Valv (organell)

Vault , eller cytoplasmatiskt ribonukleoproteinvalv (från  engelska  -  "arch"), är en eukaryot organell , kemiskt sett ett ribonukleoprotein . Under ett elektronmikroskop liknar dessa organeller valvet av en katedralkupol med en 39- faldig symmetriaxel [1] . Valvets funktioner är dåligt förstådda, men än så länge finns det bevis på deras inblandning i olika cellsignaleringsvägar . Det är möjligt att valv är involverat i utvecklingen av fenomenet multidrogresistens mot cancerkemoterapi . De finns i många typer av eukaryota celler och är mycket konserverade bland eukaryoter [2] .

Studiens historia

Vault upptäcktes och isolerades framgångsrikt från råttlever 1986 av cellbiologen Nancy Kedersha och biokemisten Leonard Rome vid UCLA School of Medicine [ 3 . Valv beskrevs ursprungligen som äggformade partiklar som kontaminerade preparat av clathrin -belagda vesiklar . Partiklar isolerades genom sackarosdensitetsgradientcentrifugering och agarosgelelektrofores . _ _ _ Det visade sig att de har en symmetrisk tunnformad struktur, liknande valvet i en gotisk katedral, för vilken partiklarna fick sitt namn (från det engelska valvet - valv). Valvet uppskattades ursprungligen till 35 × 35 × 65 nm³ , men förfinades senare till 41 × 41 × 72,5 nm³ med hjälp av kryoelektronmikroskopitekniker . Således är valv de största cytosoliska icke-ikosaedriska nukleoproteinerna som någonsin beskrivits. Valvstrukturen studerades vidare med hjälp av röntgendiffraktionsanalys och kärnmagnetisk resonans . 2009 bestämdes strukturen för ett råttlevervalv med en upplösning på 3,5 Å [4] .      

valvstruktur

Vault - de största ribonukleoproteinpartiklarna. I storlek är de cirka 3 gånger större än ribosomen och väger cirka 13 MDa [5] . Valv består till största delen av proteiner och är därför svåra att färga med standardmetoder. Vault-proteinkomponenten representeras av många molekyler av vault major protein (MVP) (95,8 kDa), som står för mer än 70% av det totala proteinet i partikeln [6] , såväl som VPARP (~192 kDa) och TEP1 (~291 kDa). Dessutom innehåller valvet valv-RNA ( vRNA ) 86-141 nukleotider långt [7] . Den totala massan av RNA i valvet uppskattas till ~460 kDa [4] .

Valvpartikeln når cirka 670 Å i längd och har en största diameter på ~400 Å. Muren är endast 15–25 Å tjock; inuti den finns en kavitet med en längd på cirka 620 Å och en maximal diameter på ~350 Å. Partikeln består av två symmetriska halvor, som var och en består av tre delar: kroppen, axelpartiet och locket. Kroppen innehåller 78 kopior av de 9 MVP strukturella upprepningsdomänerna (39 kopior i varje halva), den avsmalnande delen formas ände i ände av R1 strukturella upprepade domäner. Höjden på skulderregionen är ~25 Å, och diametern är ~315 Å. Caps finns i båda ändarna av partikeln, och var och en innehåller 39 kopior av helix-cap-domänen ( aminosyrarester MVP från Asp647 till Leu802) och ring-cap-domänen (Gly803 till Ala845). Hatthöjden är ~155 Å, och de inre och yttre diametrarna för cap-ringdomänen når ~50 Å respektive ~130 Å [4] .

MVP innehåller 9 repeterande strukturella domäner (R1-R9). Domänerna R8 och R9 består av fem antiparallella β-ark, betecknade S1, S2, S3, S4 och S5. De återstående sju domänerna har två ytterligare β-ark (S2a och S2b) infogade mellan S2 och S3. Enligt vissa rapporter består R1, liksom R8 och R9, av fem antiparallella β-ark, medan R2 har två längre antiparallella blad mellan S2 och S3. Varje domän har en hydrofob kärna . Analys av aminosyrasekvenser visade att R3 och R4 kan ha två EF - . Ytterligare studier visade att MVP interagerar med andra proteiner , såsom PTEN, genom de förmodade två EF-handdomänerna med deltagande av Ca 2+-joner , men inte alla experimentella data överensstämmer med detta [4] .

Skulderregionen (Pro520 till Val646) viks in i en enkel α/β globulär domän med 4 antiparallella beta-ark på ena sidan och fyra α-helixar på den andra. Tydligen är det i axelområdet som det finns element som är ansvariga för växelverkan mellan valvet och lipidflottar [4] .

Cap-helix-domänen lindas till en α-helix på 42 varv, som passar in i en superspole. Cap-ring-domänen ligger i änden av locket och bildar en U-formad struktur med spiralformade element i båda ändar [4] .

vRNA är täckta i ändarna av valvpartiklarna. TEP1-proteinet verkar vara beläget på toppen av den platta delen av locket, där dess WD40-repeterande -region bildar en ring -β-propeller -struktur . Den N-terminala delen av TEP1 innehåller 4 upprepade domäner med oklar funktionalitet, en RNA- bindande domän och en ATP / GTP -bindande domän. TEP1 har visats interagera med telomeras-RNA och olika humana vRNA. VPARP:er finns främst i valvhuvudet [4] .

Följande tabell sammanfattar grunderna för valv [8] komponenter .

Funktioner

Den breda utbredningen av valvet och deras evolutionära konservatism tyder på att dessa organeller har viktiga biologiska funktioner, även om mycket lite är känt om dem. Ingenting är känt om valvets ursprungliga funktioner i protistceller. Det finns dock flera förslag angående valvets roll i däggdjursceller [ 4] . Speciellt noterades att valv är särskilt rikligt i vävnader och celler associerade med kroppsrening, till exempel makrofager [9] .

Det har antagits att valv fungerar som de viktigaste "pluggarna" i nukleära porkomplex . Immunfluorescensanalys med användning av anti-valv- antikroppar visade att i isolerade råttlevercellskärnor var valv lokaliserad på ytan av kärnmembranet . Immunelektronmikroskopi med hjälp av sekundära antikroppar konjugerade med guld visade att i isolerade kärnor är valv associerade med nukleära porkomplex. Därför är det möjligt att valv kan delta i nukleocytoplasmatisk transport [4] .

År 2005 föreslogs att de mänskliga hvg1- och hvg2-vRNA:erna kan binda till anticancerläkemedlet mitoxantron , samt spela en viktig roll i exporten av giftiga föreningar. En annan studie visade dock att störningar av MVP -genen hos möss inte ledde till ökad känslighet för cellgifter. Dessutom visade vildtyp och MVP-brist möss samma svar på doxorubicin . En annan studie visade att nedbrytning av MVP med små störande RNA inte påverkade avlägsnandet av doxorubicin från kärnan. Dessutom ökade inte uppreglering av MVP- uttryck i kemoresponsiva celler läkemedelsresistens. Dessa resultat tyder på att MVP och valv inte direkt bidrar till resistens mot cytostatika [4] .

Ett antal nyare studier har visat inblandning av valv i olika cellsignaleringsvägar , och antalet sådana vägar växer ständigt. Med hjälp av ett jäst -tvåhybridsystem visades det att MVP kan binda till PTEN , ett tumörsuppressorprotein som defosforylerar fosfatidylinositol-3,4,5-trifosfat , vilket negativt reglerar fosfoinositid-3-kinaset / proteinet kinas B -signalväg . Det N-terminala fosfoinositidbindningsmotivet och C2 -domänen av PTEN kan interagera med MVP. MVP är ett substrat för tyrosinfosfatas SHP-2 , som innehåller en SH2-domän (Src-homologi 2), och fungerar som ett ställningsprotein i signalvägen för epidermal tillväxtfaktor (EGF) . Det visade sig att SH2-domänerna av SHP-2 binder till MVP som är fosforylerad vid tyrosinrester , och denna bindning förstärks av EGF. Således fungerar MVP som ett ställningsprotein för SHP-2 och extracellulärt reglerade kinaser , och reglering av MVP-fosforylering via SHP-2 kan vara viktig för cellöverlevnad. Dessutom har en interaktion mellan MVP och SH2-domänen av Src visats i humana magceller och 253J magcancerceller . Immunfällning och immunfluorescensanalys visade att EGF förstärkte interaktionen mellan MVP och Src, och den blockerades av Src -hämmaren PP2 . EGF stimulerar också rörelsen av MVP från kärnan till cytosolen och den perinukleära zonen av cytoplasman , där MVP kolokaliserar med Src. Rollen som MVP antas som en ny regulator av Src-medierade signaleringskaskader. MVP befanns vara ett interferon-y (IFN-y) -inducerbart protein : som svar på IFN-y, var det en signifikant ökning av nivån av mRNA och själva MVP -proteinet . Denna aktivering är involverad i interaktionen mellan STAT1 och det IFN-y-aktiverade stället i den proximala MVP - promotom . Dessutom ökade IFN-y signifikant MVP - translationshastigheten . Det har visat sig att valv kan interagera med östrogenreceptorer när de binds till östradiol och, tillsammans med receptorerna, överförs till kärnan [10] . Enligt nyare data kan valv och MVP interagera med insulinliknande tillväxtfaktor 1 , HIF1A , och även påverka två stora DNA-dubbelsträngsbrottsreparationsprocesser : icke - homolog ändfogning och homolog rekombination [11] . Således fungerar valvpartiklar som centrala plattformar för interaktion i cellulära signalkaskader [4] .

VRARP, ett annat protein som är en del av valvet, är ett poly(ADP-ribos)-polymeras [6] .

Valvens ovanliga struktur och idiosynkratiska dynamik, såväl som deras stora storlek, tyder på att valv kanske fungerar som naturliga nanobehållare för främlingsfientliga läkemedel , nukleinsyror och proteiner. Arbete pågår för att utveckla rekombinanta valv, i synnerhet för att säkerställa interaktionen av valvet med ytcellreceptorer och slutförandet av olika laster i dem [12] .

Följande tabell sammanfattar den grundläggande informationen om proteinvalvet interagerar med [8] .

Klinisk betydelse

Cancer

På 1990-talet fanns det rapporter om att valv kan vara direkt involverat i utvecklingen av multidrogresistens i cancerceller . Det visade sig att proteinet associerat med multipel resistens och känt som LRP ( English  Lung Resistance-related Protein - protein associerat med multipel resistens i lungorna ) faktiskt är en mänsklig MVP. I en annan studie visades ett samband mellan valv och multidrogresistens i SW-620 humana koloncancerceller . Behandling av SW-620 med natriumbutyrat ökade MVP-uttrycket och resulterade i resistens mot doxorubicin, vinkristin , gramicidin D och paklitaxel . Transfektion av celler med MVP-specifika ribozymer hämmade dessa aktiviteter [4] .

vRNA kan också bidra till utvecklingen av multidrogresistens. År 2009 fann man att icke-kodande vRNA kan bearbetas till små vRNA (svRNA) med deltagande av Dicer , som sedan fungerar genom RNA-interferens som miRNAs [13] : svRNA binder till ett protein från Argonaute -familjen och reglerar negativt uttrycket av CYP3A4 , ett enzym involverat i metabolismen av xenobiotika [14] .

Under de senaste åren har bevis ackumulerats för att valv är associerat med funktionen av DNA-reparationssystem i cellen, så de kan bidra till okänslighet för inte bara kemoterapi , utan även cancerstrålbehandling [11] .

Infektionssjukdomar

År 2007 rapporterade två forskargrupper att valvet var inblandat i svaret på infektioner . Det visade sig att i mänskliga B-celler infekterade med Epstein-Barr-viruset observerades ökade nivåer av vRNA, vilket kan vara involverat i virusförsvar och/eller transportmekanismer. Dessutom visades det att när mänskliga lungepitelceller infekterades med bakterien Pseudomonas aeruginosa , rekryterades MVP snabbt till lipidflottar , där det deltar i mekanismerna för att förstärka det medfödda immunsvaret . MVP -/- möss hade 3,5 gånger fler bakterier per gram lungvävnad än vildtypsmöss och var mer benägna att dö av P. aeruginosa -infektion [4] .

Evolutionär konservatism

Valv har beskrivits i däggdjur , amfibier , fåglar och slemmögeln Dictyostelium discoideum [2] . Enligt information från Pfam-databasen har homologer av proteiner som utgör valvet identifierats i Paramecium tetraurelia , kinetoplastider , många ryggradsdjur , havsanemoner Nematostella vectensis , blötdjur , Trichoplax adhaerens , plattmaskar (särskilt Echinococgel ) granu [ 5] ] .

I ett antal eukaryota organismer har homologer av valvproteiner inte hittats. Bland dem finns sådana modellorganismer som växten Arabidopsis thaliana , nematoden Caenorhabditis elegans , fruktflugan Drosophila melanogaster och bagerijäst Saccharomyces cerevisiae [16] . Men trots dessa undantag tyder den höga graden av valvlikhet mellan organismer på att dessa organeller är av viss evolutionär betydelse [2] . Enligt nya uppgifter hade den sista gemensamma förfadern till eukaryoter ett valv, men därefter gick de förlorade i ett antal grupper, inklusive svampar , insekter och möjligen växter [9] .

Anteckningar

1. ↑ Tanaka H. , Kato K. , Yamashita E. , Sumizawa T. , Zhou Y. , Yao M. , Iwasaki K. , Yoshimura M. , Tsukihara T. Strukturen hos råttlevervalv vid 3,5 Ångströms upplösning.  (engelska)  // Science (New York, NY). - 2009. - Vol. 323, nr. 5912 . - s. 384-388. - doi : 10.1126/science.1164975 . — PMID 19150846 .
2. ↑ 1 2 3 Kedersha NL , Miquel MC , Bittner D. , Rome LH Vaults. II. Ribonukleoproteinstrukturer är mycket konserverade bland högre och lägre eukaryoter.  (engelska)  // The Journal of cell biology. - 1990. - Vol. 110, nr. 4 . - P. 895-901. — PMID 1691193 .
3. ↑ Kedersha NL , Rom LH Isolering och karakterisering av en ny ribonukleoproteinpartikel: stora strukturer innehåller en enda art av litet RNA.  (engelska)  // The Journal of cell biology. - 1986. - Vol. 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. Strukturella studier av stora nukleoproteinpartiklar, valv.  (engelska)  // Proceedings of the Japan Academy. Serie B, Fysikaliska och biologiska vetenskaper. - 2012. - Vol. 88, nr. 8 . - s. 416-433. — PMID 23060231 .
5. ↑ Kedersha NL , Heuser JE , Chugani DC , Rome LH Vaults. III. Vault-ribonukleoproteinpartiklar öppnar sig i blomliknande strukturer med åttkantig symmetri.  (engelska)  // The Journal of cell biology. - 1991. - Vol. 112, nr. 2 . - S. 225-235. — PMID 1988458 .
6. ↑ 1 2 Kickhoefer VA , Siva AC , Kedersha NL , Inman EM , Ruland C. , Streuli M. , Rome LH 193-kD valvproteinet, VPARP, är ett nytt poly(ADP-ribos)-polymeras.  (engelska)  // The Journal of cell biology. - 1999. - Vol. 146, nr. 5 . - P. 917-928. — PMID 10477748 .
7. ↑ van Zon A. , Mossink MH , Scheper RJ , Sonneveld P. , Wiemer EA The vault complex.  (engelska)  // Cellulär och molekylär biovetenskap : CMLS. - 2003. - Vol. 60, nej. 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: nya roller i signalvägsreglering och immunitet.  (engelska)  // Cellulär och molekylär biovetenskap : CMLS. - 2009. - Vol. 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 antyder återuppståndelsen av det stora valvproteinet att det är förfäders i moderna eukaryoter.  (engelska)  // Genombiologi och evolution. - 2013. - Vol. 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 av valvpartiklar med östrogenreceptor i bröstcancercellen MCF-7.  (engelska)  // The Journal of cell biology. - 1998. - Vol. 141, nr. 6 . - P. 1301-1310. — PMID 9628887 .
11. ↑ 1 2 Lara PC , Pruschy M. , Zimmermann M. , Henríquez-Hernández LA MVP och valv: en roll i strålningsresponsen.  (engelska)  // Radiation oncology (London, England). - 2011. - Vol. 6. - P. 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 och reversibel fraktur av valvpartiklar.  (engelska)  // Biofysisk tidskrift. - 2014. - Vol. 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 icke-kodande RNA:t av den multidrogresistenskopplade valvpartikeln kodar för flera regulatoriska små RNA.  (engelska)  // Naturcellbiologi. - 2009. - Vol. 11, nr. 10 . - P. 1268-1271. - doi : 10.1038/ncb1972 . — PMID 19749744 .
14. ↑ Entrez-gen: cytokrom P 450 . (obestämd)
15. ↑ Major Vault Protein repeat Pfam-familjen (länk otillgänglig) . Hämtad 30 september 2015. Arkiverad från originalet 16 juni 2012. (obestämd) 
16. ↑ Rome L. , Kedersha N. , Chugani D. Låsa upp valv: organeller på jakt efter en funktion.  (engelska)  // Trender inom cellbiologi. - 1991. - Vol. 1, nr. 2-3 . - S. 47-50. — PMID 14731565 .

Litteratur

• Rome LH , Kickhoefer VA Utveckling av valvpartikeln som plattformsteknologi.  (engelska)  // ACS nano. - 2013. - Vol. 7, nr. 2 . - P. 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 av större valvprotein under människans livscykel parasit Schistosoma mansoni.  (engelska)  // Parasitology international. - 2014. - Vol. 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. Nya egenskaper hos valvarkitektur och dynamik som avslöjas genom ny förfining med hjälp av den deformerbara elastiska nätverksmetoden .  (engelska)  // Acta crystallographica. Avsnitt D, Biologisk kristallografi. - 2013. - Vol. 69, nr. Pt 6 . - P. 1054-1061. - doi : 10.1107/S0907444913004472 . — PMID 23695250 .

Länkar

• Vault-webbplats (UCLA) . (obestämd)
• MeSH Vault+Ribonukleoprotein+Partiklar