Hvælving (organel)

Hvælving , eller cytoplasmatisk ribonukleoproteinhvælving (fra  engelsk  -  "bue"), er en eukaryotisk organel , kemisk er et ribonukleoprotein . Under et elektronmikroskop ligner disse organeller hvælvingen af ​​en katedralkuppel med en 39- fold symmetriakse [1] . Hvælvingens funktioner er dårligt forstået, men indtil videre er der beviser for deres involvering i forskellige cellesignalveje . Det er muligt, at hvælving er involveret i udviklingen af ​​fænomenet multilægemiddelresistens over for cancerkemoterapi . De findes i mange typer eukaryote celler og er meget konserverede blandt eukaryoter [2] .

Studiehistorie

Vault blev opdaget og med succes isoleret fra rottelever i 1986 af cellebiolog Nancy Kedersha og biokemiker Leonard Rome fra UCLA School of Medicine [ 3 . Hvælvinger blev oprindeligt beskrevet som ægformede partikler, der kontaminerede præparater af clathrin -overtrukne vesikler . Partikler blev isoleret ved saccharosedensitetsgradientcentrifugering og agarosegelelektroforese . _ _ Det viste sig, at de har en symmetrisk tøndeformet struktur, der ligner hvælvingen i en gotisk katedral, som partiklerne fik deres navn til (fra det engelske hvælving - hvælving). Hvælvingen blev oprindeligt estimeret til 35 × 35 × 65 nm³ , men blev senere forfinet til 41 × 41 × 72,5 nm³ ved hjælp af kryoelektronmikroskopiteknikker . Hvælvinger er således de største cytosoliske ikke-icosaedriske nukleoproteiner, der nogensinde er beskrevet. Hvælvstrukturen blev yderligere undersøgt ved hjælp af røntgendiffraktionsanalyse og kernemagnetisk resonans . I 2009 blev strukturen af ​​en rotteleverhvælving bestemt med en opløsning på 3,5 Å [4] .      

vault struktur

Vault - de største ribonukleoproteinpartikler. I størrelse er de omkring 3 gange større end ribosomet og vejer omkring 13 MDa [5] . Hvælvinger består hovedsageligt af proteiner og er derfor vanskelige at farve med standardteknikker. Vault-proteinkomponenten er repræsenteret af mange molekyler af vault major protein (MVP) (95,8 kDa), som tegner sig for mere end 70% af det totale protein i partiklen [6] , såvel som VPARP (~192 kDa) og TEP1 (-291 kDa). Derudover omfatter hvælvingen hvælving-RNA ( vRNA ) 86-141 nukleotider lang [7] . Den samlede masse af RNA i hvælvingen er estimeret til ~460 kDa [4] .

Hvælvpartiklen når omkring 670 Å i længden og har en største diameter på ~400 Å. Muren er kun 15–25 Å tyk; inde i den er der et hulrum med en længde på omkring 620 Å og en maksimal diameter på ~350 Å. Partiklen består af to symmetriske halvdele, som hver består af tre dele: kroppen, skuldersektionen og hætten. Kroppen indeholder 78 kopier af de 9 MVP strukturelle gentagelsesdomæner (39 kopier i hver halvdel), den tilspidsede del er dannet ende mod ende af R1 strukturelle gentagelsesdomæner. Højden af ​​skulderregionen er ~25 Å, og diameteren er ~315 Å. Caps er til stede i begge ender af partiklen, og hver indeholder 39 kopier af helix-cap-domænet ( aminosyrerester MVP fra Asp647 til Leu802) og ring-cap-domænet (Gly803 til Ala845). Hættehøjden er ~155 Å, og de indre og ydre diametre af cap-ring-domænet når henholdsvis ~50 Å og ~130 Å [4] .

MVP indeholder 9 gentagne strukturelle domæner (R1-R9). Domænerne R8 og R9 består af fem antiparallelle β-ark, betegnet S1, S2, S3, S4 og S5. De resterende syv domæner har to yderligere β-ark (S2a og S2b) indsat mellem S2 og S3. Ifølge nogle rapporter består R1, ligesom R8 og R9, af fem antiparallelle β-ark, mens R2 har to længere antiparallelle blade mellem S2 og S3. Hvert domæne har en hydrofob kerne . Analyse af aminosyresekvenser viste, at R3 og R4 kan have to EF-hånddomæner . Yderligere undersøgelse viste, at MVP interagerer med andre proteiner , såsom PTEN, gennem de formodede to EF-hånddomæner med deltagelse af Ca 2+ ioner , men ikke alle eksperimentelle data stemmer overens med dette [4] .

Skulderregionen (Pro520 til Val646) foldes til et enkelt α/β globulært domæne med 4 antiparallelle beta-ark på den ene side og fire α-spiraler på den anden. Tilsyneladende er det i skulderområdet, at der er elementer, der er ansvarlige for vekselvirkningen af ​​hvælvingen med lipidflåder [4] .

Cap-helix-domænet spoler sig til en α-helix på 42 vindinger, som passer ind i en supercoil. Hætte-ring-domænet er placeret for enden af ​​hætten og danner en U-formet struktur med spiralformede elementer i begge ender [4] .

vRNA'er er lukket i enderne af hvælvingspartiklerne. TEP1-proteinet ser ud til at være placeret i toppen af ​​den flade del af hætten, hvor dets WD40-gentagelse -region danner en ring -β-propel -struktur . Den N-terminale del af TEP1 indeholder 4 gentagelsesdomæner med uklar funktionalitet, et RNA- bindende domæne og et ATP / GTP - bindende domæne. TEP1 har vist sig at interagere med telomerase RNA og forskellige humane vRNA'er. VPARP'er er primært placeret i vault-headeren [4] .

Følgende tabel opsummerer det grundlæggende i vault [8] komponenter .

Funktioner

Den brede udbredelse af hvælvingen og deres evolutionære konservatisme tyder på, at disse organeller har vigtige biologiske funktioner, selvom der er meget lidt kendt om dem. Intet er kendt om de oprindelige funktioner af hvælvingen i protistceller. Der er dog flere forslag vedrørende hvælvingens rolle i pattedyrsceller [ 4] . Det blev især bemærket, at hvælving er særligt rigeligt i væv og celler forbundet med kropsrensning, for eksempel makrofager [9] .

Det er blevet antaget, at hvælvinger tjener som de vigtigste "propper" i nukleare porekomplekser . Immunfluorescensanalyse under anvendelse af anti- hvælving - antistoffer viste, at hvælving i isolerede rottelevercellekerner var placeret på overfladen af ​​kernemembranen . Immunelektronmikroskopi under anvendelse af sekundære antistoffer konjugeret med guld viste, at i isolerede kerner er hvælvinger forbundet med nukleare porekomplekser. Derfor er det muligt, at hvælving kan deltage i nukleocytoplasmatisk transport [4] .

I 2005 blev det foreslået, at de humane hvg1- og hvg2-vRNA'er kan binde sig til anti-cancer-lægemidlet mitoxantron , samt spille en vigtig rolle i eksporten af ​​giftige forbindelser. En anden undersøgelse viste imidlertid, at afbrydelse af MVP -genet hos mus ikke førte til øget følsomhed over for cytotoksiske lægemidler. Desuden viste vildtype- og MVP-deficiente mus det samme respons på doxorubicin . En anden undersøgelse viste, at knockdown af MVP med små interfererende RNA'er ikke påvirkede fjernelsen af ​​doxorubicin fra kernen. Derudover øgede opregulering af MVP- ekspression i kemoresponsive celler ikke lægemiddelresistens. Disse resultater tyder på, at MVP og hvælving ikke direkte bidrager til resistens over for cytostatika [4] .

En række nyere undersøgelser har vist involvering af hvælving i forskellige cellesignalveje , og antallet af sådanne veje vokser konstant. Ved hjælp af et gær -to-hybridsystem blev det vist, at MVP kan binde til PTEN , et tumorsuppressorprotein, der dephosphorylerer phosphatidylinositol-3,4,5-triphosphate , der negativt regulerer phosphoinositide-3-kinase / proteinet kinase B -signalvej . Det N-terminale phosphoinositid-bindingsmotiv og C2 - domæne af PTEN kan interagere med MVP. MVP er et substrat for tyrosinphosphatase SHP-2 , der indeholder et SH2-domæne (Src homologi 2), og fungerer som et stilladsprotein i den epidermale vækstfaktor (EGF) signalvej . Det viste sig, at SH2-domænerne af SHP-2 binder til MVP phosphoryleret ved tyrosinrester , og denne binding forstærkes af EGF. MVP fungerer således som et stilladsprotein for SHP-2 og ekstracellulært regulerede kinaser , og regulering af MVP-phosphorylering via SHP-2 kan være vigtig for celleoverlevelse. Derudover er en interaktion mellem MVP og SH2-domænet af Src blevet vist i humane gastriske celler og 253J gastriske cancerceller . Immunpræcipitation og immunfluorescensanalyse viste, at EGF forbedrede interaktionen mellem MVP og Src, og den blev blokeret af Src -hæmmeren PP2 . EGF stimulerer også bevægelsen af ​​MVP fra kernen til cytosolen og den perinukleære zone af cytoplasmaet , hvor MVP colocalizes med Src. Rollen som MVP påtages som en ny regulator af Src-medierede signaleringskaskader. MVP viste sig at være et interferon-y (IFN-y) -inducerbart protein : som respons på IFN-y var der en signifikant stigning i niveauet af mRNA og selve MVP -proteinet . Denne aktivering er involveret i interaktionen mellem STAT1 og det IFN-y-aktiverede sted i den proksimale MVP -promotor . Derudover øgede IFN-y signifikant MVP - translationshastigheden . Det har vist sig, at hvælving kan interagere med østrogenreceptorer, når de er bundet til østradiol og sammen med receptorerne overføres til kernen [10] . Ifølge nyere data kan hvælving og MVP interagere med insulinlignende vækstfaktor 1 , HIF1A , og også påvirke to store DNA-dobbeltstrengsbrudreparationsprocesser : ikke - homolog endesammenføjning og homolog rekombination [11] . Hvælvingspartikler fungerer således som centrale platforme for interaktion i cellulære signalkaskader [4] .

VRARP, et andet protein, der er en del af hvælvingen, er en poly(ADP-ribose) polymerase [6] .

Den usædvanlige struktur og idiosynkratiske dynamik af hvælvinger, såvel som deres store størrelse, tyder på, at hvælvinger måske fungerer som naturlige nanobeholdere til xenobiotika , nukleinsyrer og proteiner. Der arbejdes på at udvikle rekombinante hvælvinger, især for at sikre vekselvirkningen af ​​hvælvingen med overfladecellereceptorer og indgåelse af forskellige laster i dem [12] .

Følgende tabel opsummerer de grundlæggende oplysninger om proteinhvælvingen interagerer med [8] .

Klinisk betydning

Kræft

I 1990'erne var der rapporter om, at hvælving kan være direkte involveret i udviklingen af ​​multilægemiddelresistens i kræftceller . Det viste sig, at proteinet forbundet med multipel resistens og kendt som LRP ( Engelsk  Lung Resistance-related Protein - protein forbundet med multipel resistens i lungerne ) faktisk er en human MVP. I en anden undersøgelse blev en sammenhæng mellem hvælving og multidrug-resistens vist i SW-620 humane tyktarmskræftceller . Behandling af SW-620 med natriumbutyrat øgede MVP-ekspression og resulterede i resistens over for doxorubicin, vincristin , gramicidin D og paclitaxel . Transfektion af celler med MVP-specifikke ribozymer hæmmede disse aktiviteter [4] .

vRNA'er kan også bidrage til udviklingen af ​​multilægemiddelresistens. I 2009 blev det fundet, at ikke-kodende vRNA'er kan bearbejdes til små vRNA'er (svRNA'er) med deltagelse af Dicer , som derefter fungerer gennem RNA-interferens som miRNA'er [13] : svRNA'er binder til et protein fra Argonaute -familien og regulerer negativt ekspressionen af ​​CYP3A4 , et enzym involveret i metabolisme af xenobiotika [14] .

I de senere år er der blevet akkumuleret beviser for, at hvælving er forbundet med funktionen af ​​DNA-reparationssystemer i cellen, så de kan bidrage til ufølsomhed over for ikke kun kemoterapi , men også cancerstrålebehandling [11] .

Infektionssygdomme

I 2007 rapporterede to forskergrupper involvering af hvælvingen i reaktionen på infektioner . Det viste sig, at i humane B-celler inficeret med Epstein-Barr virus blev der observeret øgede niveauer af vRNA, som kan være involveret i virusforsvar og/eller transportmekanismer. Derudover blev det vist, at når humane lungeepitelceller blev inficeret med bakterien Pseudomonas aeruginosa , blev MVP hurtigt rekrutteret til lipid-flåder , hvor det deltager i mekanismerne til at forstærke det medfødte immunrespons . MVP −/− mus havde 3,5 gange flere bakterier pr. gram lungevæv end vildtype mus og var mere tilbøjelige til at dø af P. aeruginosa infektion [4] .

Evolutionær konservatisme

Hvælving er blevet beskrevet hos pattedyr , padder , fugle og slimskimmel Dictyostelium discoideum [2] . Ifølge oplysninger fra Pfam-databasen er homologer af proteiner, der udgør hvælvingen, blevet identificeret i Paramecium tetraurelia , kinetoplastider , mange hvirveldyr , søanemoner Nematostella vectensis , bløddyr , Trichoplax adhaerens , fladorme (især Echinococcus ) granu [15] ] .

I en række eukaryote organismer er der ikke fundet homologer af hvælvingsproteiner. Blandt dem er sådanne modelorganismer som plante Arabidopsis thaliana , nematode Caenorhabditis elegans , frugtflue Drosophila melanogaster og bagegær Saccharomyces cerevisiae [16] . På trods af disse undtagelser antyder den høje grad af hvælvingslighed på tværs af organismer , at disse organeller er af en vis evolutionær betydning [2] . Ifølge nyere data havde den sidste fælles forfader til eukaryoter en hvælving, men efterfølgende gik de tabt i en række grupper, herunder svampe , insekter og muligvis planter [9] .

Noter

1. ↑ Tanaka H. , Kato K. , Yamashita E. , Sumizawa T. , Zhou Y. , Yao M. , Iwasaki K. , Yoshimura M. , Tsukihara T. Strukturen af ​​rotteleverhvælving ved 3,5 Ångstrøm opløsning.  (engelsk)  // Science (New York, NY). - 2009. - Bd. 323, nr. 5912 . - S. 384-388. - doi : 10.1126/science.1164975 . — PMID 19150846 .
2. ↑ 1 2 3 Kedersha NL , Miquel MC , Bittner D. , Rom LH Vaults. II. Ribonukleoproteinstrukturer er meget konserverede blandt højere og lavere eukaryoter.  (engelsk)  // The Journal of cell biology. - 1990. - Bd. 110, nr. 4 . - S. 895-901. — PMID 1691193 .
3. ↑ Kedersha NL , Rom LH Isolering og karakterisering af en ny ribonukleoproteinpartikel: store strukturer indeholder en enkelt art af lille RNA.  (engelsk)  // The Journal of cell biology. - 1986. - Bd. 103, nr. 3 . - S. 699-709. — PMID 2943744 .
4. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Tanaka H. , Tsukihara T. Strukturelle undersøgelser af store nukleoproteinpartikler, hvælvinger.  (engelsk)  // Proceedings of the Japan Academy. Serie B, Fysiske og biologiske videnskaber. - 2012. - Bd. 88, nr. 8 . - S. 416-433. — PMID 23060231 .
5. ↑ Kedersha NL , Heuser JE , Chugani DC , Rom LH Vaults. III. Vault-ribonukleoproteinpartikler åbner sig i blomsterlignende strukturer med ottekantet symmetri.  (engelsk)  // The Journal of cell biology. - 1991. - Bd. 112, nr. 2 . - S. 225-235. — PMID 1988458 .
6. ↑ 12 Kickhoefer VA , Siva AC , Kedersha NL , Inman EM , Ruland C. , Streuli M. , Rome LH . 193-kD hvælvingsproteinet, VPARP, er en ny poly(ADP-ribose) polymerase.  (engelsk)  // The Journal of cell biology. - 1999. - Bd. 146, nr. 5 . - P. 917-928. — PMID 10477748 .
7. ↑ van Zon A. , Mossink MH , Scheper RJ , Sonneveld P. , Wiemer EA The vault complex.  (engelsk)  // Cellulær og molekylær biovidenskab: CMLS. - 2003. - Bd. 60, nr. 9 . - P. 1828-1837. - doi : 10.1007/s00018-003-3030-y . — PMID 14523546 .
8. ↑ 1 2 Berger W. , Steiner E. , Grusch M. , Elbling L. , Micksche M. Vaults and the major vault-protein: nye roller i signalvejsregulering og immunitet.  (engelsk)  // Cellulær og molekylær biovidenskab: CMLS. - 2009. - Bd. 66, nr. 1 . - S. 43-61. - doi : 10.1007/s00018-008-8364-z . — PMID 18759128 .
9. ↑ 1 2 Daly TK , Sutherland-Smith AJ , Penny D. In silico opstandelse af det store hvælvingsprotein tyder på, at det er forfædres i moderne eukaryoter.  (engelsk)  // Genombiologi og evolution. - 2013. - Bd. 5, nr. 8 . - P. 1567-1583. - doi : 10.1093/gbe/evt113 . — PMID 23887922 .
10. ↑ Abbondanza C. , Rossi V. , Roscigno A. , Gallo L. , Belsito A. , Piluso G. , Medici N. , Nigro V. , Molinari AM , Moncharmont B. , Puca GA Interaktion af hvælvingspartikler med østrogenreceptor i MCF-7 brystkræftcellen.  (engelsk)  // The Journal of cell biology. - 1998. - Bd. 141, nr. 6 . - S. 1301-1310. — PMID 9628887 .
11. ↑ 1 2 Lara PC , Pruschy M. , Zimmermann M. , Henríquez-Hernández LA MVP and vaults: a role in the radiation response.  (engelsk)  // Radiation oncology (London, England). - 2011. - Bd. 6. - S. 148. - doi : 10.1186/1748-717X-6-148 . — PMID 22040803 .
12. ↑ Llauró A. , Guerra P. , Irigoyen N. , Rodríguez JF , Verdaguer N. , de Pablo PJ Mekanisk stabilitet og reversibel fraktur af hvælvingspartikler.  (engelsk)  // Biofysisk tidsskrift. - 2014. - Bd. 106, nr. 3 . - s. 687-695. - doi : 10.1016/j.bpj.2013.12.035 . — PMID 24507609 .
13. ↑ Persson H. , Kvist A. , Vallon-Christersson J. , Medstrand P. , Borg A. , Rovira C. Det ikke-kodende RNA fra den multilægemiddelresistensbundne hvælvpartikel koder for flere regulatoriske små RNA'er.  (engelsk)  // Naturcellebiologi. - 2009. - Bd. 11, nr. 10 . - S. 1268-1271. - doi : 10.1038/ncb1972 . — PMID 19749744 .
14. ↑ Entrez-gen: cytochrom P 450 . (ubestemt)
15. ↑ Major Vault Protein repeat Pfam-familie (link utilgængeligt) . Hentet 30. september 2015. Arkiveret fra originalen 16. juni 2012. (ubestemt) 
16. ↑ Rome L. , Kedersha N. , Chugani D. Oplåsning af hvælvinger: organeller på jagt efter en funktion.  (engelsk)  // Tendenser i cellebiologi. - 1991. - Bd. 1, nr. 2-3 . - S. 47-50. — PMID 14731565 .

Litteratur

• Rome LH , Kickhoefer VA Udvikling af hvælvpartiklen som en platformsteknologi.  (engelsk)  // ACS nano. - 2013. - Bd. 7, nr. 2 . - s. 889-902. doi :/ nn3052082 . — PMID 23267674 .
• Reis EV , Pereira RV , Gomes M. , Jannotti-Passos LK , Baba EH , Coelho PM , Mattos AC , Couto FF , Castro-Borges W. , Guerra-Sá R. Karakterisering af større hvælvingsprotein under menneskets livscyklus parasitten Schistosoma mansoni.  (engelsk)  // Parasitology international. - 2014. - Bd. 63, nr. 1 . - S. 120-126. - doi : 10.1016/j.parint.2013.10.005 . — PMID 24148287 .
• Casañas A. , Querol-Audí J. , Guerra P. , Pous J. , Tanaka H. , Tsukihara T. , Verdaguer N. , Fita I. Nye træk ved hvælvingsarkitektur og dynamik afsløret af ny forfining ved hjælp af den deformerbare elastiske netværkstilgang .  (engelsk)  // Acta crystallographica. Afsnit D, Biologisk krystallografi. - 2013. - Bd. 69, nr. Pt 6 . - S. 1054-1061. - doi : 10.1107/S0907444913004472 . — PMID 23695250 .

Links

• Vault-websted (UCLA) . (ubestemt)
• MeSH Vault+Ribonucleoprotein+Partikler