Потенциал-чувствительная фосфатаза
Класс ферментов

Потенциал-чувствительные фосфатазы или фосфатазы, содержащие датчики напряжения , обычно сокращенно VSP , представляют собой семейство белков, обнаруженных у многих видов, включая людей, мышей, данио-рерио, лягушек и асцидий.

"мультипликация, сравнивающая потенциалзависимые ионные каналы и VSP"
мультяшное сравнение потенциалзависимых ионных каналов и VSP
Семейство белков
Идентификаторы
СимволВСП
суперсемейство OPM447
белок ОПМ4г80

Открытие

Первая чувствительная к напряжению фосфатаза была обнаружена в результате поиска по всему геному у морской асцидии Ciona intestinalis . [1] Поиск был разработан для идентификации белков, содержащих последовательность аминокислот, называемую датчиком напряжения, поскольку эта последовательность аминокислот придает чувствительность к напряжению потенциалзависимым ионным каналам . [2] [3] [4] Хотя первоначальный геномный анализ был в первую очередь связан с эволюцией потенциалзависимых ионных каналов, одним из результатов работы стало открытие белка VSP у морской асцидии, названного Ci-VSP . [5]

Гомологи Ci-VSP у млекопитающих называются трансмембранными фосфатазами с гомологией тензина , или TPTE . TPTE (теперь также называемый hVSP2 [6] ) и близкородственный TPIP (также называемый TPTE2 или hVSP1 [6] ) были идентифицированы до открытия Ci-VSP, [7] [8] [9] [10] однако в первоначальных сообщениях об этих белках не было описано никакой потенциал-зависимой активности. Впоследствии были использованы вычислительные методы, чтобы предположить, что эти белки могут быть чувствительными к напряжению, [11] однако Ci-VSP по-прежнему широко рассматривается как первый идентифицированный VSP. [12] [13]

Распределение видов и тканей

VSP обнаружены у животных и хоанофлагеллят , хотя утеряны у нематод и насекомых. [14] У людей есть два члена, TPTE и TPTE2, которые являются результатом специфической для приматов дупликации [1]. Большинство отчетов указывают, что VSP обнаружены в основном в репродуктивной ткани, особенно в семенниках. Другие обнаруженные VSP включают: Dr-VSP ( зебрафиш Danio rerio , 2008, [15] 2022 [16] ), Gg-VSP ( курица Gallus gallus domesticus , 2014), [17] Xl-VSP1, Xl-VSP2 и Xt-VSP (лягушки: X. laevis и X. tropicalis , 2011), [18] TPTE (мышь), [19] [20] и т. д.

После открытия Ci-VSP, номенклатура, используемая для наименования этих белков, состоит из двух букв, соответствующих начальным буквам названия вида, за которыми следует аббревиатура VSP. Для человеческих VSP было предложено принять названия Hs-VSP1 и Hs-VSP2 при упоминании TPIP и TPTE соответственно. [13] [21]

Структура и функции

VSP состоят из двух белковых доменов : домена датчика напряжения и домена фосфатазы, соединенного с доменом C2, связывающим липиды.

Датчик напряжения

Рисунок, иллюстрирующий движение сегмента S4 датчика напряжения в ответ на деполяризацию.

Домен датчика напряжения содержит четыре трансмембранные спирали, называемые S1 по S4. Трансмембранная спираль S4 содержит ряд положительно заряженных остатков аминокислот аргинина и лизина. Чувствительность к напряжению в VSP генерируется в первую очередь этими зарядами в S4, во многом таким же образом, как потенциал-зависимые ионные каналы управляются напряжением. Когда положительный заряд накапливается на одной стороне мембраны, содержащей такие датчики напряжения, он генерирует электрическую силу, давящую на S4 в противоположном направлении. Таким образом, изменения мембранного потенциала перемещают S4 вперед и назад через мембрану, позволяя датчику напряжения действовать как переключатель. Активация датчика напряжения происходит при деполяризованных потенциалах, то есть: когда мембрана собирает больше положительного заряда на внутреннем листке. И наоборот, деактивация датчика напряжения происходит при гиперполяризованных потенциалах, когда мембрана собирает больше отрицательного заряда на внутреннем листке. Активация датчика напряжения увеличивает активность домена фосфатазы, тогда как дезактивация датчика напряжения снижает активность фосфатазы.

Фосфатаза

Домен фосфатазы в VSPs в высокой степени гомологичен супрессору опухолей PTEN и действует, удаляя фосфатные группы из фосфолипидов в мембране, содержащей VSP. Фосфолипиды, такие как инозитолфосфаты, являются сигнальными молекулами, которые оказывают различные эффекты в зависимости от паттерна, по которому они фосфорилируются и дефосфорилируются. Таким образом, действие VSPs заключается в косвенной регуляции процессов, зависящих от фосфолипидов.

Основным субстратом, который был охарактеризован до сих пор для VSP (включая hVSP1 [6], но не hVSP2/ TPTE , который не проявляет активности фосфатазы), является фосфатидилинозитол (4,5)-бисфосфат , который VSP дефосфорилируют в 5'-положении. [22] [23] Однако активность VSP была зарегистрирована и против других фосфоинозитидов , включая фосфатидилинозитол (3,4,5)-трифосфат , который также дефосфорилируется в 5'-положении. [24] Также была продемонстрирована активность против 3-фосфата PI(3,4)P 2 ; эта активность, по-видимому, становится очевидной при высоких мембранных потенциалах, при более низких потенциалах преобладает активность 5'-фосфатазы. [25]

Рентгеновские кристаллические структуры

Этот морф был создан в Chimera с использованием структур Ci-VSP PDB 3V0D, 3V0F, 4G7V и 4G80. Каталитический домен показан розовым цветом, а домен, чувствительный к напряжению, — синим. Красные остатки — это аргинины в S4, а синий остаток показывает глутамат в предлагаемой петле управления, регулирующей доступ к каталитическому цистеину (показано оранжевым). Часть отсутствующей области между двумя доменами была смоделирована с использованием сервера CPHmodels 3.2 (показано серым цветом).

Рентгеновская кристаллография использовалась для создания изображений высокого разрешения двух доменов Ci-VSP, отдельных друг от друга. [26] [27] [28] Вводя небольшие мутации в белок, исследователи создали кристаллические структуры как домена, чувствительного к напряжению, так и домена фосфатазы из Ci-VSP в том, что считается «включенным» и «выключенным» состояниями. Эти структуры привели к модели активации VSP, где перемещение датчика напряжения влияет на конформационное изменение в «воротной петле», перемещая остаток глутамата в воротах от каталитического кармана домена фосфатазы для увеличения активности фосфатазы.

Использование в исследованиях и биологии

VSP использовались в качестве инструмента для манипулирования фосфолипидами в экспериментальных условиях. Поскольку мембранный потенциал можно контролировать с помощью методов пэтч-кламп , размещение VSP в мембране позволяет экспериментаторам быстро дефосфорилировать субстраты VSP. Датчики напряжения VSP также использовались для разработки различных типов генетически кодируемых индикаторов напряжения (GEVI). Эти зонды позволяют экспериментаторам визуализировать напряжение в мембранах с помощью флуоресценции. Однако нормальная роль, которую VSP играют в организме, до сих пор не до конца изучена.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Окамура Ю, Нишино А, Мурата Ю, Накадзё К, Ивасаки Х, Оцука Ю, Танака-Кунисима М, Такахаши Н, Хара Ю, Ёсида Т, Нишида М, Окадо Х, Ватари Х, Мейнерцхаген И.А., Сато Н, Такахаси К, Сато Ю, Окада Ю, Мори Ю (август 2005 г.). «Комплексный анализ генома асцидий открывает новое понимание молекулярной эволюции генов ионных каналов». Физиологическая геномика . 22 (3): 269–82 . doi :10.1152/физиологогеномика.00229.2004. ПМИД  15914577.
  2. ^ Liman ER, Hess P, Weaver F, Koren G (октябрь 1991 г.). «Остатки, чувствительные к напряжению, в области S4 млекопитающего канала K+». Nature . 353 (6346): 752– 6. Bibcode :1991Natur.353..752L. doi :10.1038/353752a0. PMID  1944534. S2CID  4372265.
  3. ^ Papazian DM, Timpe LC, Jan YN, Jan LY (январь 1991). "Изменение зависимости напряжения от калиевого канала Shaker мутациями в последовательности S4". Nature . 349 (6307): 305– 10. Bibcode :1991Natur.349..305P. doi :10.1038/349305a0. PMID  1846229. S2CID  4239823.
  4. ^ Shao XM, Papazian DM (август 1993). "Мутации S4 изменяют кинетику одноканального гейтинга каналов Shaker K+". Neuron . 11 (2): 343– 52. doi :10.1016/0896-6273(93)90189-X. PMID  8352942. S2CID  26474737.
  5. ^ Murata Y, Iwasaki H, Sasaki M, Inaba K, Okamura Y (июнь 2005 г.). «Активность фосфоинозитидфосфатазы, связанная с собственным датчиком напряжения». Nature . 435 (7046): 1239– 43. Bibcode :2005Natur.435.1239M. doi :10.1038/nature03650. PMID  15902207. S2CID  4427755.
  6. ^ abc Халашович CR, Лейтнер М.Г., Маврантони А., Ле А, Фрецца Л., Фойер А., Шрайбер Д.Н., Вильяльба-Галеа Калифорния, Оливер Д. (ноябрь 2012 г.). «Человеческая фосфолипидфосфатаза, активируемая трансмембранным контрольным модулем». Журнал исследований липидов . 53 (11): 2266–74 . doi : 10.1194/jlr.M026021 . ПМЦ 3465996 . ПМИД  22896666. 
  7. ^ Guipponi, M.; Tapparel, C.; Jousson, O.; Scamuffa, N.; Mas, C.; Rossier, C.; Hutter, P.; Meda, P.; Lyle, R. (2001-12-01). «Мышиный ортолог белка TPTE, локализованного в аппарате Гольджи, дает ключи к эволюционной истории семейства генов TPTE человека» (PDF) . Human Genetics . 109 (6): 569– 575. doi :10.1007/s004390100607. ISSN  0340-6717. PMID  11810268. S2CID  8267495.
  8. ^ Walker SM, Downes CP, Leslie NR (декабрь 2001 г.). «TPIP: новая фосфоинозитид-3-фосфатаза». The Biochemical Journal . 360 (Pt 2): 277– 83. doi :10.1042/0264-6021:3600277. PMC 1222227. PMID  11716755 . 
  9. ^ Wu, Y.; Dowbenko, D.; Pisabarro, MT; Dillard-Telm, L.; Koeppen, H.; Lasky, LA (2001-06-15). "PTEN 2, ассоциированный с аппаратом Гольджи тестис-специфический гомолог липидной фосфатазы супрессора опухолей PTEN". Журнал биологической химии . 276 (24): 21745– 21753. doi : 10.1074/jbc.M101480200 . ISSN  0021-9258. PMID  11279206.
  10. ^ Chen, H.; Rossier, C.; Morris, MA; Scott, HS; Gos, A.; Bairoch, A.; Antonarakis, SE (1999-11-01). «Ген, специфичный для яичек, TPTE, кодирует предполагаемую трансмембранную тирозиновую фосфатазу и отображается в перицентромерной области человеческих хромосом 21 и 13, а также в хромосомах 15, 22 и Y». Human Genetics . 105 (5): 399– 409. doi :10.1007/s004390051122 (неактивен 1 ноября 2024 г.). ISSN  0340-6717. PMID  10598804.{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на ноябрь 2024 г. ( ссылка )
  11. ^ Куманович, Аттила; Левин, Гал; Блаунт, Пол (2002-10-01). «Семейные связи закрытых пор: эволюция сенсорного модуля». FASEB Journal . 16 (12): 1623– 1629. doi : 10.1096/fj.02-0238hyp . ISSN  1530-6860. PMID  12374785. S2CID  9820811.
  12. ^ Okamura Y, Murata Y, Iwasaki H (февраль 2009 г.). «Фосфатаза, чувствительная к напряжению: действия и потенциалы». Журнал физиологии . 587 (3): 513–20 . doi :10.1113/jphysiol.2008.163097. PMC 2670076. PMID  19074969 . 
  13. ^ ab Villalba-Galea CA (2012). «Управляемые напряжением ферменты: новые бифроны Януса». Frontiers in Pharmacology . 3 : 161. doi : 10.3389/fphar.2012.00161 . PMC 3440755. PMID  22993507 . 
  14. ^ Чен, Марк Дж.; Диксон, Джек Э.; Мэннинг, Джерард (2017-04-11). «Геномика и эволюция протеинфосфатаз». Science Signaling . 10 (474): eaag1796. doi :10.1126/scisignal.aag1796. ISSN  1937-9145. PMID  28400531. S2CID  41041971.
  15. ^ Хоссейн, штат Мэриленд Исраил; Ивасаки, Хирохиде; Окочи, Ёсифуми; Шахин, Мохамед; Хигасиджима, Шиничи; Нагаяма, Куниаки; Окамура, Ясуши (27 июня 2008 г.). «Ферментный домен влияет на движение датчика напряжения в потенциал-чувствительных фосфатазах асцидий и рыбок данио». Журнал биологической химии . 283 (26): 18248–18259 . doi : 10.1074/jbc.M706184200 . ISSN  0021-9258. ПМИД  18375390.
  16. ^ Ратанайота, Адисорн; Мацуда, Макото; Кимура, Юкико; Такенага, Фумико; Мизуно, Томоаки; Хоссейн, штат Мэриленд Исраил; Хигасиджима, Синъити; Каваи, Такафуми; Огасавара, Мичио; Окамура, Ясуши (10 сентября 2022 г.). «Вольт-чувствительная фосфатаза (Vsp) регулирует зависимое от эндоцитоза поглощение питательных веществ в энтероцитах хордовых». Коммуникационная биология . 5 (1): 948. doi : 10.1038/s42003-022-03916-6 . ISSN  2399-3642. ПМЦ 9464190 . ПМИД  36088390. 
  17. ^ Ямагучи, Синдзи; Аоки, Наоя; Китадзима, Такааки; Окамура, Ясуши; Хомма, Коичи Дж. (2014-10-01). «Экспрессия гена фосфатазы, чувствительной к напряжению, в тканях эмбриона цыпленка и во взрослом мозжечке». Коммуникативная и интегративная биология . 7 (5): e9705021. doi :10.4161/19420889.2014.970502. PMC 4594614. PMID 26843905  . 
  18. ^ Ратзан, Уильям Дж.; Евсиков, Алексей В.; Окамура, Ясуши; Джаффе, Лауринда А. (2011-11-01). «Чувствительные к напряжению фосфоинозитидфосфатазы Xenopus: их распределение в тканях и зависимость от напряжения». Журнал клеточной физиологии . 226 (11): 2740– 2746. doi :10.1002/jcp.22854. ISSN  1097-4652. PMC 3181042. PMID 21618529  . 
  19. ^ "Tpte – MCG118205, изоформа CRA_c – Mus musculus (мышь) – ген и белок Tpte". www.uniprot.org . Получено 11.05.2017 .
  20. ^ Каваи, Такафуми; Мията, Харухико; Наканиши, Хироки; Саката, Сохей; Мориока, Шин; Сасаки, Дзюнко; Ватанабэ, Масахико; Сакимура, Кэндзи; Фудзимото, Тоёси; Сасаки, Такехико; Икава, Масахито; Окамура, Ясуси (2019-11-27). «Поляризованное распределение PtdIns(4,5)P2, опосредованное фосфатазой, чувствительной к напряжению (VSP), регулирует подвижность сперматозоидов». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 116 (51): 26020– 26028. Bibcode : 2019PNAS..11626020K. doi : 10.1073/pnas.1916867116 . ISSN  0027-8424. PMC 6925991 . PMID  31776261. 
  21. ^ Окамура, Ясуси; Каванабэ, Акира; Каваи, Такафуми (1 августа 2018 г.). «Фосфатазы, чувствительные к напряжению: биофизика, физиология и молекулярная инженерия». Physiological Reviews . 98 (4): 2097–2131 . doi : 10.1152/physrev.00056.2017 . ISSN  1522-1210. PMID  30067160.
  22. ^ Iwasaki H, Murata Y, Kim Y, Hossain MI, Worby CA, Dixon JE, McCormack T, Sasaki T, Okamura Y (июнь 2008 г.). «Фосфатаза, чувствительная к напряжению, Ci-VSP, которая имеет такую ​​же последовательность, как PTEN, дефосфорилирует фосфатидилинозитол 4,5-бисфосфат». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (23): 7970– 5. Bibcode : 2008PNAS..105.7970I. doi : 10.1073/pnas.0803936105 . PMC 2430346. PMID  18524949 . 
  23. ^ Halaszovich CR, Schreiber DN, Oliver D (январь 2009). «Ci-VSP — это деполяризационно-активируемая фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфатная и фосфатидилинозитол-3,4,5-трифосфатная 5'-фосфатаза». Журнал биологической химии . 284 (4): 2106– 13. doi : 10.1074/jbc.M803543200 . PMID  19047057.
  24. ^ Халасович, Кристиан Р.; Шрайбер, Даниэла Н.; Оливер, Доминик (2009-01-23). ​​«Ci-VSP — это деполяризационно-активируемая фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфатная и фосфатидилинозитол-3,4,5-трифосфатная 5'-фосфатаза». Журнал биологической химии . 284 (4): 2106– 2113. doi : 10.1074/jbc.M803543200 . ISSN  0021-9258. PMID  19047057.
  25. ^ Курокава Т., Такасуга С., Саката С., Ямагучи С., Хори С., Хомма К.Дж., Сасаки Т., Окамура И. (июнь 2012 г.). «3' Активность фосфатазы в отношении фосфатидилинозитол 3,4-бисфосфата [PI(3,4)P2] с помощью фосфатазы, чувствительной к напряжению (VSP)». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (25): 10089– 94. doi : 10.1073/pnas.1203799109 . PMC 3382541. PMID  22645351 . 
  26. ^ Matsuda M, Takeshita K, Kurokawa T, Sakata S, Suzuki M, Yamashita E, Okamura Y, Nakagawa A (июль 2011 г.). «Кристаллическая структура цитоплазматической фосфатазы и гомолога тензина (PTEN)-подобной области чувствительной к напряжению фосфатазы Ciona intestinalis дает представление о субстратной специфичности и окислительно-восстановительной регуляции активности фосфоинозитидфосфатазы». Журнал биологической химии . 286 (26): 23368– 77. doi : 10.1074/jbc.M110.214361 . PMC 3123101. PMID  21543329 . 
  27. ^ Ли, Куфей; Вандерлинг, Шерри; Падух, Марчин; Медовой, Дэвид; Сингхарой, Абишек; МакГриви, Райан; Виллалба-Галеа, Карлос А.; Халс, Рэймонд Э.; Ру, Бенуа (2014-03-01). "Структурный механизм зависимого от напряжения стробирования в изолированном домене, чувствительном к напряжению". Nature Structural & Molecular Biology . 21 (3): 244– 252. doi :10.1038/nsmb.2768. ISSN  1545-9985. PMC 4116111 . PMID  24487958. 
  28. ^ Liu L, Kohout SC, Xu Q, Müller S, Kimberlin CR, Isacoff EY, Minor DL ​​(май 2012). «Переключатель глутамата контролирует функцию чувствительной к напряжению фосфатазы». Nature Structural & Molecular Biology . 19 (6): 633– 41. doi :10.1038/nsmb.2289. PMC 3529583 . PMID  22562138. 
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Напряжение_чувствительная_фосфатаза&oldid=1254988018"