Клатрин — это белок , который играет роль в формировании покрытых пузырьков . Клатрин был впервые выделен Барбарой Пирс в 1976 году. [1] Он образует форму трискелиона, состоящую из трех тяжелых цепей клатрина и трех легких цепей. Когда трискелии взаимодействуют, они образуют многогранную решетку, которая окружает пузырьок. Название белка относится к этой решетчатой структуре, происходящей от латинского clathri, что означает решетка. [2] Барбара Пирс назвала белок клатрином по предложению Грэма Митчисона , выбрав его из трех возможных вариантов. [3] Покровные белки, такие как клатрин, используются для создания небольших пузырьков с целью транспортировки молекул внутри клеток. Эндоцитоз и экзоцитоз пузырьков позволяют клеткам общаться, переносить питательные вещества, импортировать сигнальные рецепторы, опосредовать иммунный ответ после взятия проб из внеклеточного мира и очищать клеточный мусор, оставшийся после воспаления тканей. Эндоцитарный путь может быть перехвачен вирусами и другими патогенами, чтобы проникнуть в клетку во время инфекции. [4]
Трискелион клатрина состоит из трех тяжелых цепей клатрина, взаимодействующих на своих С-концах , каждая тяжелая цепь ~190 кДа имеет легкую цепь ~25 кДа, прочно связанную с ней. Три тяжелые цепи обеспечивают структурный остов решетки клатрина, а три легкие цепи, как полагают, регулируют образование и разборку решетки клатрина. Существует две формы легких цепей клатрина, обозначенные как a и b. Основная тяжелая цепь клатрина, расположенная на хромосоме 17 у людей, обнаруживается во всех клетках. Второй ген тяжелой цепи клатрина, на хромосоме 22 , экспрессируется в мышцах. [5]
Тяжелая цепь клатрина часто описывается как нога с субдоменами, представляющими стопу ( N-концевой домен), за которым следуют лодыжка, дистальная нога, колено, проксимальная нога и домены тримеризации. N-концевой домен состоит из семилопастной структуры β-пропеллера. Другие домены образуют суперспираль коротких альфа-спиралей. Это было первоначально определено из структуры домена проксимальной ноги, которая идентифицировала и состоит из меньшего структурного модуля, называемого мотивами повторения тяжелой цепи клатрина. Легкие цепи связываются в первую очередь с проксимальной частью ноги тяжелой цепи с некоторым взаимодействием вблизи домена тримеризации. β-пропеллер на «ноге» клатрина содержит несколько участков связывания для взаимодействия с другими белками. [5]
Когда трискелии собираются вместе в растворе, они могут взаимодействовать с достаточной гибкостью, чтобы образовывать 6-сторонние кольца ( шестиугольники ), которые дают плоскую решетку, или 5-сторонние кольца ( пентагоны ), которые необходимы для образования изогнутой решетки. Когда соединяется много трискелионов, они могут образовывать структуру, похожую на корзину. Показанная структура построена из 36 трискелий, один из которых показан синим цветом. Другая распространенная сборка — усеченный икосаэдр . Чтобы заключить везикулу, в решетке должно присутствовать ровно 12 пятиугольников.
В клетке клатриновый трискелион в цитоплазме связывается с адаптерным белком, который связан с мембраной, связывая одну из трех его ножек с мембраной за раз. Клатрин не может связываться с мембраной или грузом напрямую и вместо этого использует для этого адаптерные белки. Этот трискелион будет связываться с другими прикрепленными к мембране трискелиями, образуя округлую решетку из шестиугольников и пятиугольников, напоминающую панели на футбольном мяче, которая втягивает мембрану в почку. Создавая различные комбинации из 5-сторонних и 6-сторонних колец, можно собирать везикулы разных размеров. Самая маленькая обычно изображаемая клатриновая клетка, называемая мини-пальто, имеет 12 пятиугольников и только два шестиугольника. Даже более мелкие клетки с нулевыми шестиугольниками, вероятно, не образуются из нативного белка, потому что ножки трискелии слишком громоздкие. [6]
Функция
Механизм клатрин-опосредованного эндоцитоза.
Клатрин играет роль в формировании округлых везикул в цитоплазме для внутриклеточного транспорта. Везикулы, покрытые клатрином (CCV), селективно сортируют груз на клеточной мембране , в транс- сети Гольджи и эндосомальных отсеках для множественных путей мембранного транспорта. После того, как везикула отпочковывается в цитоплазму, оболочка быстро разбирается, позволяя клатрину рециркулировать, в то время как везикула транспортируется в различные места.
Молекулы адаптера отвечают за самосборку и рекрутинг. Два примера адаптерных белков — AP180 [7] и эпсин . [8] [9] [10] AP180 используется в образовании синаптических пузырьков . Он рекрутирует клатрин к мембранам, а также способствует его полимеризации . Эпсин также рекрутирует клатрин к мембранам и способствует его полимеризации, а также может помочь деформировать мембрану, и, таким образом, покрытые клатрином пузырьки могут почковаться. В клетке трискелион, плавающий в цитоплазме, связывается с адаптерным белком, связывая одну из своих ножек с мембраной за раз. Ножка трискелиона будет связываться с другими, прикрепленными к мембране, чтобы сформировать многогранную решетку, ножку трискелиона, которая втягивает мембрану в почку. Ножка не связывается напрямую с мембраной, а связывается с адаптерными белками, которые распознают молекулы на поверхности мембраны.
Клатрин имеет и другую функцию, помимо покрытия органелл . В неделящихся клетках образование везикул, покрытых клатрином, происходит непрерывно. Образование везикул, покрытых клатрином, прекращается в клетках, находящихся в митозе . Во время митоза клатрин связывается с веретенным аппаратом в комплексе с двумя другими белками: TACC3 и ch-TOG/ CKAP5 . Клатрин помогает в конгрессе хромосом, стабилизируя кинетохорные волокна митотического веретена . Аминоконцевой домен тяжелой цепи клатрина и домен TACC TACC3 создают поверхность связывания микротрубочек для TACC3/ch-TOG/клатрина, чтобы связываться с митотическим веретеном . Стабилизация кинетохорных волокон требует тримерной структуры клатрина для сшивания микротрубочек. [11] [12] [13]
Клатрин-опосредованный эндоцитоз (CME) регулирует многие клеточные физиологические процессы, такие как интернализация факторов роста и рецепторов, проникновение патогенов и синаптическая передача. Считается, что клеточные захватчики используют питательный путь для получения доступа к репликационным механизмам клетки. Определенные сигнальные молекулы открывают питательный путь. [1] Два химических соединения, называемые Pitstop 1 и Pitstop 2, селективные ингибиторы клатрина, могут мешать патогенной активности и, таким образом, защищать клетки от вторжения. Эти два соединения селективно блокируют ассоциацию эндоцитарного лиганда с терминальным доменом клатрина in vitro. [14] Однако специфичность этих соединений для блокирования клатрин-опосредованного эндоцитоза была поставлена под сомнение. [15] Однако в более поздних исследованиях специфичность Pitstop 2 была подтверждена как зависящая от клатрина. [16]
^ ab Pearse BM (апрель 1976 г.). «Клатрин: уникальный белок, связанный с внутриклеточным переносом мембраны покрытыми везикулами». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 73 (4): 1255– 1259. Bibcode : 1976PNAS ...73.1255P. doi : 10.1073/pnas.73.4.1255 . PMC 430241. PMID 1063406.
^ "клатрат, прилагательное". Merriam-Webster . Получено 29 ноября 2023 г. .
^ "InterPro". Архивировано из оригинала 2016-01-16 . Получено 2015-10-07 .
^ ab Robinson MS (декабрь 2015 г.). «Сорок лет везикул, покрытых клатрином». Traffic . 16 (12): 1210– 38. doi : 10.1111/tra.12335 . PMID 26403691.
^ Fotin A, Kirchhausen T, Grigorieff N, Harrison SC, Walz T, Cheng Y (декабрь 2006 г.). «Определение структуры клатриновых покрытий с субнанометровым разрешением с помощью криоэлектронной микроскопии отдельных частиц». J Struct Biol . 156 (3): 453– 60. doi :10.1016/j.jsb.2006.07.001. PMC 2910098. PMID 16908193.
^ McMahon HT. "Клатрин и его взаимодействие с AP180". Лаборатория молекулярной биологии MRC. Архивировано из оригинала 2009-05-01 . Получено 2009-04-17 . микрофотографии сборки клатрина
^ Ford MG, Pearse BM , Higgins MK, Vallis Y, Owen DJ, Gibson A и др. (февраль 2001 г.). «Одновременное связывание PtdIns(4,5)P2 и клатрина с помощью AP180 при зарождении клатриновых решеток на мембранах» (PDF) . Science . 291 (5506): 1051– 1055. Bibcode :2001Sci...291.1051F. CiteSeerX 10.1.1.407.6006 . doi :10.1126/science.291.5506.1051. PMID 11161218. Архивировано из оригинала (PDF) 2008-11-21 . Получено 17 апреля 2009 г.
^ Higgins MK, McMahon HT (май 2002). "Snap-shots of clathrin-mediated endocytosis" (PDF) . Trends in Biochemical Sciences . 27 (5): 257– 263. doi :10.1016/S0968-0004(02)02089-3. PMID 12076538. Архивировано из оригинала (PDF) 21.11.2008 . Получено 17.04.2009 .
^ Royle SJ, Bright NA, Lagnado L (апрель 2005 г.). «Клатрин необходим для функционирования митотического веретена». Nature . 434 (7037): 1152– 1157. Bibcode :2005Natur.434.1152R. doi :10.1038/nature03502. PMC 3492753 . PMID 15858577.
^ Hood FE, Williams SJ, Burgess SG, Richards MW, Roth D, Straube A и др. (август 2013 г.). «Координация смежных доменов опосредует сборку TACC3-ch-TOG-клатрина и связывание митотического веретена». The Journal of Cell Biology . 202 (3): 463– 478. doi :10.1083/jcb.201211127. PMC 3734082 . PMID 23918938.
^ Причард КЛ, О'Брайен НС, Мурсия СР, Бейкер ДЖР, МакКласки А (2022-01-18). "Роль клатрина и динамина в опосредованном клатрином эндоцитозе/рециркуляции синаптических везикул и последствия при неврологических заболеваниях". Frontiers in Cellular Neuroscience . 15 : 754110. doi : 10.3389/fncel.2021.754110 . PMC 8805674 . PMID 35115907.
^ Роль терминального домена клатрина в регуляции динамики окаймленных ямок, выявленная с помощью ингибирования малых молекул | Cell, том 146, выпуск 3, 471–484, 5 августа 2011 г. Реферат Архивировано 19 января 2012 г. на Wayback Machine
^ Robertson MJ, Horatscheck A, Sauer S, von Kleist L, Baker JR, Stahlschmidt W и др. (ноябрь 2016 г.). «5-Арил-2-(нафта-1-ил)сульфонамидо-тиазол-4(5H)-оны как ингибиторы клатрина». Органическая и биомолекулярная химия . 14 (47): 11266– 11278. doi :10.1039/C6OB02308H. PMID 27853797.
Дальнейшее чтение
Wakeham DE, Chen CY, Greene B, Hwang PK, Brodsky FM (октябрь 2003 г.). «Самосборка клатрина включает в себя скоординированные слабые взаимодействия, благоприятные для клеточной регуляции». The EMBO Journal . 22 (19): 4980– 4990. doi :10.1093/emboj/cdg511. PMC 204494. PMID 14517237.
Ford MG, Mills IG, Peter BJ, Vallis Y, Praefcke GJ, Evans PR и др. (сентябрь 2002 г.). «Искривление ямок, покрытых клатрином, вызванное эпсином». Nature . 419 (6905): 361– 366. Bibcode :2002Natur.419..361F. doi :10.1038/nature01020. PMID 12353027. S2CID 4372368.
Fotin A, Cheng Y, Sliz P, Grigorieff N, Harrison SC, Kirchhausen T и др. (декабрь 2004 г.). «Молекулярная модель полной клатриновой решетки, полученная с помощью электронной криомикроскопии». Nature . 432 (7017): 573– 579. Bibcode :2004Natur.432..573F. doi :10.1038/nature03079. PMID 15502812. S2CID 4396282.
Мусави С.А., Малерод Л., Берг Т., Кьекен Р. (январь 2004 г.). «Клатрин-зависимый эндоцитоз». Биохимический журнал . 377 (Часть 1): 1–16 . doi : 10.1042/BJ20031000. ПМЦ 1223844 . ПМИД 14505490.
Smith CJ, Grigorieff N, Pearse BM (сентябрь 1998 г.). «Клатриновые покрытия при разрешении 21 А: клеточная сборка, предназначенная для рециркуляции множественных мембранных рецепторов». The EMBO Journal . 17 (17): 4943– 4953. doi :10.1093/emboj/17.17.4943. PMC 1170823 . PMID 9724631.(Модель сборки клатрина)
Pérez-Gómez J, Moore I (март 2007 г.). «Эндоцитоз растений: в конце концов, это клатрин». Current Biology . 17 (6): R217 – R219 . Bibcode : 2007CBio...17.R217P. doi : 10.1016/j.cub.2007.01.045 . PMID 17371763. S2CID 17680351. (Обзор участия клатрина в эндоцитозе растений)
Royle SJ, Bright NA, Lagnado L (апрель 2005 г.). «Клатрин необходим для функционирования митотического веретена». Nature . 434 (7037): 1152– 1157. Bibcode :2005Natur.434.1152R. doi :10.1038/nature03502. PMC 3492753 . PMID 15858577.
Hood FE, Williams SJ, Burgess SG, Richards MW, Roth D, Straube A и др. (август 2013 г.). «Координация смежных доменов опосредует сборку TACC3-ch-TOG-клатрина и связывание митотического веретена». The Journal of Cell Biology . 202 (3): 463– 478. doi :10.1083/jcb.201211127. PMC 3734082 . PMID 23918938.
Knuehl C, Chen CY, Manalo V, Hwang PK, Ota N, Brodsky FM (декабрь 2006 г.). «Новые сайты связывания на клатрине и адаптерах регулируют различные аспекты сборки оболочки». Traffic . 7 (12): 1688– 1700. doi : 10.1111/j.1600-0854.2006.00499.x . PMID 17052248. S2CID 19087208.
Edeling MA, Smith C, Owen D (январь 2006 г.). «Жизнь клатриновой оболочки: выводы из структур клатрина и AP». Nature Reviews. Молекулярная клеточная биология . 7 (1): 32– 44. doi :10.1038/nrm1786. PMID 16493411. S2CID 19393938.
