P66Shc protein

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 20 november 2015; kontroller kräver 14 redigeringar .

p66Shc  är en av isoformerna av SHC1- proteinet involverat i regleringen av cellnivån av reaktiva syrearter (ROS) , induktion av apoptos och livslängd. Utmärkande uteslutande för ryggradsdjur : det finns till exempel hos grodor och däggdjur med klor , men saknas hos Drosophila och nematoder [1] .

1999 visades en enda mutation i CH2-domänen för första gången öka livslängden hos möss. Således är p66Shc ett sällsynt exempel på en åldrande gen hos däggdjur.

Gene

p66Shc-proteinet är en av tre isoformer av SHC1- proteinet . Alla tre isoformerna innehåller en N-terminal fosfotyrosinbindande (PTB) domän och en C-terminal SH2 (Src homologi 2) domän, som är separerade av en glycin/prolin rik CH1 domän (Collagen Homology 1). Från de andra två isoformerna, p46Shc och p52Shc, skiljer sig p66Shc i närvaro av en ytterligare glycin/prolinrik CH2-domän vid N-terminalen av polypeptidkedjan. P53Shc- och p66Shc-isoformerna har också en CB-domän (cytokrombindande). [3]

Uttrycket av alla isoformer kontrolleras av olika promotorer. P52Shc och p46Shc isoformerna uttrycks i alla kroppens celler. p66Shc uttrycks överallt utom i den hematopoetiska cellinjen.

Struktur

Proteinet består av 583 aminosyror, vilket är den tyngsta av de tre SHC1-isoformerna (66 kDa).

Både PTB- och SH2-domäner binder till ett fosforylerat tyrosin som finns i en specifik kort proteinsekvens. För PTB bestäms specificiteten av de N-terminala aminosyraresterna intill fosfotyrosin och för SH2 av de C-terminala.

CH1-domänen innehåller tre nyckelrester, Y239, Y240 och Y317, som fosforyleras av olika transmembranreceptorer.

CH2-domäntyrosinerna är inte fosforylerade. Under oxidativ stress genomgår S36- resten av denna domän fosforylering.

Resterna E125, E132, E133, W134 och W148 från CB-domänen är involverade i cytokrom c -bindning .

Funktioner

Reglering av svar på mitogena signaler

p66Shc är involverad i den negativa regleringen (tystnad) av signaler för att utlösa mitos.

P46Shc och p52Shc isoformerna är involverade i att utlösa MEK (MAPK-ERK Kinase)/ERK (Extracellular-signal Regulated Kinase) kaskaden . Vid bindning till tillväxtfaktorn fosforyleras EGFR-receptorn , vilket orsakar rekrytering och fosforylering av p46Shc- och p52Shc-proteinerna. Sedan går Grb2- och Sos- proteinerna med i detta komplex , vilket utlöser MEK/ERK-kaskaden via Ras-proteinet.

p66Shc kan också binda Grb2, men ett sådant komplex är inaktivt på grund av Sos-dissociation, vilket stoppar aktiveringen av MEK/ERK-kaskaden. [fyra]

Reglering av den cellulära nivån av reaktiva syrearter (ROS)

För närvarande är flera mekanismer för reglering av ROS-nivån med deltagande av p66Shc kända.

Aktivering av NADPH-oxidas

Som nämnts ovan binder den fosforylerade formen av p52Shc till Grb2. Vanligtvis är Grb2 komplexbunden med Sos-proteinet, men bindning till p66Shc förstör detta komplex. Den frigjorda Sos binder till Eps8/E3b1-proteinerna, och detta komplex aktiverar den lilla GTPase Rac-1 , som i sin tur aktiverar NADPH-oxidas och triggar ROS-generering [5] .

Undertryckande av uttryck av gener för resistens mot oxidativ stress

Under oxidativ stress inträffar p66Shc-beroende aktivering av serin/treoninkinas Akt , som fosforylerar och inaktiverar transkriptionsfaktorer från FOX-familjen (till exempel Foxo3a ). Detta leder till en minskning av nivån av uttryck av gener för resistens mot oxidativ stress, till exempel glutationperoxidas 1, MnSOD och REF-1. I celler med mutant p66Shc förändras inte nivån av transkriptionsfaktorfosforylering efter behandling med peroxid eller ultraviolett ljus [6] .

Generering av väteperoxid i mitokondrier

En del av den cellulära p66Shc är belägen i mitokondrierna . Data om den cellulära lokaliseringen av p66Shc varierar: enligt resultaten från olika studier kan mitokondrier innehålla från 10 till 44% av den totala p66Shc [7] .

Under oxidativ stress aktiveras PKCβ2 och inducerar fosforylering av p66Shc vid S36-resten. Denna p66Shc känns igen av peptidylprolylisomeraset Pin1 , isomeriserat, och i denna form defosforyleras av typ 2 serin-treonin fosfataser och importeras till mitokondrier [8] . Där kan den, enligt en modell som är ganska vanlig idag, visa sin oxidoreduktasaktivitet : p66Shc oxiderar cytokrom c , tar reducerande ekvivalenter och ger dem till syre. Ofullständig reduktion av syre leder till bildandet av ROS.

Utlöser apoptos

Mitokondriell triggning av apoptos

Rörelsen av p66Shc in i mitokondrier kan stimuleras av olika proapoptotiska faktorer. En efterföljande ökning av koncentrationen av väteperoxid i mitokondrier leder till sammansättningen av ett multisubunit-komplex som bildar en por i det yttre mitokondriella membranet. Genom ett hål i membranet kommer cytokrom c och andra mitokondriella proteiner in i cytoplasman, vilket leder till att apoptos utlöses [9] .

Studier av en separat CH2-CB-domän visade att den finns i två former: i den reducerade formen tar den formen av en dimer och i den oxiderade formen tar den formen av en tetramer. Endast den tetramera formen har proapoptotisk aktivitet. Detta föreslog en ny modell för att utlösa p66Shc-apoptos. Under normala förhållanden återställs den tetramera formen av antioxidanter, men under förhållanden med oxidativ stress kan detta system inte klara sig. Den oxiderade formen börjar producera ROS, vilket i slutändan leder till apoptos [2] .

Förhållande med tumörsuppressor p53

Beroende på den mottagna stimulansen kan p53 -proteinet stoppa cellcykeln eller utlösa apoptos. Det visades att p66Shc ligger nedströms i p53-kaskaden under apoptosinitiering: med en ökning av p53-uttrycket ökar nivån av apoptos i celler, men detta inträffar inte i celler med mutant p66Shc. Samtidigt påverkar inte p66Shc p53-medierat cellstopp: en liten dos väteperoxid stoppar lika mycket cellcykeln både i normala celler och i celler med p66Shc-knockout [10] .

Roll i åldrandeprocessen

1999 genomfördes för första gången en studie som visade sambandet mellan p66Shc och förväntad livslängd [11] . I denna studie hittades några viktiga egenskaper hos p66Shc-proteinet:

  • En ökning av resistens mot peroxid eller ultraviolett inducerad apoptos har visats i celler med en mutant form av p66Shc (en mutation i CH2-domänen).
  • Ett fosforyleringsställe hittades i CH2-domänen (serine-36), som modifieras när celler exponeras för peroxid eller ultraviolett ljus. Fosforylering av denna rest krävs för att utlösa apoptos som svar på oxidativ stress. Resistens mot oxidativ stress har också visats in vivo . Muterade p66Shc-möss levde betydligt längre än vildtypsmöss när de fick regelbundna injektioner av det pro-apoptotiska medlet paraquat .
  • Det har också visats att p66Shc-mutantmöss lever längre än vildtypsmöss. För experimentet togs 14 vildtypsmöss, 8 heterozygoter för p66Shc-mutantformen och 15 homozygota mutanter. Efter 28 månader dog alla vildtypsmöss , 3/8 heterozygoter och 11/15 homozygoter för mutationen i p66Shc överlevde. Jämförelse av överlevnadskurvor visade signifikanta skillnader i livslängden för vildtyps- och mutanta homozygota möss. Samtidigt hittades inga synliga defekter i muterade möss.

Efter detta arbete började p66Shc betraktas som en åldrande gen (det vill säga en gen där mutationer kan förlänga livet). Denna position överensstämmer väl med effekten av p66Shc på nivån av intracellulär ROS och regleringen av apoptos.

Eftersom att slå ut p66Shc-genen leder till en ökning av livslängden för möss i laboratoriet utan synliga utvecklingsavvikelser och utan förlust av fertilitet, uppstår frågan om proteinets funktionella betydelse: varför valdes det ut av evolutionen? En studie genomfördes [12] där 3 grupper av möss (vildtyp, heterozygota och homozygota för p66Shc-mutationen) placerades i naturliga livsmiljöer vid Pure Forest biologiska station i Tver-regionen under ett år. Där upplevde mössen konkurrens om resurser, temperaturfluktuationer, attacker av rovfåglar. Under naturliga förhållanden var p66Shc-mutationen under starkt negativt urval. Möss som var homozygota för mutationen eliminerades gradvis från befolkningen, eftersom de fick problem med termoreglering, fettackumulering och reproduktion (frekvensen av maternell kannibalism ökade). Dessa observationer tyder på en viktig roll för p66-proteinet i energimetabolism och förklarar evolutionärt urval för dess funktionalitet.

År 2003 föreslogs också en korrelation mellan p66Shc - promotormetylering och livslängd [13] . p66Shc-promotom är mycket rik på GC-par; Som är känt korrelerar graden av promotormetylering med nivån av genuttryck. Det föreslogs att skillnaderna i livslängd beror på olika nivåer av metylering av p66Shc-promotom hos olika individer.

Men 2013 publicerades ett verk som ställde tvivel på den allmänt vedertagna åsikten som hade rådt i 15 år [14] . Anledningen till detta arbete var det faktum att endast 15 muterade möss användes i 1999 års arbete. Med ett så litet prov har varje djur stor inverkan på överlevnadskurvan. I arbetet 2013 utökades urvalet till 50 individer; Det fanns 4 grupper av möss: vildtyp med 5% eller 40% kalorirestriktion och mutantmöss med 5% eller 40% kalorirestriktion. Analys av de erhållna överlevnadskurvorna avslöjade inte signifikanta skillnader mellan vildtypsmöss och p66Shc-mutanter. Emellertid visade sig den 70:e percentilen av kurvan vara signifikant större hos 40 % dietmuterade möss än hos vildtypsmöss . Detta kan tyda på att, trots frånvaron av en effekt av p66Shc på åldringshastigheten, påverkar proteinet åldersrelaterade sjukdomar och, under vissa förhållanden, möjligen livslängden. Till exempel har p66Shc gen knockout visat sig minska graden av för tidig död hos överviktiga möss [15] .

Samband med vissa sjukdomar

Inverkan av p66Shc på utvecklingen av sjukdomar associerade med nivån av ROS och apoptos har studerats i många arbeten. Nedan visas resultaten av flera arbeten i denna riktning.

  • Med åldern minskar effektiviteten av endotelberoende avslappning av blodkärlens väggar, nivån av superoxid O 2 - i artärerna ökar, vilket leder till en minskning av nivån och biotillgängligheten av kväveoxid NO - en kraftfull vasodilator . Experiment på möss har visat att p66Shc gen knockout förhindrar utvecklingen av alla dessa processer, vilket förhindrar utvecklingen av åldersrelaterad endotel dysfunktion [16] .
  • Hyperkolesterolemi (högt kolesterol i blodet) ökar nivån av cellulär ROS, vilket leder till oxidation av proteiner, lipider och lipoproteiner. Det är känt att aterogenes (utveckling av ateroskleros ) moduleras av oxiderade lågdensitetslipoproteiner och redoxberoende vägar. Eftersom p66Shc är involverat i regleringen av oxidativ stress, har det föreslagits att p66Shc är associerat med aterogenes. Ett experiment på möss som utsatts för en kaloririk diet visade att i p66Shc-muterade möss minskade nivåerna av oxidativ stress, lågdensitetslipoproteinoxidation och ateromatös plackbildning signifikant [17] . De molekylära mekanismerna för påverkan av p66Shc på aterogenes studerades 2011 på mänskliga endoteliocyter. I dessa celler inducerar oxiderade lågdensitetslipoproteiner p66-fosforylering vid serin-36 genom att aktivera PKCβ2- och JNK-kinaser ( se underavsnittet "ROS-generering och initiering av apoptos" ). Denna process leder till en ökning av ROS-genereringen [18] .
  • Vissa sjukdomar kan orsaka förändringar i metabolismen av vissa celler som bevaras (ärvas) av avkommaceller efter en behandlingskur. I fallet med diabetes mellitus kallas denna epigenetiska prägling hyperglykemiskt minne [19] . Ett av de tidigaste bevisen för detta fenomen kommer från en studie som jämförde förekomsten av retinopati (en vanlig komplikation av diabetes) hos tre grupper av hundar: hundar utan diabetes, hundar med diabetes och hundar med hyperglykemi under 2,5 år, följt av normalisering av nivån glukos. Det visade sig att förekomsten av retinopati hos den senare gruppen hundar liknar den i gruppen diabetiska hundar [20] . Denna observation antydde närvaron av en "metaboliskt minne"-mekanism.
Effekten av p66Shc på hyperglykemiskt minne har studerats i humana endoteliocyter [21] . Det visades att i celler utsatta för hyperglykemi, även efter normalisering av glukosnivåer, upprätthålls en ökad nivå av uttryck av PKCβ2 och p66Shc. Tillsatsen av PKCβ2-hämmare till systemet förhindrade aktiveringen (fosforylering av serin-36) av p66Shc-proteinet och ledde till en reducerad nivå av O 2 - , vilket i sin tur återställde nivån och tillgängligheten av NO och minskade nivån av apoptos. Nedbrytning av p66Shc ledde till en minskning av PKCβ2-expression till en normal nivå, vilket tyder på att p66Shc-proteinet krävs för att öka nivån av PKCβ2-expression. Ökningen i p66Shc-uttryck undersöktes vid transkriptionsnivån. p66Shc-promotom hypometylerades i hyperglykemiska celler, och detta mönster av låg metylering kvarstod även efter normalisering av glukosnivåerna. Således upprätthöll cellerna en ökad nivå av p66Shc-transkription, vilket ledde till ökat proteinuttryck. Slutligen visades effekten av p66Shc-proteinet på hyperglykemiskt minne in vivo i diabetiska möss: nedbrytning av p66Shc resulterade i en försvagning av effekten av hyperglykemiskt minne. Även efter återställande av normala glukosnivåer försämrades endotelberoende vaskulär avslappning. Vid suppression av p66Shc-specifikt litet störande RNA återställdes endotelberoende relaxation. Nedbrytning av p66Shc minskade också genereringen av superoxid O 2 - radikal och frisättningen av cytokrom c i cytosolen.

Anteckningar

  1. ↑ Luzi L., Confalonieri S., Di Fiore PP, Pelicci PG Utveckling av Shc-funktioner från nematod till människa  (neopr.)  // Curr Opin Genet Dev. - 2000. - S. 668-674 . — PMID 11088019 .
  2. ↑ 12 E.R. _ Galimov. Rollen för p66shc i oxidativ stress och apoptos  // Acta Naturae. — 2010-01-01. - T. 2 , nej. 4 . - S. 44-51 . — ISSN 2075-8251 .
  3. ↑ Galimov ER Rollen av p66shc i oxidativ stress och apoptos  (engelska)  // Acta Naturae: tidskrift. - 2010. - S. 44-51 . — PMID 22649663 .
  4. ↑ Istvan Arany, Amir Faisal, Yoshikuni Nagamine, Robert L. Safirstein. p66shc hämmar Pro-survival Epidermal Growth Factor Receptor/ERK-signalering under allvarlig oxidativ stress i mus njurproximala tubuliceller  //  Journal of Biological Chemistry. — 2008-03-07. — Vol. 283 , utg. 10 . - P. 6110-6117 . — ISSN 1083-351X 0021-9258, 1083-351X . - doi : 10.1074/jbc.M708799200 . Arkiverad från originalet 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 leder till fosforyleringsberoende ökning av stabiliteten för p66shc-adapterproteinet: roll i Rac1-inducerad oxidativ stress  // Molecular Biology of the Cell  : journal  . - 2006. - S. 122-129 . — PMID 16251354 .
  6. ↑ Nemoto S., Finkel T. Redoxreglering av forkheadproteiner genom en p66shc-beroende signalväg  //  Science : journal. - 2002. - P. 2450-2452 . — PMID 11884717 .
  7. ↑ Nemoto S., Combs CA, French S., Ahn BH, Fergusson MM, Balaban RS, Finkel T. Genprodukten p66shc som är associerad med däggdjurs livslängd reglerar mitokondriell metabolism  (engelska)  // J Biol Chem  : journal. - 2006. - P. 10555-10560 . — PMID 16481327 .
  8. ↑ Pinton P., Rizzuto R. p66Shc, oxidativ stress och åldrande  //  Cell Cycle : journal. - 2008. - S. 304-308 . — PMID 18235239 .
  9. ↑ Marco Giorgio, Enrica Migliaccio, Francesca Orsini, Demis Paolucci, Maurizio Moroni. Elektronöverföring mellan cytokrom c och p66Shc genererar reaktiva syrearter som utlöser mitokondriell apoptos   // Cell . - Cell Press , 2005-07-29. — Vol. 122 , iss. 2 . - S. 221-233 . — ISSN 0092-8674 . - doi : 10.1016/j.cell.2005.05.011 . Arkiverad från originalet 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-signalväg kontrollerar intracellulär redoxstatus, nivåer av oxidationsskadat DNA och oxidativ stress-inducerad apoptos  (engelska)  // Onkogen : journal. - 2002. - P. 3872-3878 . — PMID 12032825 .
  11. ↑ Migliaccio E., Giorgio M., Mele S., Pelicci G., Reboldi P., Pandolfi PP, Lanfrancone L., Pelicci PG P66shc-adapterproteinet kontrollerar oxidativ stressrespons och livslängd hos däggdjur  //  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-utslagna mössen är kortlivade under naturligt tillstånd  (engelska)  // Aging Cell  : journal. - 2012. - S. 162-168 . — PMID 22081964 .
  13. ↑ Purdom S., Chen QM Länkar oxidativ stress och genetik för åldrande med p66Shc-signalering och gaffeltranskriptionsfaktorer  //  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 Inverkan av Shc-proteiner på livslängden hos möss  (engelska)  // J Gerontol A Biol Sci Med Sci  : journal. - 2013. - P. 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. Däggdjurs livslängd determinant p66shcA förmedlar fetma-inducerad insulinresistens  (engelska)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : journal.
  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. Borttagning av p66shc-genen skyddar mot åldersrelaterad  endoteldysfunktion //  Cirkulation : journal. Lippincott Williams & Wilkins, 2004. - P. 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. Borttagning av p66Shc-genen för livslängd minskar systemisk och vävnadsoxidativ stress, vaskulär cellapoptos och tidig aterogenes hos möss som matas med en fettrik diet  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : journal  . - 2003. - P. 2112-2116 . — PMID 12571362 .
  18. ↑ Shi Y., Cosentino F., Camici GG, Akhmedov A., Vanhoutte PM, Tanner FC, Lüscher TF Oxiderat lågdensitetslipoprotein aktiverar p66Shc via lektinliknande oxiderad lågdensitetslipoproteinreceptor-1, proteinkinas C-beta, och c-Jun N-terminalt kinaskinas i humana endotelceller  (англ.)  // Arterioscler Thromb Vasc Biol : journal. - 2011. - P. 2090-2097 . — PMID 21817106 .
  19. ↑ Cencioni C., Spallotta F., Greco S., Martelli F., Zeiher AM, Gaetano C. Epigenetiska mekanismer för hyperglykemiskt minne  //  Int J Biochem Cell Biol : journal. - 2014. - S. 155-158 . — PMID 24786298 .
  20. ↑ Engerman RL, Kern TS Progression av begynnande diabetisk retinopati under god glykemisk kontroll  //  Diabetes : journal. - 1987. - P. 808-812 . — PMID 3556280 .
  21. ↑ Paneni F., Mocharla P., Akhmedov A., Costantino S., Osto E., Volpe M., Lüscher TF, Cosentino F. Gentystnad av mitokondriella adaptern p66(Shc) undertrycker vaskulärt hyperglykemiskt minne vid diabetes  (eng. )  // Circ Res : journal. - 2012. - S. 278-289 . — PMID 22693349 .