Seif (organelle)

Vault , sau bolta ribonucleoproteinelor citoplasmatice (din  engleză  -  „arch”), este un organel eucariot , din punct de vedere chimic este o ribonucleoproteină . Sub un microscop electronic , aceste organite seamănă cu bolta unei cupole de catedrală cu o axă de simetrie de 39 de ori [1] . Funcțiile seifului sunt puțin înțelese, dar până acum există dovezi ale implicării lor în diferite căi de semnalizare celulară . Este posibil ca vault să fie implicat în dezvoltarea fenomenului de rezistență la multidrog la chimioterapia cancerului . Ele se găsesc în multe tipuri de celule eucariote și sunt foarte conservate printre eucariote [2] .

Istoria studiului

Vault au fost descoperite si izolate cu succes din ficatul de sobolan in 1986 de catre biologul celular Nancy Kedersha si  biochimistul Leonard Rome de la Scoala de Medicina UCLA [ 3 . Bolile au fost descrise inițial ca particule ovoide care contaminează preparatele de vezicule acoperite cu clatrină . Particulele au fost izolate prin centrifugare cu gradient de densitate a și electroforeză pe gel de agaroză . S-a dovedit că au o structură simetrică în formă de butoi, similară cu bolta unei catedrale gotice, pentru care particulele și-au primit numele (de la bolta engleză - boltă). Bolta a fost estimată inițial la 35 × 35 × 65 nm³ , dar ulterior a fost rafinată la 41 × 41 × 72,5 nm³ folosind tehnici de microscopie crioelectronică . Astfel, bolțile sunt cele mai mari nucleoproteine ​​citosolice non-icosaedrice descrise vreodată. Structura bolții a fost studiată în continuare folosind analiza de difracție de raze X și rezonanța magnetică nucleară . În 2009, structura unei bolți de ficat de șobolan a fost determinată cu o rezoluție de 3,5 Å [4] .    

structura seifului

Vault - cele mai mari particule de ribonucleoproteine. Ca mărime, sunt de aproximativ 3 ori mai mari decât ribozomul și cântăresc aproximativ 13 MDa [5] . Bolile sunt compuse în mare parte din proteine ​​și, prin urmare, sunt dificil de colorat cu tehnici standard. Componenta proteinei de boltă este reprezentată de multe molecule ale proteinei majore (MVP) (95,8 kDa), care reprezintă mai mult de 70% din proteina totală din particule [6] , precum și de VPARP (~192) kDa) și TEP1 (~291 kDa). În plus, bolta include ARN de boltă ( vARN ) 86-141 nucleotide lungime [7] . Masa totală de ARN din boltă este estimată la ~460 kDa [4] .

Particula de boltă atinge aproximativ 670 Å în lungime și are un diametru cel mai mare de ~400 Å. Peretele are o grosime de numai 15–25 Å; în interiorul acestuia se află o cavitate cu o lungime de aproximativ 620 Å și un diametru maxim de ~350 Å. Particula este formată din două jumătăți simetrice, fiecare dintre acestea fiind formată din trei părți: corpul, secțiunea umărului și capacul. Corpul conține 78 de copii ale celor 9 domenii repetate structurale MVP (39 de copii în fiecare jumătate), porțiunea conică este formată cap la capăt de domeniile repetate structurale R1. Înălțimea regiunii umărului este de ~25 Å, iar diametrul este de ~315 Å. Capacele sunt prezente la ambele capete ale particulei și fiecare conține 39 de copii ale domeniului helix-cap ( residuuri de aminoacizi MVP de la Asp647 la Leu802) și domeniul inel-cap (Gly803 la Ala845). Înălțimea capacului este de ~155 Å, iar diametrele interioare și exterioare ale domeniului inelului capacului ajung la ~50 Å și, respectiv, ∼130 Å [4] .

MVP conține 9 domenii structurale repetate (R1-R9). Domeniile R8 și R9 constau din cinci foi antiparalele β, notate S1, S2, S3, S4 și S5. Restul de șapte domenii au două foi β suplimentare (S2a și S2b) introduse între S2 și S3. Potrivit unor rapoarte, R1, precum R8 și R9, constă din cinci foi antiparalele β, în timp ce R2 are două frunze antiparalele mai lungi între S2 și S3. Fiecare domeniu are un miez hidrofob . Analiza secvențelor de aminoacizi a arătat că R3 și R4 pot avea două domenii EF hand . Studii ulterioare au arătat că MVP interacționează cu alte proteine , cum ar fi PTEN, prin presupusele două domenii de mână EF cu participarea ionilor de Ca 2+ , cu toate acestea, nu toate datele experimentale sunt de acord cu acest lucru [4] .

Regiunea umărului (Pro520 până la Val646) se pliază într-un singur domeniu globular α/β cu 4 foi antiparalele beta pe o parte și patru elice α pe cealaltă. Aparent, în zona umerilor există elemente responsabile de interacțiunea bolții cu plutele lipidice [4] .

Domeniul cap-helix se înfășoară într-o α-helix de 42 de spire, care se potrivește într-o superbobină. Domeniul capac-inel este situat la capătul capacului și formează o structură în formă de U cu elemente elicoidale la ambele capete [4] .

ARNv-urile sunt acoperite la capetele particulelor de boltă. Proteina TEP1 pare să fie situată în partea superioară a părții plate a capacului, unde regiunea sa repetitivă WD40 formează o structură inelală β-propeller . Porțiunea N-terminală a TEP1 conține 4 domenii repetate cu funcționalitate neclară, un domeniu de legare a ARN și un domeniu de legare ATP / GTP . S-a demonstrat că TEP1 interacționează cu ARN-ul telomerazei și cu diferite ARNv umane. VPARP-urile sunt localizate în primul rând în antetul seifului [4] .

Următorul tabel rezumă elementele de bază ale componentelor seifului [8] .

Funcții

Distribuția largă a bolții și conservatorismul lor evolutiv sugerează că aceste organite au funcții biologice importante, deși se cunosc foarte puține lucruri despre ele. Nu se știe nimic despre funcțiile originale ale bolții în celulele protiste. Cu toate acestea, există câteva sugestii cu privire la rolul bolții în celulele de mamifere [4] . În special, sa remarcat că bolta este deosebit de abundentă în țesuturi și celule asociate cu curățarea corpului, de exemplu, macrofage [9] .

S-a emis ipoteza că bolțile servesc drept „dopuri” principale în complexele de pori nucleari . Analiza de imunofluorescență folosind anticorpi anti-bolta a arătat că în nucleele de celule hepatice de șobolan izolate , bolta a fost localizată pe suprafața membranei nucleare . Microscopia imunoelectronică folosind anticorpi secundari conjugați cu aur a arătat că în nucleele izolate, bolțile sunt asociate cu complexe de pori nucleari. Prin urmare, este posibil ca bolta să poată participa la transportul nucleocitoplasmatic [4] .

În 2005, s-a sugerat că vARN-urile umane hvg1 și hvg2 se pot lega de medicamentul anti-cancer mitoxantronă , precum și să joace un rol important în exportul de compuși toxici . Cu toate acestea, un alt studiu a arătat că întreruperea genei MVP la șoareci nu a condus la creșterea sensibilității la medicamentele citotoxice. Mai mult, șoarecii de tip sălbatic și cu deficit de MVP au prezentat același răspuns la doxorubicină . Un alt studiu a arătat că distrugerea MVP cu ARN -uri interferente mici nu a afectat îndepărtarea doxorubicei din nucleu. În plus, reglarea în sus a expresiei MVP în celulele chimioresponsive nu a crescut rezistența la medicamente. Aceste rezultate sugerează că MVP și bolta nu contribuie direct la rezistența la agenții citostatici [4] .

O serie de studii recente au arătat implicarea seifului în diferite căi de semnalizare celulară , iar numărul acestor căi este în continuă creștere. Folosind un sistem cu două hibride de drojdie , s-a demonstrat că MVP se poate lega de PTEN , o proteină supresoare de tumori care defosforilează fosfatidilinozitol-3,4,5-trifosfat , reglând negativ fosfoinozitid-3-kinaza / proteina calea de semnalizare a kinazei B. Motivul de legare a fosfoinozitidului N-terminal și domeniul C2 al PTEN pot interacționa cu MVP. MVP este un substrat pentru tirozin fosfataza SHP-2 , care conține un domeniu SH2 (omologie Src 2) și servește ca o proteină de schelă în calea de semnalizare a factorului de creștere epidermică (EGF) . S-a dovedit că domeniile SH2 ale SHP-2 se leagă de MVP fosforilat la reziduurile de tirozină , iar această legare este îmbunătățită de EGF. Astfel, MVP funcționează ca o proteină de schelă pentru SHP-2 și kinazele reglate extracelular , iar reglarea fosforilării MVP prin SHP-2 poate fi importantă pentru supraviețuirea celulară. În plus, a fost demonstrată o interacțiune între MVP și domeniul SH2 al Src în celulele gastrice umane și în celulele canceroase gastrice 253J . Imunoprecipitarea și analiza imunofluorescentă au arătat că EGF a îmbunătățit interacțiunea dintre MVP și Src și a fost blocat de inhibitorul Src PP2 . EGF stimulează, de asemenea, mișcarea MVP de la nucleu la citosol și zona perinucleară a citoplasmei , unde MVP se colocaliza cu Src. Rolul MVP este asumat ca un nou regulator al cascadelor de semnalizare mediate de Src. Sa constatat că MVP este o proteină inductibilă cu interferon-γ (IFN-y) : ca răspuns la IFN-y, a existat o creștere semnificativă a nivelului de ARNm și a proteinei MVP în sine. Această activare este implicată în interacțiunea dintre STAT1 și situsul activat IFN-y în promotorul MVP proximal. În plus, IFN-γ a crescut semnificativ rata de traducere a MVP . S-a demonstrat că vault poate interacționa cu receptorii de estrogeni atunci când este legat de estradiol și, împreună cu receptorii, sunt transferați în nucleu [10] . Conform datelor recente, bolta și MVP pot interacționa cu factorul de creștere asemănător insulinei 1 , HIF1A și, de asemenea, pot afecta două procese majore de reparare a ruperii duble-catenari a ADN-ului : îmbinarea la capăt neomolog și recombinarea omoloagă [ 11] . Astfel, particulele de boltă funcționează ca platforme centrale de interacțiune în cascadele de semnalizare celulară [4] .

VRARP, o altă proteină care face parte din seif, este o poli(ADP-riboză) polimerază [6] .

Structura neobișnuită și dinamica idiosincratică a bolților, precum și dimensiunea lor mare, sugerează că probabil bolțile funcționează ca nanocontainere naturale pentru xenobiotice , acizi nucleici și proteine. Se lucrează pentru a dezvolta bolți recombinante, în special, pentru a asigura interacțiunea bolții cu receptorii celulelor de suprafață și încheierea diferitelor încărcături în acestea [12] .

Următorul tabel rezumă informațiile de bază despre seiful de proteine ​​cu care interacționează [8] .

Semnificație clinică

Cancer

În anii 1990, au existat rapoarte că vault ar putea fi direct implicat în dezvoltarea rezistenței la mai multe medicamente în celulele canceroase . S-a dovedit că proteina asociată cu rezistența multiplă și cunoscută sub numele de LRP ( proteina înrudită cu rezistența pulmonară în engleză  - proteina asociată cu rezistența multiplă în plămâni ) este de fapt un MVP uman. Într-un alt studiu, a fost demonstrată o asociere între rezistența la mai multe medicamente și rezistența la mai multe medicamente în celulele canceroase de colon umane SW-620 . Tratamentul SW-620 cu butirat de sodiu a crescut expresia MVP și a dus la rezistența la doxorubicină, vincristină , gramicidină D și paclitaxel . Transfecția celulelor cu ribozime specifice MVP a inhibat aceste activități [4] .

vARN-urile pot contribui, de asemenea, la dezvoltarea rezistenței la mai multe medicamente. În 2009, s-a descoperit că vARN-urile necodificatoare pot fi procesate în vARN-uri mici (svRNAs) cu participarea lui Dicer , care apoi funcționează prin interferență ARN ca miARN -urile [13] : ARNv-urile se leagă de o proteină din familia Argonaute și reglează negativ. expresia CYP3A4 , o enzimă implicată în metabolismul xenobioticelor [14] .

În ultimii ani, s-au acumulat dovezi că bolta este asociată cu funcționarea sistemelor de reparare a ADN-ului din celulă, astfel încât acestea pot contribui la insensibilitatea nu numai la chimioterapie , ci și la radioterapia cancerului [11] .

Boli infecțioase

În 2007, două grupuri de cercetare au raportat implicarea seifului în răspunsul la infecții . S-a dovedit că în celulele B umane infectate cu virusul Epstein-Barr s- au observat niveluri crescute de ARNv, care pot fi implicate în mecanismele de apărare și/sau transport ale virusului . În plus, sa demonstrat că atunci când celulele epiteliale pulmonare umane au fost infectate cu bacteria Pseudomonas aeruginosa , MVP a fost recrutat rapid în plutele lipidice , unde participă la mecanismele de creștere a răspunsului imun înnăscut . Șoarecii MVP -/- au avut de 3,5 ori mai multe bacterii per gram de țesut pulmonar decât șoarecii de tip sălbatic și au avut mai multe șanse să moară din cauza infecției cu P. aeruginosa [4] .

Conservatorism evoluționist

Bolta au fost descrise la mamifere , amfibieni , păsări și mucegaiul slime Dictyostelium discoideum [2] . Conform informațiilor din baza de date Pfam , omologi ai proteinelor care alcătuiesc bolta au fost identificați în Paramecium tetraurelia , kinetoplastide , multe vertebrate , anemone de mare Nematostella vectensis , moluște , Trichoplax adhaerens , viermi plati (în special, granule și granule [ echoanosflagelcocculates )] ] .

Într-un număr de organisme eucariote, nu s-au găsit omologi ai proteinelor din boltă. Printre acestea se numără organisme model precum planta Arabidopsis thaliana , nematodul Caenorhabditis elegans , musca de fructe Drosophila melanogaster și drojdia de brutărie Saccharomyces cerevisiae [16] . Cu toate acestea, în ciuda acestor excepții, gradul ridicat de similitudine a bolții între organisme sugerează că aceste organite au o oarecare importanță evolutivă [2] . Conform datelor recente, ultimul strămoș comun al eucariotelor avea o boltă, dar ulterior s-au pierdut într-un număr de grupuri, inclusiv ciuperci , insecte și posibil plante [9] .

Note

1. ↑ Tanaka H. , Kato K. , Yamashita E. , Sumizawa T. , Zhou Y. , Yao M. , Iwasaki K. , Yoshimura M. , Tsukihara T. The structure of rat liver vault la rezoluție de 3,5 angstrom.  (engleză)  // Știință (New York, NY). - 2009. - Vol. 323, nr. 5912 . - P. 384-388. - doi : 10.1126/science.1164975 . — PMID 19150846 .
2. ↑ 1 2 3 Kedersha NL , Miquel MC , Bittner D. , Rome LH Vaults. II. Structurile ribonucleoproteice sunt foarte conservate între eucariotele superioare și inferioare.  (Engleză)  // Jurnalul de biologie celulară. - 1990. - Vol. 110, nr. 4 . - P. 895-901. — PMID 1691193 .
3. ↑ Kedersha NL , Roma LH Izolarea și caracterizarea unei noi particule de ribonucleoproteină: structurile mari conțin o singură specie de ARN mic.  (Engleză)  // Jurnalul de biologie celulară. - 1986. - Vol. 103, nr. 3 . - P. 699-709. — PMID 2943744 .
4. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Tanaka H. , Tsukihara T. Studii structurale ale particulelor mari de nucleoproteine, bolți.  (engleză)  // Proceedings of the Japan Academy. Seria B, Științe fizice și biologice. - 2012. - Vol. 88, nr. 8 . - P. 416-433. — PMID 23060231 .
5. ↑ Kedersha NL , Heuser JE , Chugani DC , Rome LH Vaults. III. Particulele de ribonucleoproteine ​​de boltă se deschid în structuri asemănătoare unei flori cu simetrie octogonală.  (Engleză)  // Jurnalul de biologie celulară. - 1991. - Vol. 112, nr. 2 . - P. 225-235. — PMID 1988458 .
6. ↑ 1 2 Kickhoefer VA , Siva AC , Kedersha NL , Inman EM , Ruland C. , Streuli M. , Rome LH The 193-kD vault protein, VPARP, este o nouă poli(ADP-riboză) polimerază.  (Engleză)  // Jurnalul de biologie celulară. - 1999. - Vol. 146, nr. 5 . - P. 917-928. — PMID 10477748 .
7. ↑ van Zon A. , Mossink MH , Scheper RJ , Sonneveld P. , Wiemer EA The vault complex.  (Engleză)  // Științe celulare și moleculare ale vieții : CMLS. - 2003. - Vol. 60, nr. 9 . - P. 1828-1837. - doi : 10.1007/s00018-003-3030-y . — PMID 14523546 .
8. ↑ 1 2 Berger W. , Steiner E. , Grusch M. , Elbling L. , Micksche M. Vaults and the major vault protein: novel roles in signal pathway regulation and imunitate.  (Engleză)  // Științe celulare și moleculare ale vieții : CMLS. - 2009. - Vol. 66, nr. 1 . - P. 43-61. - doi : 10.1007/s00018-008-8364-z . — PMID 18759128 .
9. ↑ 1 2 Daly TK , Sutherland-Smith AJ , Penny D. Resurecția in silico a proteinei majore de boltă sugerează că este ancestrală la eucariotele moderne.  (Engleză)  // Biologia și evoluția genomului. - 2013. - Vol. 5, nr. 8 . - P. 1567-1583. - doi : 10.1093/gbe/evt113 . — PMID 23887922 .
10. ↑ Abbondanza C. , Rossi V. , Roscigno A. , Gallo L. , Belsito A. , Piluso G. , Medici N. , Nigro V. , Molinari AM , Moncharmont B. , Puca GA Interaction of vault particles with estrogen receptor in celula cancerului de sân MCF-7.  (Engleză)  // Jurnalul de biologie celulară. - 1998. - Vol. 141, nr. 6 . - P. 1301-1310. — PMID 9628887 .
11. ↑ 1 2 Lara PC , Pruschy M. , Zimmermann M. , Henríquez-Hernández LA MVP și bolți: un rol în răspunsul la radiații.  (engleză)  // Radiation oncology (Londra, Anglia). - 2011. - Vol. 6. - P. 148. - doi : 10.1186/1748-717X-6-148 . — PMID 22040803 .
12. ↑ Llauró A. , Guerra P. , Irigoyen N. , Rodríguez JF , Verdaguer N. , de Pablo PJ Stabilitatea mecanică și fractura reversibilă a particulelor de boltă.  (engleză)  // Jurnal biofizic. - 2014. - Vol. 106, nr. 3 . - P. 687-695. - doi : 10.1016/j.bpj.2013.12.035 . — PMID 24507609 .
13. ↑ Persson H. , Kvist A. , Vallon-Christersson J. , Medstrand P. , Borg A. , Rovira C. ARN-ul non-coding al particulei de boltă legată de rezistență la mai multe medicamente codifică ARN-uri mici de reglementare multiple.  (engleză)  // Nature cell biology. - 2009. - Vol. 11, nr. 10 . - P. 1268-1271. - doi : 10.1038/ncb1972 . — PMID 19749744 .
14. ↑ Gena Entrez: citocromul P 450 . (nedefinit)
15. ↑ Major Vault Protein repetă familia Pfam (link inaccesibil) . Consultat la 30 septembrie 2015. Arhivat din original la 16 iunie 2012. (nedefinit) 
16. ↑ Roma L. , Kedersha N. , Chugani D. Deblocarea bolților: organele în căutarea unei funcții.  (Engleză)  // Tendințe în biologia celulară. - 1991. - Vol. 1, nr. 2-3 . - P. 47-50. — PMID 14731565 .

Literatură

• Roma LH , Kickhoefer VA Dezvoltarea particulei de boltă ca tehnologie de platformă.  (engleză)  // ACS nano. - 2013. - Vol. 7, nr. 2 . - P. 889-902. doi :/ nn3052082 . — PMID 23267674 .
• Reis EV , Pereira RV , Gomes M. , Jannotti-Passos LK , Baba EH , Coelho PM , Mattos AC , Couto FF , Castro-Borges W. , Guerra-Sá R. Characterization of major vault protein during the life cycle of the human parazitul Schistosoma mansoni.  (engleză)  // Parasitology international. - 2014. - Vol. 63, nr. 1 . - P. 120-126. - doi : 10.1016/j.parint.2013.10.005 . — PMID 24148287 .
• Casañas A. , Querol-Audí J. , Guerra P. , Pous J. , Tanaka H. , Tsukihara T. , Verdaguer N. , Fita I. Noi caracteristici ale arhitecturii și dinamicii bolților relevate de un rafinament nou folosind abordarea rețelei elastice deformabile .  (engleză)  // Acta crystallographica. Secțiunea D, Cristalografie biologică. - 2013. - Vol. 69, nr. Pt 6 . - P. 1054-1061. - doi : 10.1107/S0907444913004472 . — PMID 23695250 .

Link -uri

• Site-ul web Vault (UCLA) . (nedefinit)
• MeSH Vault+Ribonucleoprotein+Particule