P66Shc protein

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 20. november 2015; checks kræver 14 redigeringer .

p66Shc  er en af ​​isoformerne af SHC1 -proteinet involveret i reguleringen af ​​det cellulære niveau af reaktive oxygenarter (ROS) , induktion af apoptose og levetid. Karakteristisk udelukkende for hvirveldyr : den findes f.eks. hos frøer med kløer og pattedyr , men fraværende hos Drosophila og nematoder [1] .

I 1999 blev en enkelt mutation i CH2-domænet vist for første gang at øge levetiden hos mus. Således er p66Shc et sjældent eksempel på et aldrende gen hos pattedyr.

Gene

p66Shc-proteinet er en af ​​tre isoformer af SHC1 -proteinet . Alle tre isoformer indeholder et N-terminalt phosphotyrosinbindende (PTB) domæne og et C-terminalt SH2 (Src homology 2) domæne, som er adskilt af et glycin/prolin rigt CH1 domæne (Collagen Homology 1). Fra de to andre isoformer, p46Shc og p52Shc, adskiller p66Shc sig ved tilstedeværelsen af ​​et yderligere glycin/prolin-rigt CH2-domæne ved N-terminalen af ​​polypeptidkæden. p53Shc- og p66Shc-isoformerne har også et CB-domæne (cytokrombinding). [3]

Ekspressionen af ​​alle isoformer styres af forskellige promotorer. p52Shc og p46Shc isoformerne udtrykkes i alle kroppens celler. p66Shc udtrykkes overalt undtagen i den hæmatopoietiske cellelinje.

Struktur

Proteinet består af 583 aminosyrer, som er den tungeste af de tre SHC1 isoformer (66 kDa).

Både PTB- og SH2-domæner binder til en phosphoryleret tyrosin fundet i en specifik kort proteinsekvens. For PTB bestemmes specificitet af de N-terminale aminosyrerester, der støder op til phosphotyrosin, og for SH2 af de C-terminale.

CH1-domænet indeholder tre nøglerester, Y239, Y240 og Y317, som phosphoryleres af forskellige transmembrane receptorer.

CH2-domænet tyrosiner er ikke phosphorylerede. Under oxidativ stress undergår S36- resten af ​​dette domæne fosforylering.

Rester E125, E132, E133, W134 og W148 fra CB-domænet er involveret i cytochrom c -binding .

Funktioner

Regulering af respons på mitogene signaler

p66Shc er involveret i den negative regulering (dæmpning) af signaler til at udløse mitose.

p46Shc og p52Shc isoformerne er involveret i at udløse MEK (MAPK-ERK Kinase)/ERK (Extracellular-signal Regulated Kinase) kaskaden . Ved binding til vækstfaktoren phosphoryleres EGFR-receptoren , hvilket forårsager rekruttering og phosphorylering af p46Shc- og p52Shc-proteinerne. Derefter slutter Grb2- og Sos- proteinerne sig til dette kompleks , som udløser MEK/ERK-kaskaden via Ras-proteinet.

p66Shc er også i stand til at binde Grb2, men et sådant kompleks er inaktivt på grund af Sos-dissociation, som stopper aktiveringen af ​​MEK/ERK-kaskaden. [fire]

Regulering af det cellulære niveau af reaktive oxygenarter (ROS)

I øjeblikket er flere mekanismer til regulering af ROS-niveauet med deltagelse af p66Shc kendt.

Aktivering af NADPH-oxidase

Som nævnt ovenfor binder den phosphorylerede form af p52Shc til Grb2. Normalt er Grb2 kompleksbundet med Sos-proteinet, men binding til p66Shc ødelægger dette kompleks. Det frigivne Sos binder til Eps8/E3b1-proteinerne, og dette kompleks aktiverer den lille GTPase Rac-1 , som igen aktiverer NADPH-oxidase og udløser ROS-generering [5] .

Undertrykkelse af ekspression af gener for resistens over for oxidativt stress

Under oxidativt stress forekommer p66Shc-afhængig aktivering af serin/threoninkinase Akt , som phosphorylerer og inaktiverer transkriptionsfaktorer fra FOX-familien (for eksempel Foxo3a ). Dette fører til et fald i niveauet af ekspression af gener for resistens over for oxidativt stress, for eksempel glutathionperoxidase 1, MnSOD og REF-1. I celler med mutant p66Shc ændres niveauet af transskriptionsfaktor-phosphorylering ikke efter behandling med peroxid eller ultraviolet lys [6] .

Generering af hydrogenperoxid i mitokondrier

En del af det cellulære p66Shc er placeret i mitokondrierne . Data om den cellulære lokalisering af p66Shc varierer: ifølge resultaterne af forskellige undersøgelser kan mitokondrier indeholde fra 10 til 44% af den samlede p66Shc [7] .

Under oxidativ stress aktiveres PKCβ2 og inducerer phosphorylering af p66Shc ved S36-resten. Denne p66Shc genkendes af peptidylprolylisomerasen Pin1 , isomeriseret, og i denne form dephosphoryleres af type 2 serin-threonin-phosphataser og importeres til mitokondrier [8] . Der kan den ifølge en model, der er ret almindelig i dag, vise sin oxidoreduktaseaktivitet : p66Shc oxiderer cytochrom c , tager reducerende ækvivalenter og giver dem til oxygen. Ufuldstændig reduktion af ilt fører til dannelsen af ​​ROS.

Udløser apoptose

Mitokondriel udløsning af apoptose

Bevægelsen af ​​p66Shc ind i mitokondrier kan stimuleres af forskellige proapoptotiske faktorer. En efterfølgende stigning i koncentrationen af ​​hydrogenperoxid i mitokondrier fører til samlingen af ​​et multisubunit-kompleks, der danner en pore i den ydre mitokondriemembran. Gennem et hul i membranen kommer cytochrom c og andre mitokondrielle proteiner ind i cytoplasmaet, hvilket fører til udløsning af apoptose [9] .

Undersøgelser af et separat CH2-CB-domæne viste, at det eksisterer i to former: i den reducerede form tager det form af en dimer, og i den oxiderede form har det form af en tetramer. Kun den tetramere form har proapoptotisk aktivitet. Dette foreslog en ny model til p66Shc-apoptoseudløsning. Under normale forhold genoprettes den tetramere form af antioxidanter, men under forhold med oxidativ stress kan dette system ikke klare sig. Den oxiderede form begynder at producere ROS, som i sidste ende fører til apoptose [2] .

Forholdet til tumor suppressor p53

Afhængigt af den modtagne stimulus kan p53 -proteinet stoppe cellecyklussen eller udløse apoptose. Det blev vist, at p66Shc ligger nedstrøms i p53-kaskaden under apoptoseinitiering: med en stigning i p53-ekspression øges niveauet af apoptose i celler, men dette forekommer ikke i celler med mutant p66Shc. Samtidig påvirker p66Shc ikke p53-medieret cellestop: en lille dosis brintoverilte standser på samme måde cellecyklussen både i normale celler og i celler med p66Shc-knockout [10] .

Rolle i aldringsprocessen

I 1999 blev der for første gang udført en undersøgelse, der viste sammenhængen mellem p66Shc og forventet levetid [11] . I denne undersøgelse blev nogle vigtige egenskaber ved p66Shc-proteinet fundet:

  • En stigning i resistens over for peroxid eller ultraviolet induceret apoptose er blevet vist i celler med en mutant form af p66Shc (en mutation i CH2-domænet).
  • Et phosphoryleringssted blev fundet i CH2-domænet (serin-36), som modificeres, når celler udsættes for peroxid eller ultraviolet lys. Fosforylering af denne rest er nødvendig for at udløse apoptose som reaktion på oxidativt stress. Resistens over for oxidativ stress er også blevet påvist in vivo . Mutante p66Shc-mus levede signifikant længere end vildtype-mus, når de fik regelmæssige injektioner af det pro-apoptotiske middel paraquat .
  • Det er også blevet vist, at p66Shc-mutantmus lever længere end vildtypemus. Til eksperimentet blev der taget 14 vildtypemus, 8 heterozygoter for p66Shc-mutantformen og 15 homozygote mutanter. Efter 28 måneder døde alle vildtypemus , 3/8 heterozygoter og 11/15 homozygoter for mutationen i p66Shc overlevede. Sammenligning af overlevelseskurver viste signifikante forskelle i levetiden for vildtype- og mutante homozygote mus. Samtidig blev der ikke fundet synlige defekter i mutante mus.

Efter dette arbejde begyndte p66Shc at blive betragtet som et aldringsgen (det vil sige et gen, hvor mutationer kan forlænge livet). Denne position er i god overensstemmelse med effekten af ​​p66Shc på niveauet af intracellulær ROS og reguleringen af ​​apoptose.

Da udslaget af p66Shc-genet fører til en forøgelse af levetiden for mus i laboratoriet uden synlige udviklingsmæssige abnormiteter og uden tab af fertilitet, opstår spørgsmålet om proteinets funktionelle betydning: hvorfor blev det udvalgt af evolutionen? Der blev gennemført en undersøgelse [12] , hvor 3 grupper af mus (vildtype, heterozygote og homozygote for p66Shc-mutationen) blev placeret i naturlige habitater på Pure Forest biologiske station i Tver-regionen i et år. Der oplevede musene konkurrence om ressourcer, temperaturudsving, angreb fra rovfugle. Under naturlige forhold var p66Shc-mutationen under stærk negativ selektion. Mus, der var homozygote for mutationen, blev gradvist elimineret fra befolkningen, da de oplevede problemer med termoregulering, fedtophobning og reproduktion (hyppigheden af ​​maternel kannibalisme steg). Disse observationer antyder en vigtig rolle for p66-proteinet i energimetabolisme og forklarer evolutionær selektion for dets funktionalitet.

I 2003 blev der også foreslået en sammenhæng mellem p66Shc - promotormethylering og levetid [13] . p66Shc-promotoren er meget rig på GC-par; Som det er kendt, korrelerer graden af ​​promotormethylering med niveauet af genekspression. Det blev foreslået, at forskellene i levetid skyldes forskellige niveauer af methylering af p66Shc-promotoren hos forskellige individer.

Men i 2013 udkom et værk, der såede tvivl om den almindeligt anerkendte opfattelse, der havde hersket i 15 år [14] . Årsagen til dette arbejde var det faktum, at kun 15 mutante mus blev brugt i 1999-arbejdet. Med så lille en prøve har hvert dyr stor indflydelse på overlevelseskurven. I arbejdet i 2013 blev stikprøven udvidet til 50 personer; Der var 4 grupper af mus: vildtype med 5 % eller 40 % kalorierestriktion og mutante mus med 5 % eller 40 % kalorierestriktion. Analyse af de opnåede overlevelseskurver afslørede ikke signifikante forskelle mellem vildtypemus og p66Shc-mutanter. Den 70. percentil af kurven viste sig imidlertid at være signifikant større i 40 % diætmutantmus end i vildtypemus . Dette kan tyde på, at på trods af fraværet af en effekt af p66Shc på ældningshastigheden, påvirker proteinet aldersrelaterede sygdomme og, under nogle forhold, muligvis levetiden. For eksempel har p66Shc-gen-knockout vist sig at reducere antallet af for tidlig død hos overvægtige mus [15] .

Tilknytning til visse sygdomme

Indflydelsen af ​​p66Shc på udviklingen af ​​sygdomme forbundet med niveauet af ROS og apoptose er blevet undersøgt i mange værker. Nedenfor er resultaterne af flere arbejder i denne retning.

  • Med alderen falder effektiviteten af ​​endotelafhængig afslapning af væggene i blodkarrene, niveauet af superoxid O 2 - i arterierne stiger, hvilket fører til et fald i niveauet og biotilgængeligheden af ​​nitrogenoxid NO - en kraftig vasodilator . Eksperimenter på mus har vist, at p66Shc-gen- knockout forhindrer udviklingen af ​​alle disse processer og forhindrer dermed udviklingen af ​​aldersrelateret endoteldysfunktion [16] .
  • Hyperkolesterolæmi (højt kolesterol i blodet) øger niveauet af cellulær ROS, hvilket fører til oxidation af proteiner, lipider og lipoproteiner. Det er kendt, at atherogenese (udvikling af aterosklerose ) moduleres af oxideret lavdensitetslipoprotein og redoxafhængige veje. Da p66Shc er involveret i reguleringen af ​​oxidativt stress, er det blevet foreslået, at p66Shc er forbundet med atherogenese. Et eksperiment på mus, der blev udsat for en diæt med højt kalorieindhold, viste, at i p66Shc-mutante mus er niveauerne af oxidativt stress, lavdensitetslipoproteinoxidation og ateromatøs plakdannelse signifikant reduceret [17] . De molekylære mekanismer for indflydelsen af ​​p66Shc på atherogenese blev undersøgt i 2011 på humane endoteliocytter. I disse celler inducerer oxiderede lavdensitetslipoproteiner p66-phosphorylering ved serin-36 ved at aktivere PKCβ2- og JNK-kinaser ( se underafsnit "ROS-generering og initiering af apoptose" ). Denne proces fører til en stigning i ROS-generering [18] .
  • Nogle sygdomme kan forårsage ændringer i metabolismen af ​​visse celler, som bevares (nedarves) af afkomsceller efter et behandlingsforløb. I tilfælde af diabetes mellitus omtales denne epigenetiske prægning som hyperglykæmisk hukommelse [19] . Et af de tidligste beviser på dette fænomen kommer fra en undersøgelse, der sammenlignede forekomsten af ​​retinopati (en almindelig komplikation til diabetes) i tre grupper af hunde: hunde uden diabetes, hunde med diabetes og hunde med hyperglykæmi i 2,5 år, efterfulgt af normalisering af niveauet glukose. Det viste sig, at hyppigheden af ​​forekomst af retinopati i den sidstnævnte gruppe af hunde svarer til den i gruppen af ​​diabetiske hunde [20] . Denne observation antydede tilstedeværelsen af ​​en "metabolisk hukommelse"-mekanisme.
Effekten af ​​p66Shc på hyperglykæmisk hukommelse er blevet undersøgt i humane endoteliocytter [21] . Det blev vist, at i celler udsat for hyperglykæmi, selv efter normaliseringen af ​​glucoseniveauer, opretholdes et øget niveau af ekspression af PKCβ2 og p66Shc. Tilsætningen af ​​PKCβ2-hæmmere til systemet forhindrede aktiveringen (phosphorylering af serin-36) af p66Shc-proteinet og førte til et reduceret niveau af O 2 - , som igen genoprettede niveauet og tilgængeligheden af ​​NO og reducerede niveauet af apoptose. Knockdown af p66Shc førte til et fald i PKCβ2-ekspression til et normalt niveau, hvilket tyder på, at p66Shc-proteinet er påkrævet for at øge niveauet af PKCβ2-ekspression. Stigningen i p66Shc-ekspression blev undersøgt på transkriptionsniveauet. p66Shc-promotoren blev hypomethyleret i hyperglykæmiske celler, og dette mønster af lav methylering fortsatte selv efter normalisering af glucoseniveauer. Således opretholdt cellerne et øget niveau af p66Shc-transkription, hvilket førte til øget proteinekspression. Endelig blev effekten af ​​p66Shc-proteinet på hyperglykæmisk hukommelse demonstreret in vivo hos diabetiske mus: knockdown af p66Shc resulterede i en svækkelse af effekten af ​​hyperglykæmisk hukommelse. Selv efter genoprettelse af normale glucoseniveauer var endotelafhængig vaskulær afslapning svækket. Efter suppression af p66Shc-specifikt lille interfererende RNA blev endotelafhængig afslapning genoprettet. Knockdown af p66Shc reducerede også dannelsen af ​​superoxid O 2 - radikal og frigivelsen af ​​cytochrom c til cytosolen.

Noter

  1. ↑ Luzi L., Confalonieri S., Di Fiore PP, Pelicci PG Udvikling af Shc-funktioner fra nematode til menneske  (neopr.)  // Curr Opin Genet Dev. - 2000. - S. 668-674 . — PMID 11088019 .
  2. ↑ 12 E.R. _ Galimov. Rollen af ​​p66shc i oxidativ stress og apoptose  // Acta Naturae. - 01-01-2010. - T. 2 , nej. 4 . - S. 44-51 . — ISSN 2075-8251 .
  3. ↑ Galimov ER The Role of p66shc in Oxidative Stress and Apoptosis  (engelsk)  // Acta Naturae : journal. - 2010. - S. 44-51 . — PMID 22649663 .
  4. ↑ Istvan Arany, Amir Faisal, Yoshikuni Nagamine, Robert L. Safirstein. p66shc hæmmer Pro-overlevelse Epidermal Growth Factor Receptor/ERK-signalering under alvorlig oxidativ stress i musenyreproksimale tubuliceller  //  Journal of Biological Chemistry. - 2008-03-07. — Bd. 283 , udg. 10 . - P. 6110-6117 . — ISSN 1083-351X 0021-9258, 1083-351X . - doi : 10.1074/jbc.M708799200 . Arkiveret fra originalen den 3. juni 2018.
  5. ↑ Khanday FA, ​​Yamamori T., Mattagajasingh I., Zhang Z., Bugayenko A., Naqvi A., Santhanam L., Nabi N., Kasuno K., Day BW, Irani K. Rac1 fører til fosforyleringsafhængig stigning i stabiliteten af ​​p66shc-adapterproteinet: rolle i Rac1-induceret oxidativt stress  // Molecular Biology of the Cell  : journal  . - 2006. - S. 122-129 . — PMID 16251354 .
  6. ↑ Nemoto S., Finkel T. Redox-regulering af forkheadproteiner gennem en p66shc-afhængig signalvej  //  Science : journal. - 2002. - S. 2450-2452 . — PMID 11884717 .
  7. ↑ Nemoto S., Combs CA, French S., Ahn BH, Fergusson MM, Balaban RS, Finkel T. Det pattedyrs levetidsassocierede genprodukt p66shc regulerer mitokondriel metabolisme  (engelsk)  // J Biol Chem  : journal. - 2006. - S. 10555-10560 . — PMID 16481327 .
  8. ↑ Pinton P., Rizzuto R. p66Shc, oxidativ stress og  aldring //  Cellecyklus : journal. - 2008. - S. 304-308 . — PMID 18235239 .
  9. ↑ Marco Giorgio, Enrica Migliaccio, Francesca Orsini, Demis Paolucci, Maurizio Moroni. Elektronoverførsel mellem cytochrom c og p66Shc genererer reaktive oxygenarter, der udløser mitokondriel apoptose   // Celle . - Cell Press , 2005-07-29. — Bd. 122 , udg. 2 . - S. 221-233 . — ISSN 0092-8674 . - doi : 10.1016/j.cell.2005.05.011 . Arkiveret fra originalen den 16. december 2015.
  10. ↑ Trinei M., Giorgio M., Cicalese A., Barozzi S., Ventura A., Migliaccio E., Milia E., Padura IM, Raker VA, Maccarana M., Petronilli V., Minucci S., Bernardi P. , Lanfrancone L., Pelicci PG En p53-p66Shc-signalvej kontrollerer intracellulær redoxstatus, niveauer af oxidationsbeskadiget DNA og oxidativ stress-induceret apoptose  (engelsk)  // Onkogen : journal. - 2002. - S. 3872-3878 . — PMID 12032825 .
  11. ↑ Migliaccio E., Giorgio M., Mele S., Pelicci G., Reboldi P., Pandolfi PP, Lanfrancone L., Pelicci PG P66shc-adapterproteinet kontrollerer oxidativ stressrespons og levetid hos pattedyr  //  Nature : journal. - 1999. - S. 309-313 . — PMID 10580504 .
  12. ↑ Giorgio M., Berry A., Berniakovich I., Poletaeva I., Trinei M., Stendardo M., Hagopian K., Ramsey JJ, Cortopassi G., Migliaccio E., Nötzli S., Amrein I., Lipp HP , Cirulli F., Pelicci PG De p66Shc-udslåede mus er kortlivede under naturlig tilstand  (engelsk)  // Aging Cell  : journal. - 2012. - S. 162-168 . — PMID 22081964 .
  13. ↑ Purdom S., Chen QM, der forbinder oxidativt stress og ældningsgenetik med p66Shc-signalering og forkhead-transskriptionsfaktorer  //  Biogerontology : journal. - 2003. - S. 181-191 . — PMID 14501182 .
  14. ↑ Ramsey JJ, Tran D., Giorgio M., Griffey SM, Koehne A., Laing ST, Taylor SL, Kim K., Cortopassi GA, Lloyd KC6, Hagopian K., Tomilov AA, Migliaccio E., Pelicci PG, McDonald RB Indflydelsen af ​​Shc-proteiner på levetid hos mus  (engelsk)  // J Gerontol A Biol Sci Med Sci  : tidsskrift. - 2013. - S. 1177-1185 . — PMID 24336818 .
  15. ↑ Ranieri SC, Fusco S., Panieri E., Labate V., Mele M., Tesori V., Ferrara AM, Maulucci G., De Spirito M., Martorana GE, Galeotti T., Pani G. Mammalian life-span determinant p66shcA medierer fedme-induceret insulinresistens  (engelsk)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : journal. - 2010. - S. 13420-13425 . — PMID 20624962 .
  16. ↑ Francia P., delli Gatti C., Bachschmid M., Martin-Padura I., Savoia C., Migliaccio E., Pelicci PG, Schiavoni M., Lüscher TF, Volpe M., Cosentino F. Sletning af p66shc-genet beskytter mod aldersrelateret endotel  dysfunktion //  Cirkulation : journal. Lippincott Williams & Wilkins, 2004. - S. 2889-2895 . — PMID 15505103 .
  17. ↑ Napoli C., Martin-Padura I., de Nigris F., Giorgio M., Mansueto G., Somma P., Condorelli M., Sica G., De Rosa G., Pelicci P. Sletning af p66Shc-genet for lang levetid reducerer systemisk og vævsoxidativt stress, vaskulær celleapoptose og tidlig aterogenese hos mus fodret med en fedtrig diæt  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : journal  . - 2003. - S. 2112-2116 . — PMID 12571362 .
  18. ↑ Shi Y., Cosentino F., Camici GG, Akhmedov A., Vanhoutte PM, Tanner FC, Lüscher TF Oxidiseret low-density lipoprotein aktiverer p66Shc via lectin-lignende oxideret low-density lipoprotein-receptor-1, proteinkinase C-beta, og c-Jun N-terminal kinase kinase i humane endotelceller  //  Arterioscler Thromb Vasc Biol : journal. - 2011. - S. 2090-2097 . — PMID 21817106 .
  19. ↑ Cencioni C., Spallotta F., Greco S., Martelli F., Zeiher AM, Gaetano C. Epigenetiske mekanismer for hyperglykæmisk hukommelse  //  Int J Biochem Cell Biol : journal. - 2014. - S. 155-158 . — PMID 24786298 .
  20. ↑ Engerman RL, Kern TS Progression af begyndende diabetisk retinopati under god glykæmisk kontrol  //  Diabetes : journal. - 1987. - S. 808-812 . — PMID 3556280 .
  21. ↑ Paneni F., Mocharla P., Akhmedov A., Costantino S., Osto E., Volpe M., Lüscher TF, Cosentino F. Gendæmpning af mitokondrieadapteren p66(Shc) undertrykker vaskulær hyperglykæmisk hukommelse ved diabetes  (eng. )  // Circ Res : journal. - 2012. - S. 278-289 . — PMID 22693349 .