Ген LDLR находится на хромосоме 19 в полосе 19p13.2 и разделен на 18 экзонов . [8] Экзон 1 содержит сигнальную последовательность, которая локализует рецептор в эндоплазматическом ретикулуме для транспортировки на поверхность клетки. Помимо этого, экзоны 2-6 кодируют область связывания лиганда; 7-14 кодируют домен эпидермального фактора роста (EGF); 15 кодируют богатую олигосахаридом область; 16 (и некоторые из 17) кодируют область, охватывающую мембрану; и 18 (вместе с остальными 17) кодируют цитозольный домен.
Этот ген производит 6 изоформ посредством альтернативного сплайсинга. [14]
Белок
Этот белок принадлежит к семейству LDLR и состоит из ряда функционально различных доменов , включая 3 EGF-подобных домена, 7 доменов LDL-R класса A и 6 повторов LDL-R класса B. [14]
N -концевой домен рецептора ЛПНП, который отвечает за связывание лиганда, состоит из семи повторов последовательности (примерно на 50% идентичных). Каждый повтор, называемый повтором класса А или ЛПНП-А , содержит примерно 40 аминокислот, включая 6 остатков цистеина , которые образуют дисульфидные связи внутри повтора. Кроме того, каждый повтор имеет высококонсервативные кислотные остатки, которые он использует для координации одного иона кальция в октаэдрической решетке. Как дисульфидные связи, так и координация кальция необходимы для структурной целостности домена во время повторных поездок рецептора в высококислотную внутреннюю часть эндосомы . Точный механизм взаимодействия между повторами класса А и лигандом (ЛПНП) неизвестен, но считается, что повторы действуют как «захватчики», удерживая ЛПНП. Связывание ApoB требует повторов 2-7, тогда как связывание ApoE требует только повтора 5 (считается предковым повтором).
Рядом с доменом связывания лиганда находится домен гомологии предшественника EGF (домен EGFP). Он показывает приблизительно 30% гомологии с геном-предшественником EGF. Существует три повтора «фактора роста»; A, B и C. A и B тесно связаны, в то время как C разделен областью повтора YWTD , которая принимает конформацию бета-пропеллера ( домен LDL-R класса B ). Считается, что эта область отвечает за зависящий от pH конформационный сдвиг, который вызывает высвобождение связанного LDL в эндосоме .
Третий домен белка богат О-связанными олигосахаридами , но, по-видимому, не проявляет особой функции. Эксперименты по нокауту подтвердили, что без этого домена не происходит значительной потери активности. Было высказано предположение, что домен мог изначально действовать как спейсер, чтобы вытолкнуть рецептор за пределы внеклеточного матрикса .
Цитозольный C-концевой домен содержит ~50 аминокислот, включая сигнальную последовательность, важную для локализации рецепторов в покрытых клатрином ямках и для запуска рецептор-опосредованного эндоцитоза после связывания. Части цитозольной последовательности были обнаружены в других липопротеиновых рецепторах, а также в более отдаленных родственниках рецепторов. [15] [16] [17]
Мутации
Известно, что мутации, приводящие к потере функции в гене, кодирующем рецептор ЛПНП, вызывают семейную гиперхолестеринемию.
Существует 5 основных классов мутаций рецептора ЛПНП:
Мутации класса 1 влияют на синтез рецептора в эндоплазматическом ретикулуме (ЭР).
Мутации класса 2 препятствуют правильному транспорту в аппарат Гольджи, необходимому для модификации рецептора.
например, усечение белка рецептора в остатке номер 660 приводит к отсутствию доменов 3,4 и 5 домена-предшественника EGF. Это препятствует перемещению рецептора из ЭР в Гольджи и приводит к деградации белка рецептора.
Мутации класса 3 останавливают связывание ЛПНП с рецептором.
например, удаляется повтор 6 домена связывания лиганда (N-конец, внеклеточная жидкость).
Мутации класса 4 ингибируют интернализацию комплекса рецептор-лиганд.
например, мутант "JD" является результатом единичной точечной мутации в домене NPVY (C-концевой, цитозольный; остаток C преобразован в Y, остаток номер 807). Этот домен рекрутирует клатрин и другие белки, ответственные за эндоцитоз ЛПНП, поэтому эта мутация ингибирует интернализацию ЛПНП.
Мутации класса 5 приводят к появлению рецепторов, которые не могут нормально перерабатываться. Это приводит к относительно мягкому фенотипу , поскольку рецепторы все еще присутствуют на поверхности клетки (но все должны быть заново синтезированы). [18]
Мутации с приобретением функции снижают уровень ЛПНП и являются целью исследований по разработке генной терапии для лечения рефрактерной гиперхолестеринемии. [19]
Функция
Рецептор ЛПНП опосредует эндоцитоз богатых холестерином ЛПНП и, таким образом, поддерживает уровень ЛПНП в плазме. [20] Это происходит во всех ядросодержащих клетках, но в основном в печени , которая удаляет ~70% ЛПНП из кровообращения. Рецепторы ЛПНП сгруппированы в покрытых клатрином ямках, а покрытые ямки отщепляются от поверхности, образуя покрытые эндоцитарные везикулы, которые переносят ЛПНП в клетку. [21] После интернализации рецепторы диссоциируют от своих лигандов, когда они подвергаются воздействию более низкого pH в эндосомах . После диссоциации рецептор сворачивается обратно, чтобы получить закрытую конформацию, и рециклирует на поверхность клетки. [22] Быстрая рециклизация рецепторов ЛПНП обеспечивает эффективный механизм доставки холестерина в клетки. [23] [24] Также сообщалось, что посредством ассоциации с липопротеином в крови вирусы, такие как вирус гепатита С , вирусы Flaviviridae и вирус бычьей диареи, могут проникать в клетки косвенно через эндоцитоз, опосредованный LDLR. [25] LDLR был идентифицирован как основной способ проникновения вируса везикулярного стоматита у мышей и людей. [26] Кроме того, модуляция LDLR связана с ранней лимфатической дисфункцией, связанной с атеросклерозом. [27] Синтез рецепторов в клетке регулируется уровнем свободного внутриклеточного холестерина; если он в избытке для нужд клетки, то транскрипция гена рецептора будет ингибироваться. [28] Рецепторы ЛПНП транслируются рибосомами на эндоплазматическом ретикулуме и модифицируются аппаратом Гольджи перед перемещением в везикулах на поверхность клетки.
Клиническое значение
У людей ЛПНП напрямую участвует в развитии атеросклероза , который является процессом, ответственным за большинство сердечно-сосудистых заболеваний , из-за накопления ЛПНП-холестерина в крови [ требуется ссылка ] . Гипертиреоз может быть связан с пониженным уровнем холестерина посредством повышения регуляции рецептора ЛПНП, а гипотиреоз с обратным. Огромное количество исследований описало значимость рецепторов ЛПНП в патофизиологии атеросклероза, метаболического синдрома и стеатогепатита. [29] [30] Ранее было показано, что редкие мутации в генах ЛПНП способствуют риску инфаркта миокарда в отдельных семьях, тогда как распространенные варианты в более чем 45 локусах были связаны с риском инфаркта миокарда в популяции. По сравнению с неносителями, носители мутации LDLR имели более высокий уровень холестерина ЛПНП в плазме, тогда как носители мутации APOA5 имели более высокий уровень триглицеридов в плазме. [31] Недавние данные связывают риск инфаркта миокарда с мутациями кодирующей последовательности в двух генах, функционально связанных с APOA5, а именно липопротеинлипазы и аполипопротеина C-III. [32] [33] В совокупности эти наблюдения показывают, что, как и холестерин ЛПНП, нарушенный метаболизм липопротеинов, богатых триглицеридами, способствует риску инфаркта миокарда. В целом, ЛПНП имеет высокую клиническую значимость в липидах крови. [34] [35]
Клинический маркер
Исследование оценки генетического риска по нескольким локусам, основанное на комбинации 27 локусов, включая ген LDLR, выявило лиц с повышенным риском как инцидентных, так и рецидивирующих событий ишемической болезни сердца, а также улучшенную клиническую пользу от терапии статинами . Исследование было основано на исследовании когорт сообщества (исследование диеты Мальмё и рака) и четырех дополнительных рандомизированных контролируемых испытаниях первичных профилактических когорт (JUPITER и ASCOT) и вторичных профилактических когорт (CARE и PROVE IT-TIMI 22). [36]
Интерактивная карта маршрутов
Нажмите на гены, белки и метаболиты ниже, чтобы перейти к соответствующим статьям. [§ 1]
^ Интерактивную карту путей можно редактировать на WikiPathways: «Statin_Pathway_WP430».
Ссылки
^ abc GRCh38: Ensembl выпуск 89: ENSG00000130164 – Ensembl , май 2017 г.
^ abc GRCm38: Ensembl выпуск 89: ENSMUSG00000032193 – Ensembl , май 2017 г.
^ "Human PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
^ "Mouse PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
^ Südhof TC, Goldstein JL, Brown MS, Russell DW (май 1985). «Ген рецептора ЛПНП: мозаика экзонов, общих с различными белками». Science . 228 (4701): 815–22. Bibcode :1985Sci...228..815S. doi :10.1126/science.2988123. PMC 4450672 . PMID 2988123.
^ Francke U, Brown MS, Goldstein JL (май 1984). «Присвоение гена человека для рецептора липопротеинов низкой плотности хромосоме 19: синтения рецептора, лиганда и генетического заболевания». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 81 (9): 2826–30. Bibcode : 1984PNAS...81.2826F. doi : 10.1073 /pnas.81.9.2826 . PMC 345163. PMID 6326146.
^ Линдгрен В., Ласки К. Л., Рассел Д. В., Франке У. (декабрь 1985 г.). «Человеческие гены, вовлеченные в метаболизм холестерина: хромосомное картирование локусов для рецептора липопротеинов низкой плотности и 3-гидрокси-3-метилглутарил-коэнзим А-редуктазы с помощью зондов кДНК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 82 (24): 8567–71. Bibcode : 1985PNAS...82.8567L. doi : 10.1073 /pnas.82.24.8567 . PMC 390958. PMID 3866240.
^ ab "LDLR рецептор липопротеинов низкой плотности [Homo sapiens (человек)] - Ген - NCBI". www.ncbi.nlm.nih.gov . Получено 2016-10-10 .
^ Nykjaer A, Willnow TE (июнь 2002 г.). «Семейство генов рецепторов липопротеинов низкой плотности: клеточный швейцарский армейский нож?». Trends in Cell Biology . 12 (6): 273–80. doi :10.1016/S0962-8924(02)02282-1. PMID 12074887.
^ "BioGPS - ваша система генного портала". biogps.org . Получено 10 октября 2016 г.
^ "Нобелевская премия по физиологии и медицине 1985 года" (пресс-релиз). Королевская шведская академия наук. 1985. Получено 01.07.2010 .
^ Браун М. С., Голдштейн Дж. Л. (ноябрь 1984 г.). «Как рецепторы ЛПНП влияют на холестерин и атеросклероз». Scientific American . 251 (5): 58–66. Bibcode : 1984SciAm.251c..52K. doi : 10.1038/scientificamerican0984-52. PMID 6390676.
^ До Р, Ститциел Н.О., Вон Х.Х., Йоргенсен А.Б., Дуга С., Анжелика Мерлини П. и др. (февраль 2015 г.). «Секвенирование экзома выявляет редкие аллели LDLR и APOA5, повышающие риск инфаркта миокарда». Природа . 518 (7537): 102–6. Бибкод : 2015Natur.518..102.. doi :10.1038/nature13917. ПМК 4319990 . ПМИД 25487149.
^ ab "LDLR - Предшественник рецептора липопротеинов низкой плотности - Homo sapiens (Человек) - Ген и белок LDLR". www.uniprot.org . Получено 10.10.2016 .
^ Yamamoto T, Davis CG, Brown MS, Schneider WJ, Casey ML, Goldstein JL и др. (ноябрь 1984 г.). «Человеческий рецептор ЛПНП: богатый цистеином белок с множественными последовательностями Alu в его мРНК». Cell . 39 (1): 27–38. doi :10.1016/0092-8674(84)90188-0. PMID 6091915. S2CID 25822170.
^ Gent J, Braakman I (октябрь 2004 г.). «Структура и сворачивание рецепторов липопротеинов низкой плотности». Cellular and Molecular Life Sciences . 61 (19–20): 2461–70. doi :10.1007/s00018-004-4090-3. PMID 15526154. S2CID 21235282.
^ "Low Density Lipoprotein Receptor". LOVD v.1.1.0 - Leiden Open Variation Database . Архивировано из оригинала 2016-01-28 . Получено 2013-10-17 .
^ Шривастава РА (декабрь 2023 г.). «Новые возможности в управлении и лечении рефрактерной гиперхолестеринемии с использованием in vivo CRISPR-опосредованного редактирования генома/основания». Питание, метаболизм и сердечно-сосудистые заболевания . 33 (12): 2317–2325. doi :10.1016/j.numecd.2023.08.010. PMID 37805309.
^ Leren TP (ноябрь 2014 г.). «Сортировка рецептора ЛПНП со связанным PCSK9 для внутриклеточной деградации». Атеросклероз . 237 (1): 76–81. doi :10.1016/j.atherosclerosis.2014.08.038. PMID 25222343.
^ Goldstein JL, Brown MS (апрель 2009 г.). «Рецептор ЛПНП». Артериосклероз, тромбоз и сосудистая биология . 29 (4): 431–8. doi :10.1161/ATVBAHA.108.179564. PMC 2740366. PMID 19299327 .
^ Руденко Г, Генри Л, Хендерсон К, Ихченко К, Браун М.С., Голдштейн Дж.Л. и др. (декабрь 2002 г.). «Структура внеклеточного домена рецептора ЛПНП при эндосомальном pH». Science . 298 (5602): 2353–8. Bibcode :2002Sci...298.2353R. doi : 10.1126/science.1078124 . PMID 12459547. S2CID 17712211.
^ Basu SK, Goldstein JL, Anderson RG, Brown MS (май 1981). «Монензин прерывает рециркуляцию рецепторов липопротеинов низкой плотности в фибробластах человека». Cell . 24 (2): 493–502. doi :10.1016/0092-8674(81)90340-8. PMID 6263497. S2CID 29553611.
^ Браун М. С., Андерсон Р. Г., Голдштейн Дж. Л. (март 1983 г.). «Рециркуляционные рецепторы: круговой маршрут мигрирующих мембранных белков». Cell . 32 (3): 663–7. doi :10.1016/0092-8674(83)90052-1. PMID 6299572. S2CID 34919831.
^ Agnello V, Abel G, Elfahal M, Knight GB, Zhang QX (октябрь 1999 г.). «Вирус гепатита С и другие вирусы семейства flaviviridae проникают в клетки через рецептор липопротеинов низкой плотности». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 96 (22): 12766–71. Bibcode : 1999PNAS...9612766A. doi : 10.1073/pnas.96.22.12766 . PMC 23090. PMID 10535997 .
^ Finkelshtein D, Werman A, Novick D, Barak S, Rubinstein M (апрель 2013 г.). «LDL рецептор и его члены семейства служат клеточными рецепторами для вируса везикулярного стоматита». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (18): 7306–11. Bibcode :2013PNAS..110.7306F. doi : 10.1073/pnas.1214441110 . PMC 3645523 . PMID 23589850.
^ Milasan A, Dallaire F, Mayer G, Martel C (2016-01-01). "Влияние модуляции рецепторов ЛПНП на лимфатическую функцию". Scientific Reports . 6 : 27862. Bibcode :2016NatSR...627862M. doi :10.1038/srep27862. PMC 4899717 . PMID 27279328.
^ Смит Дж. Р., Осборн Т. Ф., Голдштейн Дж. Л., Браун М. С. (февраль 1990 г.). «Идентификация нуклеотидов, ответственных за энхансерную активность регуляторного элемента стерола в гене рецептора липопротеинов низкой плотности». Журнал биологической химии . 265 (4): 2306–10. doi : 10.1016/S0021-9258(19)39976-4 . PMID 2298751. S2CID 26062629.
^ Hsieh J, Koseki M, Molusky MM, Yakushiji E, Ichi I, Westerterp M и др. (Июль 2016 г.). «Дефицит TTC39B стабилизирует LXR, снижая как атеросклероз, так и стеатогепатит». Nature . 535 (7611): 303–7. Bibcode :2016Natur.535..303H. doi :10.1038/nature18628. PMC 4947007 . PMID 27383786.
^ Walter K, Min JL, Huang J, Crooks L, Memari Y, McCarthy S и др. (октябрь 2015 г.). «Проект UK10K выявляет редкие варианты в здоровье и болезни». Nature . 526 (7571): 82–90. Bibcode :2015Natur.526...82T. doi :10.1038/nature14962. PMC 4773891 . PMID 26367797.
^ Rose-Hellekant TA, Schroeder MD, Brockman JL, Zhdankin O, Bolstad R, Chen KS и др. (август 2007 г.). «Эстрогеновый рецептор-положительный рак молочной железы у трансгенных мышей TGFalpha прогрессирует с потерей рецептора прогестерона». Oncogene . 26 (36): 5238–46. doi :10.1038/sj.onc.1210340. PMC 2587149 . PMID 17334393.
^ Crosby J, Peloso GM, Auer PL, Crosslin DR, Stitziel NO, Lange LA и др. (Июль 2014 г.). «Мутации потери функции в APOC3, триглицериды и ишемическая болезнь сердца». The New England Journal of Medicine . 371 (1): 22–31. doi :10.1056/NEJMoa1307095. PMC 4180269. PMID 24941081 .
^ Jørgensen AB, Frikke-Schmidt R, Nordestgaard BG, Tybjærg-Hansen A (июль 2014 г.). «Мутации потери функции в APOC3 и риск ишемического сосудистого заболевания». The New England Journal of Medicine . 371 (1): 32–41. doi : 10.1056/NEJMoa1308027 . PMID 24941082. S2CID 26995834.
^ Теслович TM, Мусунуру K, Смит AV, Эдмондсон AC, Стилианоу IM, Косеки M и др. (август 2010 г.). «Биологическая, клиническая и популяционная значимость 95 локусов для липидов крови». Nature . 466 (7307): 707–13. Bibcode :2010Natur.466..707T. doi :10.1038/nature09270. PMC 3039276 . PMID 20686565.
^ Mega JL, Stitziel NO, Smith JG, Chasman DI, Caulfield MJ, Devlin JJ и др. (июнь 2015 г.). «Генетический риск, события ишемической болезни сердца и клиническая польза терапии статинами: анализ испытаний первичной и вторичной профилактики». Lancet . 385 (9984): 2264–71. doi :10.1016/S0140-6736(14)61730-X. PMC 4608367 . PMID 25748612.
Дальнейшее чтение
Brown MS, Goldstein JL (июль 1979). «Рецепторно-опосредованный эндоцитоз: понимание системы липопротеиновых рецепторов». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 76 (7): 3330–7. Bibcode :1979PNAS...76.3330B. doi : 10.1073/pnas.76.7.3330 . PMC 383819 . PMID 226968.
Hobbs HH, Brown MS, Goldstein JL (1993). «Молекулярная генетика гена рецептора ЛПНП при семейной гиперхолестеринемии». Human Mutation . 1 (6): 445–66. doi : 10.1002/humu.1380010602 . PMID 1301956. S2CID 5756814.
Fogelman AM, Van Lenten BJ, Warden C, Haberland ME, Edwards PA (1989). «Макрофагальные липопротеиновые рецепторы». Journal of Cell Science. Приложение . 9 : 135–49. doi : 10.1242/jcs.1988.supplement_9.7 . PMID 2855802.
Barrett PH, Watts GF (март 2002 г.). «Изменение парадигмы рецепторов ЛПНП при семейной гиперхолестеринемии: новые идеи из последних кинетических исследований метаболизма аполипопротеина B-100». Атеросклероз. Добавки . 2 (3): 1–4. doi :10.1016/S1567-5688(01)00012-5. PMID 11923121.
May P, Bock HH, Herz J (апрель 2003 г.). «Интеграция эндоцитоза и сигнальной трансдукции липопротеиновыми рецепторами». Science's STKE . 2003 (176): PE12. doi :10.1126/stke.2003.176.pe12. PMID 12671190. S2CID 24468290.
Gent J, Braakman I (октябрь 2004 г.). «Структура и сворачивание рецепторов липопротеинов низкой плотности». Cellular and Molecular Life Sciences . 61 (19–20): 2461–70. doi :10.1007/s00018-004-4090-3. PMID 15526154. S2CID 21235282.
Внешние ссылки
Описание пути рецептора ЛПНП на веб-странице лаборатории Брауна-Голдштейна