Презентация субстрата - Substrate presentation

Презентация субстрата это биологический процесс, который активирует белок. Белок изолируется от своего субстрата, а затем активируется путем высвобождения и воздействия белка на его субстрат.[1][2] А субстрат обычно является веществом, на котором фермент действует, но также может быть белковой поверхностью, к которой лиганд связывает. Подложка - это материал, на который воздействуют. В случае взаимодействия с ферментом белок или органический субстрат обычно меняют химическую форму. Подача субстрата отличается от аллостерическая регуляция в том, что ферменту не нужно изменять свою конформацию, чтобы начать катализ.

Транслокация субстрата; Субстрат (фиолетовый прямоугольник) показан изолированным в липидный домен (зеленые липиды). Транслокация субстрата в неупорядоченную область (серые липиды) представляет его ферменту (синий овал), где он гидролизуется.

Типы

SARS-CoV-2

(Фурин ) (продуцирующая клетка, репликация). Когда клетки загружены холестерином, фурин перемещается к липидным рафтам GM1, где он локализуется с помощью пальмитоилированного шипового белка SARS-CoV-2 и готовит его к проникновению вирусов[3].

(ACE2 ) (клетка-мишень, проникновение вируса), рецептор SARS-CoV-2 ACE2 передает SARS-CoV-2 липидным рафтам GM1, где он подвергается эндоцитозу и подвергается воздействию катепсина для расщепления и оптимального слияния клеток[4]. При низком холестерине ACE2 передает вирус к TMPRSS2, который также расщепляет и обеспечивает проникновение вируса, но через поверхностный механизм, который намного менее эффективен. Считается, что чувствительность ACE2 к холестерину способствует менее тяжелым COVID-19 симптомы у детей.

Белок-предшественник амилоида

Белок-предшественник амилоида (APP) расщепляется бета и гамма-секретаза с получением пептида из 40-42 аминокислот, ответственного за бета-амилоидные бляшки, связанные с болезнью Альцгеймера. Ферменты регулируются представлением субстрата.[5] Субстрат АРР пальмитоилирован и перемещается внутрь и из липидных рафтов GM1 в ответ на холестерин астроцитов. Холестерин, доставляемый аполипопротеином E (ApoE), заставляет APP связываться с липидными рафтами GM1. Когда холестерин низкий, белок попадает в неупорядоченную область и расщепляется альфа-секретазой с образованием неамилогенного продукта. Ферменты не реагируют на холестерин, движется только субстрат.

Гидрофобность управляет разделением молекул. В клетке это приводит к компартментализации внутри клетки и внутри нее. клеточные мембраны. Для липидных рафтов пальмитоилирование регулирует сродство рафта к большинству интегральных белков рафта.[6] Регулирование плота регулируется сигнализация холестерина.

Фосфолипаза D2

(PLD2 ) является четко определенным примером фермента, активируемого презентацией субстрата.[7] Фермент пальмитоилированный заставляя фермент перемещаться к липидным доменам GM1 или "липидные рафты ". Подложка фосфолипаза D является фосфатидилхолин (PC), который является ненасыщенным и мало содержится в липидных рафтах. ПК локализуется в неупорядоченной области клетки вместе с полиненасыщенным липидом. фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат (PIP2 ). PLD2 имеет PIP2 связывающий домен. Когда концентрация PIP2 в мембране увеличивается, PLD2 покидает домены GM1 и связывается с PIP2, где затем получает доступ к своему субстрату PC и начинает катализ, основанный на презентации субстрата. Предположительно, фермент способен катализировать реакцию в липидном слое, но не имеет субстрата для активности.

Транслокация ферментов; PLD (синий овал) изолируется в холестерин-зависимые липидные домены (зеленые липиды) посредством пальмитоилирование. PLD также связывает домены PIP2 (красный шестиугольник) (серый цвет), расположенные в неупорядоченной области клетки, с фосфатидилхолином (PC). Когда PIP2 увеличивается в клетке, PLD перемещается в PIP2, где он подвергается действию и гидролизует PC до фосфатидной кислоты (красный сферический липид).

Механизмы активации

секвестрация

Разделение фаз, эндометриоз, везикул формирование торговля органеллами Либо субстрат фермента может двигаться. Движение - это обычно нарушение пальмитат-опосредованная локализация. Для белков, которые одновременно являются пальмитоилированными и связывают PIP2, увеличение концентрации PIP2 способствует перемещению фермента из липидных рафтов в PIP2. PIP2 в основном полиненасыщен, что заставляет липид локализоваться вдали от липидных рафтов и позволяет PIP2 противодействовать локализации, опосредованной пальмитатом.[8]

Регулирование

Холестерин

Холестерин и полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) регулируют образование липидных рафтов, следовательно, биологическую функцию рафтов. Когда насыщенные липиды и холестерин увеличиваются в мембране, липидные рафты увеличивают свое сродство к пальмитоилированным белкам.[9]. ПНЖК имеют противоположный эффект - они разжижают мембрану.

ПНЖК

ПНЖК могут также увеличивать концентрацию сигнальных липидов. Арахидоновая кислота, очень распространенная ПНЖК в головном мозге, включается в ПК.[10]. Арахидонил PC является предпочтительным субстратом для PLD, вероятно, увеличивая количество PA в клетке. Регуляция функции рафта с помощью холестерина эффективно регулирует презентацию субстрата и многих пальмитоилированных белков, которые используют презентацию субстрата в качестве механизма активации. Хотя это предположение, глубокое влияние холестерина и ПНЖК на здоровье человека, вероятно, связано с физиологической регуляцией функции липидного рафта в клетках.

Роль в биологии

механочувствительность

Механическая сила (сдвиг или набухание) может независимо нарушить упаковку и результирующее сродство пальмитата к липидным плотам. Это нарушение также заставляет PLD2 способствовать трафику в домены PIP2.[11]

анестезия

Общий наркоз пропофол и ингаляционные анестетики ксеон, хлороформ, изофлуран, диэтиловый эфир нарушить функцию липидного рафта, в том числе пальмитат-опосредованная локализация PLD2 в липидные рафты.[12][13] Активация PLD затем активирует каналы TREK-1. Мембранно-опосредованная активация PLD2 может передаваться нечувствительному к анестезиологу гомологу TRAAK, разрывая канал, чувствительный к анестетикам.

Рекомендации

  1. ^ Петерсен, EN; Павел, Массачусетс; Wang, H; Хансен, С.Б. (28 октября 2019 г.). «Нарушение опосредованной пальмитатом локализации; общий путь силы и анестезирующей активации каналов TREK-1». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биомембраны. 1862 (1): 183091. Дои:10.1016 / j.bbamem.2019.183091. ЧВК  6907892. PMID  31672538.
  2. ^ Робинсон, резюме; Рохач, Т; Хансен, SB (сентябрь 2019 г.). «Инструменты для понимания наноуровневой регуляции липидов ионных каналов». Тенденции в биохимических науках. 44 (9): 795–806. Дои:10.1016 / j.tibs.2019.04.001. ЧВК  6729126. PMID  31060927.
  3. ^ Ван, Хао; Юань, Цзысюань; Павел, Махмуд Ариф; Хансен, Скотт Б. (29 мая 2020 г.). «Роль высокого холестерина в возрастной летальности от COVID19». bioRxiv: 2020.05.09.086249. Дои:10.1101/2020.05.09.086249.
  4. ^ Ван, Хао; Юань, Цзысюань; Павел, Махмуд Ариф; Хансен, Скотт Б. (29 мая 2020 г.). «Роль высокого холестерина в возрастной летальности от COVID19». bioRxiv: 2020.05.09.086249. Дои:10.1101/2020.05.09.086249.
  5. ^ Ван, Хао; Кулас, Джошуа А .; Феррис, Хизер А .; Хансен, Скотт Б. (18 июня 2020 г.). «Регулирование амилоидного процессинга в нейронах холестерином, полученным из астроцитов». bioRxiv: 2020.06.18.159632. Дои:10.1101/2020.06.18.159632.
  6. ^ Левенталь, I; Lingwood, D; Гржибек, М; Coskun, U; Саймонс, К. (21 декабря 2010 г.). «Пальмитоилирование регулирует сродство рафта к большинству интегральных белков рафта». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 107 (51): 22050–4. Bibcode:2010PNAS..10722050L. Дои:10.1073 / pnas.1016184107. ЧВК  3009825. PMID  21131568.
  7. ^ Петерсен, EN; Чанг, HW; Найебосадри, А; Хансен, С.Б. (15 декабря 2016 г.). «Кинетическое разрушение липидных рафтов - это механосенсор фосфолипазы D.» Nature Communications. 7: 13873. Bibcode:2016НатКо ... 713873P. Дои:10.1038 / ncomms13873. ЧВК  5171650. PMID  27976674.
  8. ^ Хансен, С.Б. (май 2015 г.). «Липидный агонизм: парадигма PIP2 лиганд-управляемых ионных каналов». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Молекулярная и клеточная биология липидов. 1851 (5): 620–8. Дои:10.1016 / j.bbalip.2015.01.011. ЧВК  4540326. PMID  25633344.
  9. ^ Левенталь, I; Lingwood, D; Гржибек, М; Coskun, U; Саймонс, К. (21 декабря 2010 г.). «Пальмитоилирование регулирует сродство рафта к большинству интегральных белков рафта». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 107 (51): 22050–4. Bibcode:2010PNAS..10722050L. Дои:10.1073 / pnas.1016184107. PMID  21131568.
  10. ^ Петерсен, Э. Николас; Гудхети, Манаса; Павел, Махмуд Ариф; Мерфи, Кейт Р .; Ja, Уильям В .; Йоргенсен, Эрик М .; Хансен, Скотт Б. (5 сентября 2019 г.). «Фосфолипаза D трансформирует силу в каналы TREK-1 в биологической мембране». bioRxiv  10.1101/758896.
  11. ^ Петерсен, EN; Павел, Массачусетс; Wang, H; Хансен, С.Б. (28 октября 2019 г.). «Нарушение опосредованной пальмитатом локализации; общий путь силы и анестезирующей активации каналов TREK-1». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биомембраны. 1862 (1): 183091. Дои:10.1016 / j.bbamem.2019.183091. ЧВК  6907892. PMID  31672538.
  12. ^ Петерсен, EN; Павел, Массачусетс; Wang, H; Хансен, SB (1 января 2020 г.). «Нарушение опосредованной пальмитатом локализации; общий путь силы и анестезирующей активации каналов TREK-1». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биомембраны. 1862 (1): 183091. Дои:10.1016 / j.bbamem.2019.183091. PMID  31672538.
  13. ^ Павел, Махмуд Ариф; Петерсен, Э. Николас; Ван, Хао; Лернер, Ричард А .; Хансен, Скотт Б. (19 июня 2019 г.). «Исследования механизма мембранно-опосредованной общей анестезии». bioRxiv  10.1101/313973.