Septins представляет собой группа GTP - связывающие белки , выраженные во всех эукариотических клетках , за исключением растений . [1] [2] [3] Различные септины образуют белковые комплексы друг с другом. Эти комплексы могут в дальнейшем собираться в нити, кольца и сетки. Собранные как таковые, септины функционируют в клетках, локализуя другие белки , либо обеспечивая каркас, к которому белки могут прикрепляться, либо образуя барьер, предотвращающий диффузию молекул из одного отдела клетки в другой, [2] [3] [ 4] [5] или в клеточной коре головного мозгакак барьер для диффузии мембраносвязанных белков. [6]
Деление клетки / GTP-связывающий белок | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | ||||||||
Символ | Cell_Div_GTP_bd | |||||||
Pfam | PF00735 | |||||||
Клан пфам | CL0023 | |||||||
ИнтерПро | IPR000038 | |||||||
|
Септины участвуют в локализации клеточных процессов в месте деления клеток и на клеточной мембране в местах, где к телу клетки прикрепляются специализированные структуры, такие как реснички или жгутики . [4] В дрожжевых клетках они разделяют части клетки и создают каркас, чтобы обеспечить структурную поддержку во время деления клеток на перегородке , от которой они получили свое название. [3] Исследования на клетках человека показывают, что септины создают клетки вокруг патогенных бактерий , которые обездвиживают и предотвращают их вторжение в другие клетки. [7]
Как белки, образующие нити, септины можно рассматривать как часть цитоскелета . [4] Помимо формирования неполярных филаментов, септины связываются с клеточными мембранами , корой головного мозга, актиновыми филаментами и микротрубочками . [4] [6]
Состав
Септины представляют собой белки P-петли -NTPase , масса которых колеблется от 30 до 65 кДа. Септины высоко консервативны у разных видов эукариот. Они состоят из богатого пролином N-конца переменной длины с основным фосфоинозитидным связывающим мотивом, важным для мембранной ассоциации, GTP-связывающего домена , высококонсервативного домена уникального элемента септина и С-концевого удлинения, включающего домен спиральной спирали разной длины. [4]
Септины взаимодействуют либо через свои соответствующие GTP-связывающие домены, либо через свои N- и C-концы. Разные организмы экспрессируют разное количество септинов, из которых образуются симметричные олигомеры. Например, в дрожжах образуется октамерный комплекс Cdc11-Cdc12-Cdc3-Cdc10-Cdc10-Cdc3-Cdc12-Cdc11. [8] У человека возможны гексамерные или октамерные комплексы. Первоначально было указано, что комплекс человека был 7 сентября-6 сентября-2 сентября-2 сентября-6 сентября-7 сентября; [9], но недавно этот порядок был изменен на 2 сентября-6 сентября-7 сентября-7 сентября-6 сентября-2 сентября [10] (или 2 сентября-6 сентября-7 сентября-3 сентября-3 сентября-7 сентября-6 сентября-2 сентября [11] в случае октамерных гетероциклов). -олигомеры). Эти комплексы затем объединяются, образуя неполярные волокна, пучки волокон, клетки или кольцевые структуры в клетках. [4]
Вхождение
Септины обнаружены в грибах , животных и некоторых эукариотических водорослях, но не встречаются в растениях. [1]
Разновидность | Группа ( филогенетическая ) | Гены септина | |
---|---|---|---|
Грибы | Saccharomyces cerevisiae | Cdc3 | Cdc3 |
Cdc10 | Cdc10 | ||
Cdc11 | Cdc11, Shs1, Spr28 | ||
Cdc12 | Cdc12, Spr3 | ||
Schizosaccharomyces pombe | Spn1 | Spn1 | |
Spn2 | Spn2 | ||
Spn3 | Спн3, Спн5, Спн7 | ||
Spn4 | Спн4, Спн6 | ||
грибковые микроорганизмы албиканс | Cdc3 | Cdc3 | |
Cdc10 | Cdc10 | ||
Cdc11 | Cdc11, 7 сентября, Spr28 | ||
Cdc12 | Cdc12, Spr3 | ||
Aspergillus nidulans | AspD | AspD | |
AspB | AspB | ||
Спа | Спа | ||
AspC | AspC | ||
AspE | AspE | ||
Животные | Люди | 2 сентября | 1 сентября, 2 сентября, 4 сентября, 5 сентября |
3 сентября | 3 сентября, 9 сентября, 12 сентября | ||
6 сентября | 6 сентября, 8 сентября, 10 сентября, 11 сентября, 14 сентября | ||
7 сентября | 7 сентября (13 сентября как псевдоген) [4] | ||
Caenorhabditis elegans | UNC-59 | UNC-59 | |
UNC-61 | UNC-61 |
В дрожжах
В Saccharomyces cerevisiae существует семь различных септинов . Пять из них участвуют в митозе, а два (Spr3 и Spr28) специфичны для споруляции . [2] [3] Митотические септины (Cdc3, Cdc10, Cdc11, Cdc12, Shs1) образуют кольцевую структуру на шейке зачатка во время деления клетки . [2] [4] Они участвуют в выборе участка зачатка, позиционировании митотического веретена , поляризованном росте и цитокинезе . Спорулирующие септины (Spr3, Spr28) локализуются вместе с Cdc3 и Cdc11 на краях мембран проспор. [2]
Организация
Септины образуют специализированную область в коре клеток, известную как кора септина. [12] Кора головного мозга септина претерпевает несколько изменений на протяжении клеточного цикла : первая видимая структура септина представляет собой отчетливое кольцо, которое появляется примерно за 15 минут до появления зачатка . После появления почек кольцо расширяется и принимает форму песочных часов вокруг шейки материнского почек. Во время цитокинеза кора головного мозга септина расщепляется на двойное кольцо, которое в конечном итоге исчезает. Как может кора головного мозга септина претерпевать такие драматические изменения, хотя некоторые из ее функций могут требовать, чтобы она была стабильной структурой? Анализ FRAP показал, что оборот септинов на шее претерпевает множественные изменения в течение клеточного цикла . Преобладающая функциональная конформация характеризуется низкой скоростью оборота (замороженное состояние), во время которого септины фосфорилируются . Структурные изменения требуют дестабилизации септиновой коры (жидкого состояния), вызванной дефосфорилированием до появления зачатка , расщепления кольца и разделения клеток . [3]
Состав коры септина меняется не только на протяжении клеточного цикла, но и вдоль оси материнской почки. Эта полярность септиновой сети позволяет концентрировать некоторые белки в основном на материнской стороне шеи, некоторые - в центре, а другие - в месте зачатка .
Функции
Строительные леса
Септины действуют как каркас, рекрутируя множество белков . Эти белковые комплексы участвуют в цитокинезе , хитин осаждения, клеточной полярности, споровое формировании, в морфогенезе контрольной точке, шпиндель выравнивания контрольной точке и выборе бутона сайта.
Цитокинез
Баддинг дрожжи цитокинеза приводится в движение с помощью два septin зависимых, избыточных процессов: набор и сжатия актомиозинового кольца и образования перегородки с помощью везикул слияния с плазматической мембраной . В отличие от мутантов септина , нарушение одного единственного пути приводит только к задержке цитокинеза , а не к полному отказу клеточного деления . Следовательно, предполагается, что септины действуют на самом верхнем уровне цитокинеза .
Полярность клеток
После изотропной - апикальной переключатель в почкующихся дрожжи , корковые компоненты, предположительно из экзоцисты и polarisome , делокализованы от апикального полюса ко всей плазматической мембране бутона, но не мать клетки. Септиновое кольцо на шее служит кортикальным барьером, который предотвращает мембранную диффузию этих факторов между двумя компартментами. Это асимметричное распределение отсутствует у мутантов септина .
Некоторые условные мутанты септина не образуют зачатков в их нормальном осевом положении. Более того, типичная локализация некоторых факторов отбора почек-сайта в двойном кольце на шее у этих мутантов утрачена или нарушена . Это указывает на то, что septins могут служить в качестве анкерных сайт для таких факторов , в осевом направлении подающих надежды клеток.
В мицелиальных грибах
Со времени их открытия в S.cerevisiae , , septin гомологи были обнаружены в других эукариотических видов, в том числе нитчатых грибов . Септины в мицелиальных грибах имеют множество различных форм внутри отдельных клеток , где они контролируют аспекты морфологии нитчатых грибов . [13] [14]
грибковые микроорганизмы албиканс
Геном из C. Albicans кодирует вектор гомологов ко всему S.cerevisiae , septins. Без генов Cdc3 и Cdc12 Candida albicans не может пролиферировать, другие септины влияют на морфологию и отложение хитина , но не являются существенными. Candida albicans может иметь различную морфологию вегетативного роста, что определяет внешний вид структур септина. Новообразованные гифы образуют септиновое кольцо у основания, двойные кольца образуются в местах перегородки гиф, а на концах гиф образуется септиновый колпачок. Удлиненные септиновые нити окружают сферические хламидоспоры . Двойные кольца септинов в месте перегородки также имеют полярность роста, при этом кольцо кончика растущего кончика демонтируется, а базальное кольцо остается нетронутым. [13]
Aspergillus nidulans
У A. nidulans обнаружено пять септинов (AnAspAp, AnAspBp, AnAspCp, AnAspDp, AnAspEp). AnAspBp образует одиночные кольца в местах перегородки, которые в конечном итоге расщепляются на двойные кольца. Кроме того, AnAspBp образует кольцо в местах появления ответвлений, которое расширяется в полосу по мере роста ответвления. Как и у C. albicans , двойные кольца отражают полярность гиф . В случае Aspergillus nidulans полярность передается путем разборки более базального кольца (кольцо дальше от кончика роста гифа), оставляя апикальное кольцо нетронутым, что потенциально может служить ориентиром для роста. [2] [13]
Ашбья госсипии
Аскомицет А. gossypii обладает гомологов всем CEREVISIAE S. septins, причем один из них дублируется ( AgCDC3, AgCDC10, AgCDC11A, AgCDC11B, AgCDC12, AgSEP7 ). In vivo исследования AgSep7p- GFP выявили, что септины собираются в прерывистые гифальные кольца рядом с кончиками роста и местами образования ветвей [2] и в асимметричные структуры у основания точек ветвления. Кольца состоят из длинных нитей, которые разлетаются около кончиков наростов и укорочены и уплотняются дальше от кончиков. Во время образования перегородки септиновое кольцо разделяется на две части, образуя двойное кольцо. Agcdc3Δ, Agcdc10Δ и Agcdc12Δ удаления мутантов отображение аберрантных морфологии и являются дефектными для актина -кольца образования, хитина -кольца образования и спорообразования . Из - за отсутствия перегородок , septin делеции мутанты обладают высокой чувствительностью, и повреждение одного гифы может привести к полному лизису молодого мицелия .
У животных
В отличие от septins в дрожжах , и в отличие от других цитоскелета компонентов животных, septins не образуют непрерывную сеть в клетках, но несколько рассредоточенных них в цитоплазме в клетки коры головного мозга . Они объединены с пучками актина и микротрубочками . Например, связывающий актин белок аниллин необходим для правильного пространственного контроля организации септина. [5] В сперматозоидах из млекопитающих , septins образуют стабильное кольцо называемого кольцом в хвосте. У мышей (и, возможно, у людей) дефектное образование фиброзного кольца приводит к мужскому бесплодию. [4] [5]
Человек
У человека септины участвуют в цитокинезе , формировании ресничек и нейрогенезе благодаря способности рекрутировать другие белки или служить диффузионным барьером. Существует 13 различных генов человека, кодирующих септины. Белки септина, продуцируемые этими генами, сгруппированы в четыре подсемейства, каждое из которых названо в честь члена-основателя: (i) SEPT2 ( SEPT1 , SEPT4 , SEPT5 ), (ii) SEPT3 ( SEPT9 , SEPT12 ), (iii) SEPT6 ( SEPT8 , SEPT10 , SEPT11 , SEPT14 ) и (iv) SEPT7 . Белковые комплексы Septin собраны с образованием либо гетероструктур гексамеров (включающий мономеры , выбранные из трех различных групп и мономера из каждой группы присутствует в двух экземплярах; 3 х 2 = 6) или гетеро- октамеры (мономеры , из четырех различных групп, каждый мономер присутствует в двух экземплярах; 4 х 2 = 8). Эти гетероолигомеры, в свою очередь, образуют структуры более высокого порядка, такие как филаменты и кольца. [4] [5] [1]
Септины образуют клеточные структуры вокруг бактериальных патогенов , иммобилизуя вредные микробы и предотвращая их вторжение в здоровые клетки. Эта система клеточной защиты потенциально может быть использована для лечения дизентерии и других заболеваний . Например, шигелла - это бактерия , вызывающая у людей смертельную диарею . Для того, чтобы распространяться от клетки к клетке, Shigella бактерии развиваются актина - полимер «хвосты», которые продвигают микробы и позволяют им проникнуть в соседние клетки - хозяева. В рамках иммунного ответа человеческие клетки продуцируют сигнальный белок, называемый TNF-α, который запускает толстые пучки септиновых нитей, которые окружают микробы внутри инфицированной клетки-хозяина. [15] Микробы, попавшие в эти септиновые клетки, разрушаются за счет аутофагии . [16] Сбои в septins и мутаций в генах , которые кодируют их могут быть вовлечены в возникновении лейкемии , рака толстой кишки и нейродегенеративных заболеваний , таких как болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера . Возможные методы лечения этих заболеваний, а также бактериальных состояний, таких как дизентерия, вызванная шигеллами , могут укрепить иммунную систему организма с помощью лекарств, которые имитируют поведение TNF-α и позволяют септиновым клеткам размножаться. [7]
Caenorhabditis elegans
У нематодного червя Caenorhabditis elegans есть два гена, кодирующие септины, и комплексы септина содержат два разных септина в тетрамерном комплексе UNC59-UNC61-UNC61-UNC59. Септины у C.elegans концентрируются в борозде дробления и в средней части веретена во время деления клеток . Септины также участвуют в миграции клеток и ведении аксонов у C.elegans . [2]
В митохондриях
Септин, локализованный в митохондриях , называется митохондриальным септином (М-септин). Он был идентифицирован как белок, взаимодействующий с CRMP / CRAM, в развивающемся мозге крысы. [17]
История
Септины были обнаружены в 1970 году Леландом Х. Хартвеллом и его коллегами в ходе скрининга чувствительных к температуре мутантов, влияющих на деление клеток (мутанты cdc) у дрожжей ( Saccharomyces cerevisiae ). Скрининг выявил четыре мутанта, предотвращающие цитокинез при рестриктивной температуре. Соответствующие гены представляют четыре исходных септина: ScCDC3, ScCDC10, ScCDC11 и ScCDC12 . [3] [4] Несмотря на нарушенный цитокинез, клетки продолжали почкование , синтез ДНК и ядерное деление , что привело к образованию больших многоядерных клеток с множеством удлиненных зачатков. В 1976 году анализ электронных микрофотографий выявил около 20 равномерно расположенных полосок из 10-нм филаментов вокруг шейки материнской почки у клеток дикого типа, но не у мутантных по септину клеток. [3] [4] [13] иммунофлюоресценция исследование показало , что septin белки локализуются в septin кольцо на шее. [4] [13] Локализация всех четырех септинов нарушена у условных мутантов Sccdc3 и Sccdc12 , что указывает на взаимозависимость белков септина. Серьезную поддержку этому открытию предоставили биохимические исследования: четыре исходных септина очищены на аффинных колонках вместе с пятым белком септина, кодируемым ScSEP7 или ScSHS1 . Очищенные септины из клеток почкующихся дрожжей, дрозофилы , Xenopus и млекопитающих способны самоассоциироваться in vitro с образованием филаментов. [13] Как септины взаимодействуют in vitro с образованием гетероолигомеров, которые собираются в филаменты, было подробно изучено на S. cerevisiae .
Микрофотографии очищенных филаментов указали на возможность того, что септины расположены параллельно оси материнской почки. Полосы размером 10 нм, видимые на электронных микрофотографиях, могут быть результатом латерального взаимодействия между нитями. Мутантные штаммы, лишенные факторов, важных для организации септина, подтверждают эту точку зрения. Вместо непрерывных колец септины образуют столбики, ориентированные вдоль оси материнской почки у делеционных мутантов ScGIN4, ScNAP1 и ScCLA4 .
Рекомендации
- ^ а б в Нойбауэр, К; Цигер, Б. (2017). "Септин-интерактом млекопитающих" . Границы клеточной биологии и биологии развития . 5 : 3. DOI : 10,3389 / fcell.2017.00003 . PMC 5293755 . PMID 28224124 .
- ^ Б с д е е г ч I Weirich CS, Erzberger JP, Barral Y (2008). «Септиновое семейство GTPases: архитектура и динамика». Nat. Rev. Mol. Cell Biol . 9 (6): 478–89. DOI : 10.1038 / nrm2407 . PMID 18478031 . S2CID 2640351 .
- ^ Б с д е е г Дуглас Л. М., Альварес Ф. Дж., МакКрири С., Конопка Дж. Б. (2005). «Функция септина в модельных дрожжевых системах и патогенных грибах» . Эукариотическая клетка . 4 (9): 1503–12. DOI : 10.1128 / EC.4.9.1503-1512.2005 . PMC 1214204 . PMID 16151244 .
- ^ Б с д е е г ч я J к л м Мостовой С, Коссарт П (2012). «Септины: четвертый компонент цитоскелета». Nat. Rev. Mol. Cell Biol . 13 (3): 183–94. DOI : 10.1038 / nrm3284 . PMID 22314400 . S2CID 2418522 .
- ^ а б в г Киношита М (2006). «Разнообразие септиновых каркасов». Curr. Opin. Cell Biol . 18 (1): 54–60. DOI : 10.1016 / j.ceb.2005.12.005 . PMID 16356703 .
- ^ а б Бриджес, AA; Гладфельтер, А.С. (10 июля 2015 г.). «Форма и функция септина в клеточной коре» . Журнал биологической химии . 290 (28): 17173–80. DOI : 10.1074 / jbc.R114.634444 . PMC 4498057 . PMID 25957401 .
- ^ а б Mascarelli A (декабрь 2011 г.). «Белки септина берут в плен бактерии: клеточная защита от микробных патогенов имеет терапевтический потенциал». Природа . DOI : 10.1038 / nature.2011.9540 . S2CID 85080734 .
- ^ Bertin, A .; МакМюррей, Массачусетс; Grob, P .; Парк, С.-С .; Garcia, G .; Патанвала, I .; Ng, H.-l .; Альбер, Т .; Thorner, J .; Ногалес, Э. (12.06.2008). «Септины Saccharomyces cerevisiae: супрамолекулярная организация гетероолигомеров и механизм сборки филаментов» . Труды Национальной академии наук . 105 (24): 8274–8279. DOI : 10.1073 / pnas.0803330105 . ISSN 0027-8424 . PMC 2426963 . PMID 18550837 .
- ^ Сираджуддин, Минхаджуддин; Фаркасовский, Мариан; Хауэр, Флориан; Кюльманн, Дороти; Macara, Ian G .; Вейанд, Майкл; Старк, Хольгер; Виттинггофер, Альфред (18 июля 2007 г.). «Структурное понимание образования филаментов септинами млекопитающих» . Природа . 449 (7160): 311–315. DOI : 10,1038 / природа06052 . ISSN 0028-0836 . PMID 17637674 .
- ^ Mendonça, Deborah C .; Macedo, Joci N .; Guimarães, Samuel L .; Баррозу да Силва, Фернандо Л .; Кассаго, Александр; Гаррат, Ричард С .; Португалия, Родриго V .; Араужо, Ана PU (сентябрь 2019 г.). «Пересмотренный порядок субъединиц в комплексах септина млекопитающих» . Цитоскелет . 76 (9–10): 457–466. DOI : 10.1002 / cm.21569 . ISSN 1949-3584 . PMID 31608568 .
- ^ Сороор, Форуз; Kim, Moshe S .; Паландер, Олива; Балачандран, Яду; Коллинз, Ричард; Бенлекбир, Самир; Рубинштейн, Джон; Тримбл, Уильям С. (07.03.2019). «Пересмотренный порядок субъединиц комплексов септина млекопитающих объясняет их свойства полимеризации in vitro» . dx.doi.org . DOI : 10.1101 / 569871 . Проверено 19 марта 2021 .
- ^ Gladfelter, AS; Прингл, младший; Лью, ди-джей (декабрь 2001 г.). «Септиновая кора на шейке материнской почки дрожжей». Текущее мнение в микробиологии . 4 (6): 681–9. DOI : 10.1016 / s1369-5274 (01) 00269-7 . PMID 11731320 .
- ^ а б в г д е Гладфельтер А.С. (2006). «Контроль формы клеток мицелиальных грибов с помощью септинов и форминов». Nat. Rev. Microbiol . 4 (3): 223–9. DOI : 10.1038 / nrmicro1345 . PMID 16429163 . S2CID 40080522 .
- ^ Харрис, SD (2006). «Полярность клеток в мицелиальных грибах: формирование плесени». Международный обзор цитологии . 251 : 41–77. DOI : 10.1016 / S0074-7696 (06) 51002-2 . ISBN 9780123646552. PMID 16939777 .
- ^ Mostowy S, Bonazzi M, Hamon MA, Tham TN, Mallet A, Lelek M, Gouin E, Demangel C, Brosch R, Zimmer C, Sartori A, Kinoshita M, Lecuit M, Cossart P (2010). «Захват интрацитозольных бактерий клетками, подобными септиновым структурам». Клеточный микроб-хозяин . 8 (5): 433–44. DOI : 10.1016 / j.chom.2010.10.009 . PMID 21075354 .
- ^ Mostowy S, Sancho-Shimizu V, Hamon MA, Simeone R, Brosch R, Johansen T, Cossart P (2011). «Белки p62 и NDP52 нацелены на внутрицитозольные шигеллы и листерии на различные пути аутофагии» . J. Biol. Chem . 286 (30): 26987–95. DOI : 10.1074 / jbc.M111.223610 . PMC 3143657 . PMID 21646350 .
- ^ Такахаши С., Инатом Р., Ямамура Х., Янаги С. (февраль 2003 г.). «Выделение и экспрессия нового митохондриального септина, который взаимодействует с CRMP / CRAM в развивающихся нейронах» . Гены Клетки . 8 (2): 81–93. DOI : 10.1046 / j.1365-2443.2003.00617.x . PMID 12581152 .
дальнейшее чтение
- Longtine MS, DeMarini DJ, Valencik ML, Al-Awar OS, Fares H, De Virgilio C, Pringle JR (февраль 1996 г.). «Септины: роль в цитокинезе и других процессах». Curr. Opin. Cell Biol . 8 (1): 106–19. DOI : 10.1016 / S0955-0674 (96) 80054-8 . PMID 8791410 .
- Жирный М., Финк М., Баррал Ю. (июнь 2002 г.). «Септины: кольцо, чтобы разлучить мать и дочь». Curr. Genet . 41 (3): 123–31. DOI : 10.1007 / s00294-002-0304-0 . PMID 12111093 . S2CID 22744214 .
- Versele M, Gullbrand B, Shulewitz MJ, Cid VJ, Bahmanyar S, Chen RE, Barth P, Alber T., Thorner J (октябрь 2004 г.). «Белковые взаимодействия, регулирующие сборку гетеропентамера септина и организацию филаментов септина в Saccharomyces cerevisiae» . Мол. Биол. Cell . 15 (10): 4568–83. DOI : 10,1091 / mbc.E04-04-0330 . PMC 519150 . PMID 15282341 .
- Дуглас Л. М., Альварес Ф. Дж., МакКрири С., Конопка Дж. Б. (сентябрь 2005 г.). «Функция септина в модельных дрожжевых системах и патогенных грибах» . Эукариотическая клетка . 4 (9): 1503–12. DOI : 10.1128 / EC.4.9.1503-1512.2005 . PMC 1214204 . PMID 16151244 .
- Gladfelter AS (март 2006 г.). «Контроль формы клеток мицелиальных грибов с помощью септинов и форминов». Nat. Rev. Microbiol . 4 (3): 223–9. DOI : 10.1038 / nrmicro1345 . PMID 16429163 . S2CID 40080522 .
- Зал ПА; Рассел SEH; Прингл-младший (2008). Септины . Оксфорд: Джон Вили-Блэквелл. п. 370. ISBN 978-0-470-51969-1.
- Гонсалес-Ново А; Васкес де Альдана ЧР; Хименес Дж (2009). "Грибковые септины: одно кольцо, чтобы править всем?" . Cent. Евро. J. Biol . 4 (3): 274–289. DOI : 10,2478 / s11535-009-0032-2 .