Ретикулон

Ретикулоны ( RTN у позвоночных и ретикулоноподобные белки или RNTl у других эукариот ) представляют собой группу эволюционно консервативных белков, находящихся преимущественно в эндоплазматическом ретикулуме , в первую очередь играющих роль в обеспечении кривизны мембраны . [1] Кроме того, ретикулоны могут играть роль в формировании комплекса ядерной поры , образовании везикул и других процессах, которые еще предстоит определить. [2] Они также связаны с ролью олигодендроцитов в ингибировании роста нейритов. Некоторые исследования связывают RTN с болезнью Альцгеймера и боковым амиотрофическим склерозом . [2]

Все изученные до сих пор эукариоты несут гены RTN в своих геномах . Ретикулоны отсутствуют только у архей и бактерий . У млекопитающих есть четыре гена ретикулона: RTN1 , RTN2 , RTN3 , RTN4 . Растения обладают большим количеством изоформ ретикулона , 21 из которых были идентифицированы в широко используемом модельном организме Arabidopsis thaliana . [3]

Гены обладают рядом экзонов и интронов и соответственно сплайсируются во множество изоформ . C-концевая область RTN содержит высококонсервативный домен гомологии ретикулона (RHD), тогда как другие части белка могут различаться даже в пределах одного организма. [2]

Своеобразной особенностью изоформы RTN4 RTN4A (Nogo-A) является ее способность ингибировать рост аксонов . Эта подформа ретикулона, как ни странно, отсутствует у рыб [4], таксона , известного повышенной способностью ЦНС к регенерации после травмы.

Трансмембранный белок 33 ( TMEM33 ) экзогенно подавляет функцию ретикулона 4C и, следовательно, может играть роль в определении кривизны мембраны посредством ингибирования функции ретикулона. [5]

Структура

Эволюционная история

Ретикулоновые белки , которые варьируются от 200 до 1200 аминокислот , были прослежены во всех исследованных эукариотических организмах. Семейство белков позвоночных называется ретикулонами, а все другие локализованные эукариоты называются ретикулоноподобными белками. Некоторые примеры исследованных ретикулоновых геномов эукариот находятся в Homo sapiens , Mus musculus , Danio rerio , Drosophila melanogaster , Arabidopsis thaliana и Saccharomyces cerevisiae . [2] Эти геномы не обнаружены ни у архей, ни у бактерий. Из-за их отсутствия у прокариот и тесной связи с эндоплазматическим ретикулумом (ЭР) предполагается, что ретикулоны эволюционировали вместе с эукариотической эндомембранной системой. У млекопитающих есть четыре гена ретикулона: RTN 1-4 . RTN 3 и 4 имеют более тесную идентичность последовательностей на уровне 73%, чем между 2 и 4 с идентичностью последовательностей всего на 52%. [2] Существует расхождение в последовательности между ретикулонами, поскольку их изоформы сплайсинга могут быть вариабельными даже в одном и том же организме. Это согласуется с эволюцией видов и клеточно-специфическими ролями ретикулонов. Самая длинная изоформа , Nogo-A, показала в ходе исследований, что она может ингибировать рост нейритов и регенерацию. [2] Однако эта изоформа отсутствует у рыб, у которых регенерация центральной нервной системы обширна. Ретикулоны могут различаться по функциям между видами. [2]

Структура белка ретикулона

Семейство ретикулонов содержит карбокси-концевой домен гомологии ретикулона (RHD), который имеет две гидрофобные области из 28-36 аминокислот. Эти области предположительно встроены в мембрану. Эти области разделены 60-70 аминокислотами гидрофильной петли. [2] После петли находится карбокси-концевой хвост, который имеет длину около 50 аминокислот . Амино-концевые домены не похожи на ретикулоны в пределах семейства . [2] Однако трехмерная структура сохранилась от дрожжей до растений и человека. Гидрофобная область структуры аномально длинная по сравнению с другими трансмембранными доменами. Структура ретикулона может быть связана с функцией этого белка . [2]

Локализация в ЭР, N- и C-концах

Ретикулоны обычно находятся в ЭР клеток ; однако, они также были обнаружены на поверхности клеток млекопитающих и на поверхности олигодендроцитов , где они ингибируют рост аксонов. [2] N -концевая , петлевая и C-концевая части находятся на цитозольной стороне мембраны ЭР и способны взаимодействовать с другими цитозольными белками. [6] N-концевые области в белках ретикулонов разнообразны по взаимодействию с другими субстратами. [7]

В целом, были идентифицированы три модели топологии RHD. [2] Одно открытие предполагает, что аминокислотный конец и 66-петля простираются во внеклеточное пространство. Это будет означать, что гидрофобная область замыкается сама на себя в мембране. Другие данные предполагают, что аминоконец является внутриклеточным. Наконец, третья модель объясняет, что 66-петля и аминоконцевой домен являются цитоплазматическими . Все эти модели предполагают, что ретикулоны могут иметь различную топологию в разных областях, таких как ЭР и плазматическая мембрана . [2] Это позволило бы им не только выглядеть по-разному в каждом месте, но и иметь возможность выполнять различные роли в клетке и в разных типах клеток. [2]

Первый белок ретикулона RTN 1 был охарактеризован как антиген для нейроэндокринных клеток из кДНК в нервной ткани. [2] Позднее он был переименован, когда было доказано, что он связан с ER несколькими различными методами. Ретикулоны не имеют последовательности локализации ER , но гидрофобная область RHD способна нацеливать белок-RTN на ER с помощью зеленой флуоресценции. Без RHD нет никакой связи с ER . Ретикулоны локализовались в ER у следующих организмов: дрожжи, Arabidopsis , Xenopus , Drosophila и млекопитающие. [2]

Функция

Механизмы

Данные показывают, что ретикулоны влияют на транспортировку ER и Гольджи в клетку и из нее через белки, связанные с плазматической мембраной. [7] Ретикулоны дополнительно способствуют образованию везикул и морфогенезу мембран. [2] При ингибировании RTN 4 A в клетках млекопитающих не происходит правильного формирования мембранных трубочек. У C. elegans удаление RTNL RET −1 и связанных с ним белков препятствует формированию ER во время митоза . Это также нарушает повторную сборку ядерной оболочки . Было обнаружено, что ретикулоны взаимодействуют с белками , которые участвуют в образовании везикул и морфогенезе ER . Они также участвуют во внутриклеточной транспортировке. В одном примере было показано, что увеличение экспрессии RTN 3 препятствует ретроградному транспорту белков из тел Гольджи в ER . [2] Кроме того, ретикулоны могут использоваться для формирования покрытых белковых везикул путем взаимодействия с компонентом комплекса адаптерного белка (который поддерживает оболочку на везикуле ). [8] Ретикулоны также могут быть вовлечены в апоптоз. RTN 1 C ингибирует Bcl-X L , который является ингибитором апоптоза . Также было показано, что RTN 1 C повышает чувствительность ЭР к стрессорам, что способно модулировать апоптоз . [2]

Ретикулоны также были связаны с ролью олигодендроцитов в ингибировании роста нейритов. [2] Самая длинная изоформа RTN 4 была тщательно изучена, чтобы показать, что этот белок (Nogo-A) был идентифицирован как ингибитор роста нейритов. Более конкретно, 66-петлевая область (Nogo66) является мощным ингибитором роста нейритов. [2] Многие исследования на животных показали, что ингибирование взаимодействия NogoA способствовало росту аксонов и восстановлению после травмы спинного мозга . [2] Впоследствии начались клинические испытания антител против Nogo, чтобы посмотреть, можем ли мы использовать это явление на людях . [2]

Появляется все больше доказательств того, что ретикулоны связаны с несколькими различными типами нейродегенеративных заболеваний, такими как болезнь Альцгеймера и боковой амиотрофический склероз. [2] При болезни Альцгеймера определенный фермент производит патологический агент. Ретикулоны могут мешать этим ферментам, снижая уровни Aβ . Было обнаружено, что в височных долях человека у пациентов с болезнью Альцгеймера был истощен RTN 3. [2] Тем не менее, точная связь между болезнью Альцгеймера и ретикулонами неизвестна. Также может быть связь ретикулонов с рассеянным склерозом и наследственной спастической параплегией . Сыворотка пациентов с рассеянным склерозом содержит аутоантитела против изоформы A-специфической области RTN4 . В наиболее распространенном мутировавшем белке при наследственной спастической параплегии , спастине , наблюдалось взаимодействие как с RTN1 , так и с RTN3 посредством двухгибридного скрининга. [2] Наконец, ретикулоны могут быть связаны с боковым амиотрофическим склерозом (БАС). В мышиной модели была обнаружена различная регуляция RTN 4 A. В мышечных биопсиях крыс уровни RTN4 были связаны с тяжестью заболевания. [2] Кроме того, БАС можно было предсказать с повышенной экспрессией RTN 4 A при синдромах нижних двигательных нейронов. [2]

Ретикулоны в растениях

Знания о ретикулоне более продвинуты у дрожжей и животных , чем у растений . Большая часть того, что мы знаем о растениях, может быть получена из исследований последних, с небольшим количеством исследований только растений. Локализация некоторых RTN была обнаружена в трубочках растительных клеток, образующих ER . [8] Однако исследования показывают, что ретикулоны ограничены краями цистерн ER . [6] Ученые сделали вывод, что ретикулоны играют роль в сборке ядерной оболочки во время деления клетки . Текущие исследования включают поиск гомологов белка Nogo-66 в растениях. Также есть надежда определить рецептор домена RHD в растениях. [8]

Ретикулоноподобные белки:Арабидопсис

Из-за отсутствия информации о ретикулонах ученые часто изучают ретикулоноподобные белки. Геном Arabidopsis thaliana содержит по крайней мере 19 ретикулоноподобных белков, и 15 из них были явно идентифицированы. [9] Одно исследование Arabadopsis рассматривает транспорт между органеллами и специфическими рецепторами. Регулирование транспорта рецепторов к плазматической мембране важно для распознавания патогенов . [7] Мембранно-ассоциированные белки перемещаются из ЭР в тельца Гольджи и в конечном итоге к плазматической мембране. Иммунные рецепторы, связанные с плазматической мембраной, называются рецепторами распознавания образов (PRR). [7] С помощью белковых микрочипов Arabidopsis рецептор FLAGELIN-SENSITIVE2 (FLS2), PRR , был помечен для идентификации ретикулоноподобного белка RTNLB1 и его гомолога RTNLB2. При манипулировании уровнями экспрессии RTNLB1 и RTNLB2 сигнализация рецептора FLS2 прерывалась. Сериновый кластер на N-конце белка важен для взаимодействия FLS2. [7] Хотя прямого вмешательства нет, RTNLB1 и RTNLB2 взаимодействуют с вновь созданным FLS2 для облегчения транспорта к плазматической мембране. Через домен ретикулона RTNLB1 и RTNLB2 их функция является частью более крупной белковой системы, которая регулирует секрецию FLS2. Транспортировка рецепторов рассматривается в исследованиях растений как важный процесс активности рецепторов. Роль человеческих ретикулонов, которые участвуют во внутриклеточной транспортировке белков, указывает на связь между ретикулонами и растительными RTNLB. [7]

Один из способов сравнения этих белков с ретикулонами — это рассмотрение дрожжевых клеток с дефицитом ретикулонов . Флуоресценция была обнаружена в измененных структурах ЭР этих дрожжевых клеток , а локализация FLS2 была нарушена. [7]

В другом исследовании были клонированы члены семейства RTN Arabidopsis thaliana (RTNLB13). Эти члены были экспрессированы в эпидермальных клетках табачного листа с прикрепленным желтым флуоресцентным белком (YFP). [9] RTNLB13 был локализован в ER этих клеток. Кроме того, был помечен маркер люминального ER, чтобы дополнительно показать, что при добавлении RTNLB13 в просвете ER наблюдались морфологические изменения. Анализ восстановления флуоресценции после фотообесцвечивания (FRAP) показал, что повышенная экспрессия RTNLB13 снижает вероятность растворимости белков в просвете ER . [ 9] Для дальнейшего изучения того, что расположение RTNS находится в ER , повышенная экспрессия RTNLB13 не оказала влияния на форму аппарата Гольджи и секрецию репортерного белка. [9]

Ссылки

  1. ^ Voeltz, GK; Prinz WA; Shibata Y; Rist JM; Rapoport TA (2006). «Класс мембранных белков, формирующих трубчатый эндоплазматический ретикулум». Cell . 124 (3): 573– 586. doi : 10.1016/j.cell.2005.11.047 . PMID  16469703. S2CID  12760025.
  2. ^ abcdefghijklmnopqrstu vwxyz aa ab Yang YS, Strittmatter SM (2007). "Ретикулоны: семейство белков с разнообразными функциями". Genome Biol. 8 (12): 234. doi : 10.1186/gb-2007-8-12-234 . PMC 2246256 . PMID  18177508.  
  3. ^ Hawes C, Kiviniemi P, Keichbaumer, V (2015). «Эндоплазматический ретикулум: динамичная и хорошо связанная органелла». Журнал интегративной биологии растений . 57 (1): 50– 62. doi :10.1111/jipb.12297. PMID  25319240.
  4. ^ Diekmann H, Klinger M, Oertle T, Heinz D, Pogoda HM, Schwab ME, Stuermer CA (август 2005 г.). «Анализ семейства генов ретикулона демонстрирует отсутствие ингибитора роста нейритов Nogo-A у рыб». Mol. Biol. Evol. 22 (8): 1635– 48. doi : 10.1093/molbev/msi158 . PMID  15858203.
  5. ^ "Идентификация и характеристика TMEM33 как белка, связывающего ретикулон" (PDF) . Получено 22.02.2015 .
  6. ^ ab Sparkes, Imogen; Tolley, Nicholas; Aller, Isabel; Svozil, Julia; Osterrieder, Anne; Botchway, Stanley; Mueller, Christopher; Frigerio, Lorenzo; Hawes, Chris (2010-04-01). "Пять изоформ ретикулона Arabidopsis имеют общие свойства расположения, топологии и формирования эндоплазматического ретикулума". The Plant Cell Online . 22 (4): 1333– 43. doi :10.1105/tpc.110.074385. ISSN  1040-4651. PMC 2879755 . PMID  20424177. 
  7. ^ abcdefg Ли, Хёнг Юл; Боуэн, Кристофер Хайд; Попеску, Джордж Виорел; Канг, Хонг-Гу; Като, Наохиро; Ма, Шисонг; Динеш-Кумар, Савитрама; Снайдер, Майкл; Попеску, Сорина Клаудия (2011-09-01). "Ретикулоноподобные белки Arabidopsis RTNLB1 и RTNLB2 регулируют внутриклеточный трафик и активность иммунного рецептора FLS2". The Plant Cell Online . 23 (9): 3374– 3391. doi :10.1105/tpc.111.089656. ISSN  1040-4651. PMC 3203430. PMID 21949153  . 
  8. ^ abc Nziengui, H.; Schoefs, B. (2009-02-01). "Функции ретикулонов в растениях: чему мы можем научиться у животных и дрожжей". Cellular and Molecular Life Sciences . 66 (4): 584– 95. doi :10.1007/s00018-008-8373-y. ISSN  1420-682X. PMC 11131481 . PMID  18989623. S2CID  30563495. 
  9. ^ abcd Tolley, Nicholas; Sparkes, Imogen A.; Hunter, Paul R.; Craddock, Christian P.; Nuttall, James; Roberts, Lynne M.; Hawes, Chris; Pedrazzini, Emanuela; Frigerio, Lorenzo (2008-01-01). "Сверхэкспрессия растительного ретикулона ремоделирует просвет кортикального эндоплазматического ретикулума, но не нарушает транспорт белков". Traffic . 9 (1): 94– 102. doi : 10.1111/j.1600-0854.2007.00670.x . ISSN  1600-0854. PMID  17980018.
  • Структура и топология мембран ретикулонов
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Reticulon&oldid=1228246412"