15 разновидностей. [31] Было высказано предположение, что syntaxin1B играет роль в регуляции количества синаптических пузырьков, готовых к экзоцитозу в конце аксона. Это также называется легко высвобождаемым пулом (RRP) везикул . Выбивают исследование в 2014 году показал , что отсутствие syntaxin1B привело к значительному уменьшению размера РРП. [32]

Токсины [ править ]

Многие нейротоксины напрямую влияют на комплексы SNARE. Такие токсины, как ботулинический и столбнячный токсины, воздействуют на компоненты SNARE. Эти токсины препятствуют правильной рециркуляции пузырьков и приводят к плохому мышечному контролю, спазмам, параличу и даже смерти.

Ботулинический нейротоксин [ править ]

Ботулинический токсин (BoNT) - один из самых сильнодействующих токсинов, которые когда-либо были обнаружены. [33] Это протеолитический фермент, который расщепляет белки SNARE в нейронах . Его белковая структура состоит из двух пептидных субъединиц, тяжелой цепи (100 кДа) и легкой цепи (50 кДа), которые удерживаются вместе дисульфидной связью . Действие BoNT следует 4-ступенчатому механизму, включая связывание с нейрональной мембраной, эндоцитоз , транслокацию мембраны и протеолиз белков SNARE. [34]

Целевые белки SNARE ботулинического нейротоксина (BoNT) и столбнячного нейротоксина (TeNT) внутри терминального конца аксона . [35]

По своему механизму действия тяжелая цепь BoNT сначала используется для поиска своих нейрональных мишеней и связывания с ганглиозидами и мембранными белками пресинаптических нейронов. Затем токсин эндоцитозируется в клеточную мембрану. Тяжелая цепь претерпевает конформационные изменения, важные для перемещения легкой цепи в цитозоль нейрона. Наконец, после того, как легкая цепь BoNT попадает в цитозоль целевого нейрона, она высвобождается из тяжелой цепи, так что она может достичь своих активных сайтов расщепления на белках SNARE. [34] Легкая цепь освобождается от тяжелой цепи за счет восстановления дисульфидной связи, удерживающей их вместе. Восстановление этой дисульфидной связи опосредуется НАДФН- тиоредоксинредуктазой -тиоредоксиновая система. [36] Легкая цепь BoNT действует как металлопротеаза на белках SNARE, которые зависят от ионов Zn (II), [37] расщепляя их и устраняя их функцию в экзоцитозе .

Существует 8 известных изотипов BoNT, BoNT / A - BoNT / H, каждый из которых имеет разные специфические сайты расщепления на белках SNARE. SNAP25 , член семейства белков SNARE, расположенный в мембране клеток, расщепляется изотипами BoNT A, C и E. Расщепление SNAP-25 этими изотипами BoNT значительно подавляет их функцию по формированию комплекса SNARE для слияния. пузырьков к синаптической мембране. BoNT / C также нацелен на синтаксин- 1, другой белок SNARE, расположенный в синаптической мембране. Он дегенерирует эти белки синтаксина с аналогичным результатом, как и в случае с SNAP-25. Третий белок SNARE, Synaptobrevin (VAMP), расположен на клеточных везикулах . VAMP2 нацелен и расщепляется изотипами B, D и F BoNT в синаптических нейронах.[33] Цели этих различных изотипов BoNT, а также нейротоксина столбняка (TeNT) показаны на рисунке справа.

В каждом из этих случаев нейротоксин ботулина вызывает функциональное повреждение белков SNARE, что имеет серьезные физиологические и медицинские последствия. Повреждая белки SNARE, токсин предотвращает слияние синаптических везикул с синаптической мембраной и высвобождение их нейромедиаторов в синаптическую щель . При ингибировании высвобождения нейротрансмиттера в синаптическую щель нельзя распространять потенциалы действия для стимуляции мышечных клеток. Это приводит к параличу инфицированных, а в серьезных случаях может привести к смерти. Хотя действие нейротоксина ботулина может быть фатальным, его также использовали в качестве терапевтического средства в медицинских и косметических процедурах. [38] [39]

Столбнячный нейротоксин [ править ]

Нарушение функций и механизмов тяжелой (HC) и легкой (LC) цепей столбнячного нейротоксина: HC способствует связыванию TeNT как с ганглиозидным рецептором, так и с конечным рецептором. Как только TeNT находится в везикуле в тормозном пространстве между нейронами, HC помогает транслокации LC в цитоплазму. Затем LC, характеризующийся активностью цинковой эндопептидазы, подавляет нейротрансмиссию путем расщепления синаптобревина 1.

Столбнячный токсин , или TeNT, состоит из тяжелой цепи (100 кДа) и легкой цепи (50 кДа), соединенных дисульфидной связью. Тяжелая цепь отвечает за нейроспецифическое связывание TeNT с мембраной нервного окончания, эндоцитоз токсина и транслокацию легкой цепи в цитозоль. Легкая цепь обладает активностью цинк-зависимой эндопептидазы или, более конкретно, матриксной металлопротеиназы (MMP), посредством которой осуществляется расщепление синаптобревина или VAMP. [40]

Для активации легкой цепи TeNT один атом цинка должен быть связан с каждой молекулой токсина. [41] Когда цинк связан, восстановление дисульфидной связи будет осуществляться в основном через окислительно - восстановительную систему НАДФН-тиоредоксинредуктаза-тиоредоксин . [42] Тогда легкая цепь может расщепить связь Gln76-Phe77 синаптобревина. [40] Расщепление синаптобревина влияет на стабильность ядра SNARE, ограничивая его от входа в низкоэнергетическую конформацию, которая является мишенью для связывания NSF . [43] Это расщепление синаптобревина является конечной целью TeNT, и даже в низких дозах нейротоксин будет ингибировать нейротрансмиттер.экзоцитоз .

Роль в выпуске нейротрансмиттера [ править ]

Медиаторы сохраняются в легко разъемных пулах из везикул ограниченных пределов пресинаптических окончаний . Во время нейросекреции / экзоцитоза SNARE играют решающую роль в стыковке, праймировании, слиянии и синхронизации высвобождения нейромедиатора в синаптическую щель .

Первым шагом в слиянии синаптических везикул является связывание, когда везикулы перемещаются из резервного пула в физический контакт с мембраной. На мембране Munc-18 изначально связан с синтаксином 1A в закрытой структуре. Предполагается, что диссоциация Munc-18 из комплекса освобождает синтаксин 1A для связывания с белками v-SNARE. [44] Следующим шагом в высвобождении является стыковка везикул, где белки v- и t-SNARE временно связываются кальций-независимым образом. Затем везикулы праймируются, при этом мотивы SNARE образуют стабильное взаимодействие между везикулами и мембраной. Комплексины стабилизируют примированный комплекс SNARE, делая везикулы готовыми к быстрому экзоцитозу.

Промежуток пресинаптической мембраны, содержащий примированные везикулы и плотную коллекцию белков SNARE, называется активной зоной . Управляемые напряжением кальциевые каналы сконцентрированы вокруг активных зон и открываются в ответ на деполяризацию мембраны в синапсе. Приток кальция ощущается синаптотагмином 1., который, в свою очередь, вытесняет комплексиновый белок и позволяет везикулам сливаться с пресинаптической мембраной с высвобождением нейромедиатора. Также было показано, что потенциалзависимые кальциевые каналы напрямую взаимодействуют с синтаксином t-SNAREs 1A и SNAP-25, а также с синаптотагмином 1. Эти взаимодействия способны подавлять активность кальциевых каналов, а также плотно агрегировать молекулы вокруг сайт релиза. [45]

Было много клинических случаев, которые связывают гены SNARE с нервными расстройствами. Дефицит мРНК SNAP-25 наблюдается в ткани гиппокампа некоторых больных шизофренией , однонуклеотидный полиморфизм SNAP-25 связан с гиперактивностью при расстройствах аутистического спектра , а сверхэкспрессия SNAP-25B приводит к раннему началу биполярного расстройства . [45]

Роль в аутофагии [ править ]

Макроаутофагия - это катаболический процесс, включающий образование связанных с двойной мембраной органелл, называемых аутофагосомами , которые способствуют деградации клеточных компонентов посредством слияния с лизосомами . Во время аутофагии части цитоплазмыпоглощаются чашеобразной двойной мембранной структурой, называемой фагофором, и в конечном итоге становятся содержимым полностью собранной аутофагосомы. Биогенез аутофагосом требует инициирования и роста фагофоров, процесса, который когда-то считался происходящим путем добавления липидов de novo. Однако недавние данные свидетельствуют о том, что липиды, которые способствуют росту фагофоров, происходят из многочисленных источников мембран, включая эндоплазматический ретикулум , Гольджи , плазматическую мембрану и митохондрии . [46] SNAREs играют важную роль в обеспечении слияния пузырьков во время инициации и экспансии фагофоров, а также слияния аутофагосом и лизосом на более поздних стадиях аутофагии.

Хотя механизм инициации фагофора у млекопитающих неизвестен, SNARE участвуют в образовании фагофора посредством гомотипического слияния небольших, покрытых клатрином , одномембранных везикул, содержащих Atg16L, v-SNARE VAMP7 и его партнеры t-SNARE: синтаксин- 7 , Синтаксин-8 и VTI1B . [47] У дрожжей t-SNAREs Sec9p и Sso2p необходимы для экзоцитоза и способствуют тубуловезикулярному отростку Atg9 позитивных везикул, которые также необходимы для биогенеза аутофагосом. [48] [49] Нокаут любого из этих SNAREs ведет к накоплению небольших Atg9, содержащих пузырьки, которые не сливаются, тем самым предотвращая образование преаутофагосомальной структуры. [49]

Помимо сборки фагофоров, SNAREs также важны в обеспечении слияния аутофагосом и лизосом. У млекопитающих SNAREs VAMP7 , VAMP8 и VTI1B необходимы для слияния аутофагосомы и лизосомы, и этот процесс нарушается при лизосомных нарушениях накопления, когда холестерин накапливается в лизосоме и изолирует SNARE в богатых холестерином областях мембраны, предотвращая их рециклинг. [50] Недавно синтаксин 17 ( STX17 ) был идентифицирован как связанный с аутофагосомой SNARE, который взаимодействует с VAMP8 и SNAP29 и необходим для слияния с лизосомами. [51] STX17 локализуется на внешней мембране аутофагосом, но не на фагофорах или других предшественниках аутофагосом, что предотвращает их преждевременное слияние с лизосомами. [51] У дрожжей слияние аутофагосом с вакуолями (дрожжевой эквивалент лизосом) требует SNARE и родственных белков, таких как гомолог синтаксина Vam3, гомолог SNAP-25 Vam7, Ras-подобная GTPase Ypt7 и ортолог NSF, Sec18. [46]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Георгиев, Данко Д; Джеймс Ф. Глейзбрук (2007). «Субнейронная обработка информации уединенными волнами и случайными процессами» . В Лышевском, Сергей Эдуард (ред.). Справочник по нано- и молекулярной электронике . Серия нано- и микротехники. CRC Press. С. 17–1–17–41. DOI : 10.1201 / 9781420008142.ch17 (неактивный 2021-01-18). ISBN 978-0-8493-8528-5.CS1 maint: DOI неактивен с января 2021 г. ( ссылка )
  2. ^ Бурри, Лена; Литгоу, Тревор (01.01.2004). «Полный набор SNAREs на дрожжах». Трафик . 5 (1): 45–52. DOI : 10.1046 / j.1600-0854.2003.00151.x . ISSN 1398-9219 . PMID 14675424 . S2CID 45480417 .   
  3. ^ Джеральд К (2002). Клеточная и молекулярная биология (4-е изд.). Джон Вили и сыновья.
  4. ^ Malsam J, Söllner TH (1 октября 2011). «Организация SNARE в стеке Гольджи» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 3 (10): а005249. DOI : 10.1101 / cshperspect.a005249 . PMC 3179334 . PMID 21768609 .  
  5. ↑ Hong W, Lev S (январь 2014 г.). «Привязка сборки комплексов SNARE». Тенденции в клеточной биологии . 24 (1): 35–43. DOI : 10.1016 / j.tcb.2013.09.006 . PMID 24119662 . 
  6. ↑ Martens S, McMahon HT (21 мая 2008 г.). «Механизмы слияния мембран: разные игроки и общие принципы». Обзоры природы Молекулярная клеточная биология . 9 (7): 543–556. DOI : 10.1038 / nrm2417 . PMID 18496517 . S2CID 706741 .  
  7. ^ Ху C, M Ahmed, Melia TJ, Söllner TH, Mayer T, Ротман JE (13 июня 2003). «Слияние клеток с помощью перевернутых SNAREs» . Наука . 300 (5626): 1745–1749. Bibcode : 2003Sci ... 300.1745H . DOI : 10.1126 / science.1084909 . PMID 12805548 . S2CID 18243885 .  
  8. ^ Sutton RB, Fasshauer D, Jahn R, Brunger AT (1998). «Кристаллическая структура комплекса SNARE, участвующего в синаптическом экзоцитозе с разрешением 2,4 Å» . Природа . 395 (6700): 347–353. Bibcode : 1998Natur.395..347S . DOI : 10.1038 / 26412 . PMID 9759724 . S2CID 1815214 .  
  9. ^ Fasshauer D, Sutton RB, Brunger AT, Jahn R (1998). «Сохраненные структурные особенности комплекса синаптического слияния: белки SNARE переклассифицированы как Q- и R-SNARE» . Труды Национальной академии наук . 95 (26): 15781–15786. Bibcode : 1998PNAS ... 9515781F . DOI : 10.1073 / pnas.95.26.15781 . PMC 28121 . PMID 9861047 .  
  10. ^ a b Burkhardt P, Hattendorf DA, Weis WI, Fasshauer D (2008). «Munc18a контролирует сборку SNARE посредством взаимодействия с N-пептидом синтаксина» . EMBO J . 27 (7): 923–33. DOI : 10.1038 / emboj.2008.37 . PMC 2323264 . PMID 18337752 .  
  11. ^ a b Südhof TC, Ротман JE (январь 2009 г.). «Слияние мембран: борьба с белками SNARE и SM» . Наука . 323 (5913): 474–7. Bibcode : 2009Sci ... 323..474S . DOI : 10.1126 / science.1161748 . PMC 3736821 . PMID 19164740 .  
  12. ^ Jahn R, Fasshauer D (2012). «Молекулярные машины, управляющие экзоцитозом синаптических везикул» . Природа . 490 (7419): 201–7. Bibcode : 2012Natur.490..201J . DOI : 10.1038 / nature11320 . PMC 4461657 . PMID 23060190 .  
  13. ^ Chen YA, Шеллер RH (2001). «SNARE-опосредованное слияние мембран». Nat. Rev. Mol. Cell Biol . 2 (2): 98–106. DOI : 10.1038 / 35052017 . PMID 11252968 . S2CID 205012830 .  
  14. ^ Ван У, Dulubova я, Ризо Дж, Südhof ТК (2001). «Функциональный анализ консервативных структурных элементов в синтаксине дрожжей Vam3p» . J. Biol. Chem . 276 (30): 28598–605. DOI : 10.1074 / jbc.M101644200 . PMID 11349128 . 
  15. ^ Кисслинг V Тамм LK (январь 2003). «Измерение расстояний в поддерживаемых бислоев с помощью флуоресцентной интерференционно-контрастной микроскопии: полимерные основы и белки SNARE» . Биофизический журнал . 84 (1): 408–18. Bibcode : 2003BpJ .... 84..408K . DOI : 10.1016 / s0006-3495 (03) 74861-9 . PMC 1302622 . PMID 12524294 .  
  16. ^ Risselada HJ, Kutzner C, Grubmüller H (2 мая 2011). «Пойманный в действии: визуализация событий слияния, опосредованных SNARE, в молекулярных деталях». ChemBioChem: Европейский журнал химической биологии . 12 (7): 1049–55. DOI : 10.1002 / cbic.201100020 . hdl : 11858 / 00-001M-0000-0027-C8EA-9 . PMID 21433241 . S2CID 14140718 .  
  17. Перейти ↑ Fang Q, Lindau M (2014). «Каким образом белки SNARE могут открыть поры слияния?» . Физиология . 29 (4): 278–85. DOI : 10.1152 / physiol.00026.2013 . PMC 4103061 . PMID 24985331 .  
  18. ^ Цукер, Роберт С .; Kullmann, Dimitri M .; Кезер, Паскаль С. (август 2014 г.). «Глава 15: Выпуск нейротрансмиттеров». В Бирне, Джон Х .; Хайдельбергер, Рут; Waxham, M. Neal (ред.). От молекул к сетям: введение в клеточную и молекулярную нейробиологию . Академическая пресса. С. 443–488. ISBN 9780123982674. Внешняя ссылка в |title=( помощь )
  19. ^ Risselada HJ, Grubmüller H (апрель 2012). «Как молекулы SNARE опосредуют слияние мембран: недавние выводы из молекулярного моделирования». Текущее мнение в структурной биологии . 22 (2): 187–96. DOI : 10.1016 / j.sbi.2012.01.007 . hdl : 11858 / 00-001M-0000-000F-9AF7-9 . PMID 22365575 . 
  20. ^ Söllner Т, Беннет М.К., Whiteheart СВ, Шеллер Р.Х., Ротмэн JE (1993). «Путь сборки-разборки белка in vitro, который может соответствовать последовательным этапам стыковки, активации и слияния синаптических пузырьков». Cell . 75 (3): 409–18. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (93) 90376-2 . PMID 8221884 . S2CID 26906457 .  
  21. ^ Бок, LV; Вудбери, ди-джей (9 августа 2010 г.). «Хемомеханическое регулирование белков SNARE изучено с помощью моделирования молекулярной динамики» . Биофизический журнал . 99 (4): 1221–1230. Bibcode : 2010BpJ .... 99.1221B . DOI : 10.1016 / j.bpj.2010.06.019 . PMC 2920728 . PMID 20713006 .  
  22. ↑ Гривз, Дженнифер (5 апреля 2009 г.). «Регулирование торговли и функции SNAP-25 путем пальмитоилирования» . Труды биохимического общества . 38 (часть 1): 163–166. DOI : 10.1042 / BST0380163 . PMID 20074052 . S2CID 17636112 .  
  23. ↑ Гривз, Дженнифер (11 мая 2010 г.). «Пальмитоилирование семейства белков SNAP-25: специфичность и регулирование с помощью пальмитоилтрансфераз DHHC» . Журнал биологической химии . 285 (32): 24629–24638. DOI : 10.1074 / jbc.M110.119289 . PMC 2915699 . PMID 20519516 .  
  24. ↑ Гривз, Дженнифер (5 апреля 2009 г.). «Регулирование торговли и функции SNAP-25 путем пальмитоилирования» . Труды биохимического общества . 38 (часть 1): 163–166. DOI : 10,1042 / bst0380163 . PMID 20074052 . S2CID 17636112 .  
  25. ^ Condliffe, Стивен B (3 июня 2010). «Эндогенный SNAP-25 регулирует нативные потенциалзависимые кальциевые каналы в глутаматергических нейронах» . Журнал биологической химии . 285 (32): 24968–24976. DOI : 10.1074 / jbc.M110.145813 . PMC 2915732 . PMID 20522554 .  
  26. ↑ Corradini, Irene (21 января 2009 г.). «SNAP-25 при психоневрологических расстройствах» . Летопись Нью-Йоркской академии наук . 1152 (1): 93–99. Bibcode : 2009NYASA1152 ... 93C . DOI : 10.1111 / j.1749-6632.2008.03995.x . PMC 2706123 . PMID 19161380 .  
  27. Перейти ↑ Hess, EJ (1992). «Спонтанная локомоторная гиперактивность у мутанта мыши с делецией, включающей ген Snap на хромосоме 2» . Журнал неврологии . 12 (7): 2865–2874. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.12-07-02865.1992 . PMC 6575838 . PMID 1613559 .  
  28. Перейти ↑ Thompson, PM (1998). «Измененные уровни синаптосомального ассоциированного белка SNAP-25 при шизофрении». Биологическая психиатрия . 43 (4): 239–243. DOI : 10.1016 / s0006-3223 (97) 00204-7 . PMID 9513732 . S2CID 20347660 .  
  29. Перейти ↑ Gabriel, SM (1997). «Повышенные концентрации пресинаптических белков в поясной коре головного мозга пациентов с шизофренией». Архив общей психиатрии . 54 (6): 559–566. DOI : 10,1001 / archpsyc.1997.01830180077010 . PMID 9193197 . 
  30. ^ Макдональд, Крис (3 апреля 2009 г.). «Автоингибирование сборки комплекса SNARE конформационным переключателем представляет собой консервативную особенность синтаксинов» . Труды биохимического общества . 38 (Pt 1): 209–212. DOI : 10.1042 / BST0380209 . PMC 5242387 . PMID 20074061 .  
  31. ↑ Teng, Felicia Yu Hsuan (24 октября 2001 г.). «Синтаксин» . Геномная биология . 2 (11): обзоры 3012.1–7. DOI : 10.1186 / GB-2001-2-11-reviews3012 . PMC 138984 . PMID 11737951 .  
  32. ↑ Мисима, Тацуя (28 февраля 2014 г.). «Синтаксин 1B, но не синтаксин 1A, необходим для регуляции экзоцитоза синаптических пузырьков и легко высвобождаемого пула в центральных синапсах» . PLOS ONE . 9 (2): e90004. Bibcode : 2014PLoSO ... 990004M . DOI : 10.1371 / journal.pone.0090004 . PMC 3938564 . PMID 24587181 .  
  33. ^ а б Пэн Л., Лю Х., Руань Х., Тепп У.Х., Стоотхофф У.Х., Браун Р.Х., Джонсон Э.А., Яо В.Д., Чжан С.К., Донг М. (12 февраля 2013 г.). «Цитотоксичность нейротоксинов ботулина показывает прямую роль синтаксина 1 и SNAP-25 в выживании нейронов» . Nature Communications . 4 : 1472. Bibcode : 2013NatCo ... 4.1472P . DOI : 10.1038 / ncomms2462 . PMC 4052923 . PMID 23403573 .  
  34. ^ Б Rossetto O, Pirazzini M, P, болонский Ригони M, Montecucco C (декабрь 2011). «Обновленная информация о механизме действия нейротоксинов столбняка и ботулина» (PDF) . Acta Chim Slov . 58 (4): 702–7. PMID 24061118 .  
  35. ^ Барр JR, Моура H, Бойер AE, Вулфитт AR, Kalb SR, Pavlopoulos A, McWilliams LG, Schmidt JG, Martinez RA, Ashley DL (2005). «Обнаружение и дифференциация ботулинического нейротоксина с помощью масс-спектрометрии» . Возникающая инфекция. Дис . 11 (10): 1578–83. DOI : 10.3201 / eid1110.041279 . PMC 3366733 . PMID 16318699 .  
  36. ^ Pirazzini М, Бордин Ж, Розетто О, Шоне CC, Бинца Т, Montecucco С (январь 2013 г. ). «Система тиоредоксинредуктаза-тиоредоксин участвует в проникновении нейротоксинов столбняка и ботулина в цитозоль нервных окончаний» . Письма FEBS . 587 (2): 150–155. DOI : 10.1016 / j.febslet.2012.11.007 . PMID 23178719 . S2CID 207713815 .  
  37. ^ Silvaggi NR, Wilson D, Tzipori S, Аллен KN (май 2008). «Каталитические свойства легкой цепи нейротоксина ботулина A, выявленные с помощью структуры с высоким разрешением ингибирующего пептидного комплекса». Биохимия . 47 (21): 5736–5745. DOI : 10.1021 / bi8001067 . PMID 18457419 . 
  38. ^ Wheeler АХ (1998). «Ботулинический токсин А, дополнительная терапия при рефрактерных головных болях, связанных с напряжением перикраниальных мышц». Головная боль . 38 (6): 468–71. DOI : 10,1046 / j.1526-4610.1998.3806468.x . PMID 9664753 . S2CID 12581048 .  
  39. Перейти ↑ Garcia A, Fulton JE (1996). «Косметическая денервация мимических мышц ботулиническим токсином. Дозозависимое исследование». Dermatol Surg . 22 (1): 39–43. DOI : 10.1111 / j.1524-4725.1996.tb00569.x . PMID 8556256 . S2CID 7703818 .  
  40. ^ a b Скьяво Г., Бенфенати Ф., Пулен Б., Россетто О., Польверино де Лаурето П., Дас Гупта Б. Р., Монтекукко С. (29 октября 1992 г.). «Нейротоксины столбняка и ботулина B блокируют высвобождение нейромедиаторов путем протеолитического расщепления синаптобревина». Природа . 359 (6398): 832–5. Bibcode : 1992Natur.359..832S . DOI : 10.1038 / 359832a0 . PMID 1331807 . S2CID 4241066 .  
  41. ^ Скьяво G, Пулен В, Розетто О, Benfenati Ж, Тауца л, Montecucco С (октябрь 1992 г.). «Столбнячный токсин - это белок цинка, и его ингибирование высвобождения нейромедиаторов и активность протеазы зависит от цинка» . Журнал EMBO . 11 (10): 3577–83. DOI : 10.1002 / j.1460-2075.1992.tb05441.x . PMC 556816 . PMID 1396558 .  
  42. ^ Pirazzini МЫ, Бордин Ж, Розетто О, Шоне CC, Бинец Т, Montecucco С (2013). «Система тиоредоксинредуктаза-тиоредоксин участвует в проникновении нейротоксинов столбняка и ботулина в цитозоль нервных окончаний» . FEBS Lett . 587 (2): 150–5. DOI : 10.1016 / j.febslet.2012.11.007 . PMID 23178719 . S2CID 207713815 .  
  43. ^ Пеллегрини Л.Л., О'Коннор В, Lottspeich Ж, Бец Н (2 октября 1995 года). «Клостридиальные нейротоксины нарушают стабильность низкоэнергетического комплекса SNARE, опосредующего активацию NSF слияния синаптических везикул» . Журнал EMBO . 14 (19): 4705–13. DOI : 10.1002 / j.1460-2075.1995.tb00152.x . PMC 394567 . PMID 7588600 .  
  44. ^ Ши л, Kümmel D, Колман Дж, Melia TJ, Giraudo CG (ноябрь 2011 года). «Двойная роль Munc18-1 основана на различных способах связывания центральной полости с Stx1A и комплексом SNARE» . Молекулярная биология клетки . 22 (21): 4150–60. DOI : 10.1091 / mbc.e11-02-0150 . PMC 3204075 . PMID 21900493 .  
  45. ^ a b Рамакришнан Н.А., Дрешер М.Дж., Дрешер Д.Г. (май 2012 г.). «Комплекс SNARE в нейрональных и сенсорных клетках» . Молекулярная и клеточная нейронауки . 50 (1): 58–69. DOI : 10.1016 / j.mcn.2012.03.009 . PMC 3570063 . PMID 22498053 .  
  46. ^ a b Моро К., Равикумар Б., Ренна М., Пури С., Рубинштейн, округ Колумбия (июль 2011 г.). «Созревание предшественников аутофагосом требует гомотипического слияния» . Cell . 146 (2): 303–317. DOI : 10.1016 / j.cell.2011.06.023 . PMC 3171170 . PMID 21784250 .  
  47. ^ Ravikumar В, Moreau К, Jahreiss л, Пури С, Rubinsztein постоянного тока (18 июля 2010 г.). «Плазматическая мембрана способствует образованию преаутофагосомных структур» . Природа клеточной биологии . 12 (8): 747–757. DOI : 10.1038 / ncb2078 . PMC 2923063 . PMID 20639872 .  
  48. ^ Abeliovich, Hagai (1999). «Цитоплазма в вакуоль для переноса аминопептидазы I требует комплекса t-SNARE / Sec1, состоящего из Tlg2 и Vps45» . EMBO Journal . 18 (21): 6005–6016. DOI : 10.1093 / emboj / 18.21.6005 . PMC 1171666 . PMID 10545112 .  
  49. ^ a b Наир У, Джотвани А., Гэн Дж., Гаммо Н., Ричерсон Д., Йен В.Л., Гриффит Дж., Наг С., Ван К., Мосс Т., Баба М., МакНью Дж. А., Цзян X, Реджиори Ф., Мелия Т. Дж., Клионски Д. Дж. (Июль 2011 г.). «Белки SNARE необходимы для макроаутофагии» . Cell . 146 (2): 290–302. DOI : 10.1016 / j.cell.2011.06.022 . PMC 3143362 . PMID 21784249 .  
  50. ^ Fraldi A, F Аннунциата, Lombardi A, Kaiser HJ, Medina DL, Spampanato C, Феделе AO, Полищука R, Соррентино NC, Simons K, Баллабио A (24 сентября 2010). «Слияние лизосом и функция SNARE нарушаются из-за накопления холестерина при лизосомных нарушениях накопления» . Журнал EMBO . 29 (21): 3607–3620. DOI : 10.1038 / emboj.2010.237 . PMC 2982760 . PMID 20871593 .  
  51. ^ a b Итакура Э, Киши-Итакура С, Мидзусима Н (декабрь 2012 г.). «Синтаксин 17 SNARE с заякоренным хвостом типа шпильки направлен на аутофагосомы для слияния с эндосомами / лизосомами» . Cell . 151 (6): 1256–1269. DOI : 10.1016 / j.cell.2012.11.001 . PMID 23217709 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • SNARE + Proteins в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
  • Комплекс SNARE + в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)