Фосфатидилинозитол 3,5-бисфосфат - Phosphatidylinositol 3,5-bisphosphate

Фосфатидилинозитол 3,5-бисфосфат (PtdIns (3,5) P2) - один из семи фосфоинозитиды обнаружен в мембранах эукариотических клеток.[1]В покоящихся ячейках уровни PtdIns (3,5) P2, обычно определяемые количественно ВЭЖХ, являются самыми низкими среди постоянно присутствующих фосфоинозитидов. Они примерно в 3-5 раз ниже по сравнению с PtdIns3P и PtdIns5P (Фосфатидилинозитол 5-фосфат ) и более чем в 100 раз ниже, чем у распространенного PtdIns4P (Фосфатидилинозитол 4-фосфат ) и PtdIns (4,5) P2.[2]PtdIns (3,5) P2 впервые обнаружен у мышей. фибробласты и зародышевые дрожжи С. cerevisiae в 1997 г.[3][4]У S. cerevisiae PtdIns (3,5) уровни P2 резко повышаются во время гиперосмотического шока.[4]Ответ на гиперосмотическую нагрузку не сохраняется в большинстве протестированных клеток млекопитающих, за исключением дифференцированных адипоцитов 3T3L1.[4][5]

Метаболизм

Единственный известный в настоящее время путь производства PtdIns (3,5) P2 - это синтез, катализируемый фосфоинозитидкиназой. PIKfyve. Эксперименты по отслеживанию импульсов на фибробластах мышей показывают, что PtdIns (3,5) P2 возвращается в PtdIns3P вскоре после своего синтеза.[3]В клетках млекопитающих PtdIns (3,5) P2 синтезируется и превращается в PtdIns3P уникальным белковым комплексом, содержащим два фермента с противоположной активностью: фосфоинозитидкиназу PIKfyve и содержащая домен Sac1 PtdIns (3,5) P2 5-фосфатаза, Sac3 /Рис4.[6]Два фермента не взаимодействуют напрямую. Скорее, они объединены ассоциированным регулятором PIKfyve, который называется ArPIKfyve /VAC14, который формирует тройной регуляторный комплекс, известный как комплекс PAS (от первых букв PIKfyve / ArPIKfyve / Sac3).[7]PIKfyve прикрепляет комплекс PAS к Rab5GTP / PtdIns3P-обогащенным эндосомным микродоменам через свои FYVE finger домен, который избирательно связывает PtdIns3P.[8][9][10]Существенная роль комплекса PAS в синтезе и обороте PtdIns (3,5) P2 подтверждается данными о siRNA-опосредованном сайленсинге белков и гетерологичной экспрессии компонентов комплекса PAS в различных типах клеток, а также данными о генетическом нокауте PAS сложные белки.[5][6][11] [12][13][14][15]

Дополнительный путь для оборота PtdIns (3,5) P2 включает семейство миотубуляринов фосфатаз. Миотубуларин 1 и MTMR2 дефосфорилируют положение 3 PtdIns (3,5) P2; следовательно, продуктом этого гидролиза является PtdIns5P, а не PtdIns3P.[16]Белки комплекса PAS эволюционно консервативны с ортологами, обнаруженными в S. cerevisae (т.е. белки Fab1p, Vac14p и Fig4p), а также у всех эукариот с секвенированными геномами. Следовательно, считается, что PtdIns (3,5) P2 присутствует у всех эукариот, где он регулирует аналогичные клеточные функции. Дрожжи Fab1p, Vac14p и Fig4p также образуют комплекс, называемый комплексом Fab1.[17]Однако комплекс Fab1 содержит дополнительные белки,[18]которые могут добавить дополнительный слой регуляции PtdIns (3,5) P2 у дрожжей. Состав белковых комплексов, регулирующих уровни PtdIns (3,5) P2 у других видов, еще предстоит выяснить.

Функции и регулирование

PtdIns (3,5) P2 регулирует эндосомные операции (деление и слияние), которые поддерживают эндомембранный гомеостаз и правильную работу путей переноса, исходящих из эндосом или пересекающих их. Снижение уровней PtdIns (3,5) P2 при нарушениях клеточного PIKfyve за счет гетерологичной экспрессии ферментативно неактивных точечных мутантов PIKfyve,[19]siRNA-медикаментозное молчание,[20]фармакологическое торможение[21]и ПИКФЫВЕ нокаут[13]все они вызывают образование множества цитозольных вакуолей, которые со временем становятся больше. Важно отметить, что вакуолизация, вызванная дисфункцией PIKfyve и истощением PtdIns (3,5) P2, является обратимой и может быть выборочно устранена с помощью цитозольной микроинъекции PtdIns (3,5) P2,[22]сверхэкспрессия PIKfyve[19]или вымывание ингибитора PIKfyve YM201636.[21]Активность Sac3 фосфатазы в комплексе PAS также играет важную роль в регуляции уровней PtdIns (3,5) P2 и поддержании эндомембранного гомеостаза. Таким образом, цитоплазматическая вакуолизация, индуцированная доминантно-отрицательным мутантом PIKfyveK1831E, подавляется при совместной экспрессии точечного мутанта, неактивного по фосфатазе Sac3, вместе с ArPIKfyve.[12]Анализы восстановления in vitro слияния эндосом и образования / отделения (деления) мультивезикулярных тел (MVB) предполагают положительную роль PtdIns (3,5) P2 в делении MVB из созревающих ранних эндосом и отрицательную роль в слиянии эндосом. [6][8]PtdIns (3,5) P2 участвует в зависимом от микротрубочек ретроградном транспорте от ранних / поздних эндосом к транс сети Гольджи. [20][23]

Острая терапия инсулином увеличивает уровни PtdIns (3,5) P2 в адипоцитах 3T3L1 как в изолированных мембранах, так и в интактных клетках, что способствует влиянию инсулина на транслокацию поверхности GLUT4 и транспорт глюкозы.[11][12]Эти клетки также демонстрируют заметное увеличение PtdIns (3,5) P2 при гиперосмотическом шоке.[5]Другие стимулы, включая митогенные сигналы, такие как Ил-2 и УФ-излучение в лимфоциты,[24]активация протеинкиназа C от PMA в тромбоциты[25]и EGF стимуляция COS-клеток, [26]также увеличивают уровни P2 PtdIns (3,5).

PtdIns (3,5) P2 играет ключевую роль в росте и развитии, о чем свидетельствует доимплантационная летальность модели мышей с нокаутом PIKfyve.[13] Тот факт, что гетерозиготные мыши PIKfyve якобы нормальны и доживают до позднего взросления, имея только ~ 60% уровней PtdIns (3,5) P2 дикого типа, предполагает, что PtdIns (3,5) P2 обычно может быть в избытке. [13]

Нокаут ArPIKfyve / Vac14 или Sac3 / Fig4 у мышей приводит к снижению уровней PtdIns (3,5) P2 на 30-50% и вызывает аналогичную массивную центральную нейродегенерацию и периферическую невропатию.[14][15]Эти исследования предполагают, что снижение уровней PtdIns (3,5) P2 по еще не выявленному механизму опосредует гибель нейронов. Напротив, нокаут фосфатазы MTMR2, который также вызывает периферическую невропатию, сопровождается повышением PtdIns (3,5) P2.[27]Таким образом, остается неясным, влияют ли и как аномальные уровни PtdIns (3,5) P2 избирательно на функции периферических нейронов.

Эффекторы

Фосфоинозитиды обычно рассматриваются как заякоренные в мембране сигналы, рекрутирующие специфические цитозольные эффекторные белки. До сих пор было предложено несколько белков в качестве потенциальных эффекторов PtdIns (3,5) P2. К сожалению, ожидания, что такие эффекторы будут эволюционно консервативными и будут иметь общий PtdIns (3,5) P2-связывающий мотив высокой аффинности, остаются нереализованными. Например, делеция Atg18p, белка, также участвующего в аутофагия у S. cerevisae вызывает увеличение вакуолей и 10-кратное повышение уровня PtdIns (3,5) P2. Atg18p связывает PtdIns (3,5) P2 с высоким сродством и специфичностью.[28]Однако, за исключением аутофагии, ортологи Atg18p млекопитающих не обладают сходными функциями. [29]Два др. Дрожжевых белка (Ent3p и Ent5p), обнаруженные в предвакуолярных и эндосомных структурах, являются потенциальными эффекторами PtdIns (3,5) P2 в сортировке MVB. Они содержат фосфоинозитид-связывающий домен ENTH, и их делеция вызывает дефекты сортировки MVB, напоминающие те, о которых сообщалось для делеции Fab1p.[30] Однако ни Ent3p, ни Ent5p не обладают предпочтительной и высокой аффинной специфичностью связывания с PtdIns (3,5) P2 in vitro. [31]VPS24 млекопитающих (член семейства заряженных мультивезикулярных белков тела (CHMP)) является еще одним предполагаемым эффектором PtdIns (3,5) P2. [32]Увы, измерения поверхностного плазмонного резонанса не подтверждают специфическое или высокоаффинное распознавание PtdIns (3,5) P2 как для VPS24 млекопитающих, так и для дрожжей. [31]Человеческий трансмембранный катионный канал TRPML1 (генетическая инактивация которого вызывает лизосомную болезнь накопления) был недавно выдвинут как эффектор PtdIns (3,5) P2 на основании анализов связывания in vitro и его способности восстанавливать фенотип вакуолизации в фибробластах из ArPIKfyve / Vac14. нокаутные мыши.[33]Но удаление ортологичного белка у дрожжей не вызывает увеличения вакуолей,[34]это ставит под сомнение эволюционное сохранение этого эффекторного механизма. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы подтвердить эти или раскрыть еще неизвестные эффекторы PtdIns (3,5) P2.

использованная литература

  1. ^ Ди Паоло Г., Де Камилли П. Фосфоинозитиды в регуляции клеток и мембранной динамике. Природа. 2006 г., 12 октября; 443 (7112): 651-7. PMID  17035995
  2. ^ Шишева А. Регулирование динамики везикул Glut4 с помощью фосфоинозитидкиназ и фосфоинозитидфосфатаз. Front Biosci. 1 сентября 2003 г .; 8: s945-56. Обзор. PMID  12957825
  3. ^ а б Whiteford CC, Brearley CA, Ulug ET. Фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфат определяет новый путь PI 3-киназы в покоящихся фибробластах мыши. Biochem J. 1997, 1 мая; 323 (Pt 3): 597-601. PMID  9169590
  4. ^ а б c Голубь СК, Кук Ф.Т., Дуглас М.Р., Сэйерс Л.Г., Паркер П.Дж., Мичелл Р.Х. Осмотический стресс активирует синтез фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфата. Природа. 1997 13 ноября; 390 (6656): 187-92. PMID  9367158
  5. ^ а б c Сбрисса Д., Шишева А. Приобретение беспрецедентного повышения уровня фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфата в гиперосмотически стрессированных адипоцитах 3T3-L1, опосредованное путем ArPIKfyve-PIKfyve. J Biol Chem. 2005 4 марта; 280 (9): 7883-9. Epub 2004 16 ноября. PMID  15546865
  6. ^ а б c Сбрисса Д., Иконов О.К., Фу З., Иджуин Т., Грюнберг Дж., Такенава Т., Шишева А. Аппарат основного белка для синтеза и обмена фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфата у млекопитающих, который регулирует прогрессирование эндосомного транспорта. Новая Sac-фосфатаза присоединяется к комплексу ArPIKfyve-PIKfyve. J Biol Chem. 2007, 17 августа; 282 (33): 23878-91. Epub 2007 7 июня. Дои:10.1074 / jbc.M611678200 PMID  17556371
  7. ^ Sbrissa D, Ikonomov OC, Fenner H, Shisheva A. Гомомерные и гетеромерные взаимодействия ArPIKfyve скаффолд PIKfyve и Sac3 в комплексе, чтобы способствовать активности и функциональности PIKfyve. J Mol Biol. 26 декабря 2008 г .; 384 (4): 766-79. Epub 2008 11 октября. Дои:10.1016 / j.jmb.2008.10.009 PMID  18950639
  8. ^ а б Икономов О.К., Сбрисса Д., Шишева А. Локализованный синтез PtdIns 3,5-P2 для регулирования динамики и слияния ранних эндосом. Am J Physiol Cell Physiol. 2006 август; 291 (2): C393-404. Epub 2006 1 марта. Дои:10.1152 / ajpcell.00019.2006 PMID  16510848
  9. ^ Шишева А., Сбрисса Д., Иконов О. Клонирование, характеристика и экспрессия новой Zn2 + -связывающей фосфоинозитидкиназы FYVE-пальца в инсулино-чувствительных клетках. Mol Cell Biol. 1999 Jan; 19 (1): 623-34. PMID  9858586
  10. ^ Сбрисса Д., Иконов О.К., Шишева А. Фосфатидилинозитол-3-фосфат-взаимодействующие домены в PIKfyve. Специфичность и роль связывания в PIKfyve. Эндоменбранная локализация. J Biol Chem. 2002 22 февраля; 277 (8): 6073-9. Epub 2001 12 ноября. Дои:10.1074 / jbc.M110194200 PMID  11706043
  11. ^ а б Икономов О.С., Сбрисса Д., Дондапати Р., Шишева А. Взаимодействие и роль арПИКфив-ПИКфив в регулируемой инсулином транслокации GLUT4 и транспорте глюкозы в адипоцитах 3T3-L1. Exp Cell Res. 1 июля 2007 г .; 313 (11): 2404-16. Epub 2007 30 марта. Дои:10.1016 / j.yexcr.2007.03.024 PMID  17475247
  12. ^ а б c Икономов О.К., Сбрисса Д., Феннер Х., Шишева А. Основной комплекс PIKfyve-ArPIKfyve-Sac3: места контакта и их последствия для активности фосфатазы Sac3 и гомеостаза эндоцитарной мембраны. J Biol Chem. 18 декабря 2009 г .; 284 (51): 35794-806. Epub. Дои:10.1074 / jbc.M109.037515 PMID  19840946
  13. ^ а б c d Икономов О.К., Сбрисса Д., Дельвеккио К., Се Й., Джин Дж. П., Рапполи Д., Шишева А. Фосфоинозитидкиназа PIKfyve жизненно важна для раннего эмбрионального развития: доимплантационная летальность PIKfyve - / - эмбрионов, но нормальность PIKfyve +/- мышей. J Biol Chem. 2011 15 апреля; 286 (15): 13404-13. Epub 2011 24 февраля. Дои:10.1074 / jbc.M111.222364 PMID  21349843
  14. ^ а б Чжан Ю., Золов С.Н., Чоу С.Й., Слуцкий С.Г., Ричардсон С.К., Пайпер Р.С., Ян Б., Нау Дж.Дж., Вестрик Р.Дж., Моррисон С.Дж., Мейслер М.Х., Вайсман Л.С. Потеря Vac14, регулятора сигнального липида фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфата, приводит к нейродегенерации у мышей. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2007 30 октября; 104 (44): 17518-23. Epub 2007 23 октября.PMID  17956977
  15. ^ а б Чоу CY, Zhang Y, Dowling JJ, Jin N, Adamska M, Shiga K, Szigeti K, Shy ME, Li J, Zhang X, Lupski JR, Weisman LS, Meisler MH. Мутация FIG4 вызывает нейродегенерацию у мышей с бледным тремором и пациентов с CMT4J. Природа. 5 июля 2007 г .; 448 (7149): 68-72. Epub 2007 17 июня.PMID  17572665
  16. ^ Шишева А. П.ИКфыве: Партнеры, значение, споры и парадоксы. Cell Biol Int. 2008 июн; 32 (6): 591-604. Epub 2008 25 января. Обзор.Дои:10.1016 / j.cellbi.2008.01.006 PMID  18304842
  17. ^ Ботельо Р.Дж., Эфе Дж.А., Тейс Д., Эмр С.Д. Сборка сигнального комплекса фосфоинозитидкиназы Fab1 требует фосфоинозитидфосфатазы Fig4. Клетка Mol Biol. Октябрь 2008 г .; 19 (10): 4273-86. Epub 2008 23 июля. PMID  1865348
  18. ^ Джин Н., Чоу CY, Лю Л., Золов С.Н., Бронсон Р., Дэвиссон М., Петерсен Д.Л., Чжан Ю., Парк С., Дуэкс Д.Е., Голдовиц Д., Мейслер М.Х., Вайсман Л.С. VAC14 является ядром белкового комплекса, необходимого для быстрого взаимного превращения PI3P и PI (3,5) P (2) у дрожжей и мышей. EMBO J. 17 декабря 2008 г .; 27 (24): 3221-34. Epub 2008 27 ноября. Дои:10.1038 / emboj.2008.248 PMID  19037259
  19. ^ а б Икономов О.Ц., Сбрисса Д., Шишева А. Морфология клеток млекопитающих и гомеостаз эндоцитарных мембран требуют ферментативно активной фосфоинозитид-5-киназы PIKfyve. J Biol Chem. 2001 13 июля; 276 (28): 26141-7. Epub 2001 2 апреля. Дои:10.1074 / jbc.M101722200 PMID  11285266
  20. ^ а б Резерфорд А.С., Трэер С., Вассмер Т., Паттни К., Буйни М.В., Карлтон Дж. Г., Стенмарк Х., Каллен П. Дж.. Фосфатидилинозитол-3-фосфат-5-киназа (PIKfyve) млекопитающих регулирует ретроградный транспорт эндосом в TGN. J Cell Sci. 2006 г., 1 октября; 119 (19): 3944-57. Epub 2006 5 сентября. Дои:10.1242 / jcs.03153 PMID  16954148
  21. ^ а б Джеффрис Х. Б., Кук Ф. Т., Джат П., Бушерон С., Коидзуми Т., Хаякава М., Кайдзава Х., Охиси Т., Уоркман П., Уотерфилд М.Д., Паркер П.Дж. Селективный ингибитор PIKfyve блокирует продукцию PtdIns (3,5) P (2) и нарушает эндомембранный транспорт и ретровирусное почкование. EMBO Rep. 2008 Февраль; 9 (2): 164-70. Epub 2008 11 января. Дои:10.1038 / sj.embor.7401155 PMID  18188180
  22. ^ Ikonomov OC, Sbrissa D, Mlak K, Kanzaki M, Pessin J, Shisheva A. Функциональное разделение сигналов липидов и протеинкиназ PIKfyve выявляет роль продукции PtdIns 3,5-P2 для целостности эндомембраны. J Biol Chem. 2002 15 марта; 277 (11): 9206-11. Epub 2001 19 ноя. PMID  11714711
  23. ^ Ikonomov OC, Fligger J, Sbrissa D, Dondapati R, Mlak K, Deeb R, Shisheva A. Адаптер кинезина JLP связывает PIKfyve с основанным на микротрубочках трафиком фурина от эндосомы к транс-сети Гольджи. J Biol Chem. 2009 6 февраля; 284 (6): 3750-61. Epub 2008 4 декабря. Дои:10.1074 / jbc.M806539200 PMID  19056739.
  24. ^ Джонс Д.Р., Гонсалес-Гарсия А., Диес Э., Мартинес-А.С., Каррера А.С., Мехида I. Идентификация фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфата в Т-лимфоцитах и ​​его регуляция интерлейкином-2. J Biol Chem. 1999, 25 июня; 274 (26): 18407-13. PMID  10373447
  25. ^ Банфич Х., Даунс С.П., Риттенхаус SE. Двухфазная активация PKBalpha / Akt в тромбоцитах. Доказательства стимуляции как фосфатидилинозитол-3,4-бисфосфатом, продуцируемым новым путем, так и фосфатидилинозитол-3,4,5-трифосфатом. J Biol Chem. 1998 8 мая; 273 (19): 11630-7. PMID  9565582
  26. ^ Цудзита К., Ито Т., Иджуин Т., Ямамото А., Шишева А., Лапорт Дж., Такенава Т. Миотубуларин регулирует функцию поздней эндосомы через взаимодействие грамм-домен-фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфат. J Biol Chem. 2 апреля 2004 г .; 279 (14): 13817-24. Epub 2004 12 января. PMID  14722070
  27. ^ Vaccari I, Dina G, Tronchère H, Kaufman E, Chicanne G, Cerri F, Wrabetz L, Payrastre B, Quattrini A, Weisman LS, Meisler MH, Bolino A. Генетическое взаимодействие между фосфолипидными фосфатазами MTMR2 и FIG4, участвующими в развитии Charcot-Marie- Зубные невропатии. PLoS Genet. 2011 Октябрь; 7 (10): e1002319. Epub 2011 20 октября. PMID  22028665
  28. ^ Голубь СК, Пайпер Р.К., МакИвен Р.К., Ю Дж. У., Кинг М.С., Хьюз, округ Колумбия, Тюринг Дж., Холмс А.Б., Кук Ф. Т., Мичелл Р., Паркер П. Дж., Леммон М. Svp1p определяет семейство эффекторов фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфата. EMBO J. 2004 5 мая; 23 (9): 1922-33. Epub 2004 22 апреля. PMID  15103325
  29. ^ Голубь СК, Донг К., Кобаяши Т., Уильямс Ф.К., Мичелл Р.Х. Фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфат и Fab1p / PIKfyve под действием эндолизосомной функции PPIn. Biochem J. 2009 г., 1 апреля; 419 (1): 1-13. Обзор.PMID  19272020
  30. ^ Friant S, Pécheur EI, Eugster A, Michel F, Lefkir Y, Nourrisson D, Letourneur F. Ent3p является эффектором PtdIns (3,5) P2, необходимым для сортировки белка в мультивезикулярном теле. Dev Cell. 2003 сентябрь; 5 (3): 499-511. PMID  12967568
  31. ^ а б Мичелл Р.Х., Хит В.Л., Леммон М.А., Голубь СК. Фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфат: метаболизм и клеточные функции. Тенденции Biochem Sci. 2006 Январь; 31 (1): 52-63. Epub 2005 20 декабря. Обзор. Дои:10.1016 / j.tibs.2005.11.013 PMID  16364647
  32. ^ Уитли П., Ривз Б.Дж., Хашимото М., Райли А.М., Поттер Б.В., Холман Г.Д. Идентификация Vps24p млекопитающих как эффектора фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфат-зависимой компартментализации эндосом. J Biol Chem. 3 октября 2003 г .; 278 (40): 38786-95. Epub 2003 23 июля.PMID  12878588
  33. ^ Dong XP, Shen D, Wang X, Dawson T, Li X, Zhang Q, Cheng X, Zhang Y, Weisman LS, Delling M, Xu H. PI (3,5) P (2) контролирует перемещение через мембрану путем прямой активации каналы высвобождения муколипина Ca (2+) в эндолизосомах. Nat Commun. 13 июля 2010 г .; 1:38. Дои:10.1038 / ncomms1037. PMID  20802798
  34. ^ Чанг Y, Schlenstedt G, Flockerzi V, Beck A. Свойства канала внутриклеточного переходного рецепторного потенциала (TRP) в дрожжах, Yvc1. FEBS Lett. 2010 17 мая; 584 (10): 2028-32. Epub 2009 24 декабря. PMID  20035756

внешние ссылки