Trezor (organely)

Vault neboli cytoplazmatická ribonukleoproteinová klenba (z  angličtiny  -  „arch“) je eukaryotická organela , chemicky je to ribonukleoprotein . Pod elektronovým mikroskopem tyto organely připomínají klenbu kupole katedrály s 39násobnou osou symetrie [1] . Funkce klenby jsou špatně pochopeny, ale zatím existují důkazy o jejich zapojení do různých buněčných signálních drah . Je možné, že se vault podílí na rozvoji fenoménu multirezistence vůči chemoterapii rakoviny . Nacházejí se v mnoha typech eukaryotických buněk a mezi eukaryoty jsou vysoce konzervované [2] .

Historie studia

Vault objevili a úspěšně izolovali z krysích jater v roce 1986 buněčná bioložka Nancy Kedersha a biochemik Leonard Rome z lékařské fakulty UCLA [ 3 . Vaulty byly původně popsány jako vejčité částice kontaminující přípravky vezikul potažených klatrinem . Částice byly izolovány centrifugací v hustotním gradientu a elektroforézou na agarózovém gelu . Ukázalo se, že mají symetrickou sudovitou strukturu, podobnou klenbě gotické katedrály, pro kterou částice dostaly své jméno (z anglického vault - klenba). Klenba byla původně odhadována na 35 × 35 × 65 nm³ , ale později byla upravena na 41 × 41 × 72,5 nm³ pomocí technik kryoelektronové mikroskopie . Vaulty jsou tedy největšími cytosolickými neikosaedrickými nukleoproteiny, které byly kdy popsány. Struktura klenby byla dále studována pomocí rentgenové difrakční analýzy a nukleární magnetické rezonance . V roce 2009 byla stanovena struktura jaterní klenby potkana s rozlišením 3,5 Å [4] .      

struktura trezoru

Vault - největší ribonukleoproteinové částice. Velikostně jsou asi 3x větší než ribozom a váží asi 13 MDa [5] . Vaulty jsou složeny převážně z proteinů , a proto se standardními metodami obtížně barví. Vault proteinová složka je reprezentována mnoha molekulami vault major proteinu (MVP) (95,8 kDa), který tvoří více než 70 % celkového proteinu v částici [6] , a také VPARP (∼192 kDa) a TEP1 (-291 kDa). Kromě toho vault obsahuje vault RNA ( vRNA ) o délce 86-141 nukleotidů [7] . Celková hmotnost RNA ve vaultu se odhaduje na ~460 kDa [4] .

Částice klenby dosahuje délky asi 670 Á a má největší průměr ~ 400 Á. Stěna je silná pouze 15–25 Å; uvnitř je dutina o délce asi 620 Å a maximálním průměru ~350 Å. Částice se skládá ze dvou symetrických polovin, z nichž každá se skládá ze tří částí: těla, ramenní části a čepice. Tělo obsahuje 78 kopií 9 strukturních repetitivních domén MVP (39 kopií v každé polovině), zúžená část je tvořena od konce ke konci strukturními repetitivními doménami R1. Výška ramenní oblasti je -25 Á a průměr je -315 Á. Čepice jsou přítomny na obou koncích částice a každá obsahuje 39 kopií domény helix-cap ( aminokyselinové zbytky MVP od Asp647 do Leu802) a domény s čepičkou kruhu (Gly803 až Ala845). Výška víčka je ~155 Á a vnitřní a vnější průměr domény víčka-kroužku dosahuje ~50 Á, respektive ~130 Á [4] .

MVP obsahuje 9 opakujících se strukturních domén (R1-R9). Domény R8 a R9 se skládají z pěti antiparalelních β-listů, označených S1, S2, S3, S4 a S5. Zbývajících sedm domén má dva další p-listy (S2a a S2b) vložené mezi S2 a S3. Podle některých zpráv se R1, stejně jako R8 a R9, skládá z pěti antiparalelních β-listů, zatímco R2 má dva delší antiparalelní listy mezi S2 a S3. Každá doména má hydrofobní jádro . Analýza aminokyselinových sekvencí ukázala, že R3 a R4 mohou mít dvě EF hand domény . Další studie ukázala, že MVP interaguje s jinými proteiny , jako je PTEN, prostřednictvím domnělých dvou EF ručních domén za účasti Ca 2+ iontů , avšak ne všechna experimentální data s tím souhlasí [4] .

Oblast ramen (Pro520 až Val646) se skládá do jediné α/β globulární domény se 4 antiparalelními beta listy na jedné straně a čtyřmi α šroubovicemi na straně druhé. Zřejmě právě v oblasti ramen jsou prvky zodpovědné za interakci klenby s lipidovými rafty [4] .

Doména čepice-šroubovice se stočí do α-šroubovice se 42 závity, která zapadá do supercívky. Doména cap-ring je umístěna na konci uzávěru a tvoří strukturu ve tvaru U se šroubovitými prvky na obou koncích [4] .

vRNA jsou uzavřeny na koncích vaultových částic. Zdá se, že protein TEP1 je umístěn v horní části ploché části čepice, kde jeho oblast repetice WD40 tvoří kruhovou β-propellerovou strukturu . N-terminální část TEP1 obsahuje 4 opakující se domény s nejasnou funkčností, doménu vázající RNA a doménu vázající ATP / GTP . Ukázalo se, že TEP1 interaguje s telomerasovou RNA a různými lidskými vRNA. VPARP jsou umístěny primárně v hlavičce vaultu [4] .

Následující tabulka shrnuje základy komponent vaultu [8] .

Funkce

Široké rozšíření klenby a jejich evoluční konzervatismus naznačují, že tyto organely mají důležité biologické funkce, i když je o nich známo jen velmi málo. O původních funkcích klenby v protistových buňkách není nic známo. Existuje však několik návrhů týkajících se role klenby v savčích buňkách [4] . Zejména bylo zaznamenáno, že klenba je zvláště hojná ve tkáních a buňkách spojených s očistou těla, například makrofágy [9] .

Byla vyslovena hypotéza, že klenby slouží jako hlavní „zátky“ v komplexech jaderných pórů . Imunofluorescenční analýza pomocí protilátek proti vaultu ukázala, že v izolovaných jádrech jaterních buněk potkana byla klenba umístěna na povrchu jaderné membrány . Imunoelektronová mikroskopie s použitím sekundárních protilátek konjugovaných se zlatem ukázala, že v izolovaných jádrech jsou klenby spojeny s komplexy jaderných pórů. Proto je možné, že se vault může účastnit nukleocytoplazmatického transportu [4] .

V roce 2005 bylo navrženo, že lidské hvg1 a hvg2 vRNA se mohou vázat na protirakovinný lék mitoxantron a také hrát důležitou roli při exportu toxických sloučenin. Jiná studie však ukázala, že narušení genu MVP u myší nevedlo ke zvýšené citlivosti na cytotoxická léčiva. Navíc myši divokého typu a myši s deficitem MVP vykazovaly stejnou odpověď na doxorubicin . Další studie ukázala, že knockdown MVP s malými interferujícími RNA neovlivnil odstranění doxorubicinu z jádra. Navíc upregulace exprese MVP v buňkách citlivých na chemoterapii nezvýšila rezistenci na léčivo. Tyto výsledky naznačují, že MVP a vault přímo nepřispívají k rezistenci vůči cytostatickým látkám [4] .

Řada nedávných studií prokázala zapojení klenby do různých buněčných signálních drah a počet takových drah neustále roste. Pomocí kvasinkového dvouhybridního systému bylo prokázáno, že MVP se může vázat na PTEN , nádorový supresorový protein , který defosforyluje fosfatidylinositol-3,4,5-trifosfát a negativně reguluje fosfoinositid-3-kinázu / protein signální dráha kinázy B. N-koncový fosfoinositidový vazebný motiv a C2 doména PTEN mohou interagovat s MVP. MVP je substrát pro tyrosin fosfatázu SHP-2 , obsahující doménu SH2 (Src homologie 2) a slouží jako skeletový protein v signální dráze epidermálního růstového faktoru (EGF) . Ukázalo se, že SH2 domény SHP-2 se vážou na MVP fosforylovaný na tyrosinových zbytcích a tato vazba je zesílena EGF. MVP tedy funguje jako skeletový protein pro SHP-2 a extracelulárně regulované kinázy a regulace fosforylace MVP prostřednictvím SHP-2 může být důležitá pro přežití buněk. Navíc byla prokázána interakce mezi MVP a SH2 doménou Src u lidských žaludečních buněk a 253J buněk rakoviny žaludku . Imunoprecipitace a imunofluorescenční analýza ukázaly, že EGF zvýšil interakci mezi MVP a Src a byl blokován inhibitorem Src PP2 . EGF také stimuluje pohyb MVP z jádra do cytosolu a perinukleární zóny cytoplazmy , kde se MVP kolokalizuje se Src. Role MVP se předpokládá jako nový regulátor signálních kaskád zprostředkovaných Src. Bylo zjištěno, že MVP je interferonem-y (IFN-y) indukovatelný protein : v reakci na IFN-y došlo k významnému zvýšení hladiny mRNA a samotného MVP proteinu . Tato aktivace se účastní interakce STAT1 a IFN-y aktivovaného místa v proximálním MVP promotoru . Kromě toho IFN-y významně zvýšil rychlost translace MVP . Bylo prokázáno, že klenba může při vazbě na estradiol interagovat s estrogenovými receptory a spolu s receptory jsou přeneseny do jádra [10] . Podle nedávných údajů mohou vault a MVP interagovat s inzulinu podobným růstovým faktorem 1 , HIF1A , a také ovlivnit dva hlavní procesy opravy dvouřetězcových zlomů DNA : nehomologické spojování konců a homologní rekombinaci [ 11] . Částice klenby tedy fungují jako centrální platformy interakce v buněčných signalizačních kaskádách [4] .

VRARP, další protein, který je součástí klenby, je poly(ADP-ribóza)polymeráza [6] .

Neobvyklá struktura a idiosynkratická dynamika vaultů, stejně jako jejich velká velikost, naznačují, že možná vaulty fungují jako přirozené nanonádoby pro xenobiotika , nukleové kyseliny a proteiny. Probíhají práce na vývoji rekombinantních kleneb, zejména k zajištění interakce klenby s povrchovými buněčnými receptory a uzavírání různých nákladů v nich [12] .

Následující tabulka shrnuje základní informace o proteinech, se kterými vault interaguje [8] .

Klinický význam

Rakovina

V 90. letech se objevily zprávy, že vault se může přímo podílet na rozvoji multirezistence u rakovinných buněk. Ukázalo se, že protein spojený s mnohočetnou rezistencí a známý jako LRP ( anglicky  Lung Resistance-related Protein - protein spojený s mnohočetnou rezistencí v plicích ) je ve skutečnosti lidský MVP. V jiné studii byla u lidských buněk rakoviny tlustého střeva SW-620 prokázána souvislost mezi vaultem a multirezistencí . Léčba SW-620 butyrátem sodným zvýšila expresi MVP a vedla k rezistenci na doxorubicin, vinkristin , gramicidin D a paclitaxel . Transfekce buněk ribozymy specifickými pro MVP tyto aktivity inhibovala [4] .

vRNA mohou také přispívat k rozvoji multirezistence. V roce 2009 bylo zjištěno, že nekódující vRNA mohou být zpracovány na malé vRNA (svRNA) za účasti Dicer , které pak fungují prostřednictvím RNA interference jako miRNA [13] : svRNA se vážou na protein z rodiny Argonaute a negativně regulují exprese CYP3A4 , enzymu zapojeného do metabolismu xenobiotik [14] .

V posledních letech se hromadí důkazy, že klenba je spojena s fungováním systémů opravy DNA v buňce, takže mohou přispívat k necitlivosti nejen k chemoterapii , ale také k radioterapii rakoviny [11] .

Infekční nemoci

V roce 2007 dvě výzkumné skupiny oznámily zapojení trezoru do reakce na infekce . Ukázalo se, že v lidských B-buňkách infikovaných virem Epstein-Barrové byly pozorovány zvýšené hladiny vRNA, která se může podílet na obraně viru a/nebo transportních mechanismech. Navíc se ukázalo, že když byly lidské plicní epiteliální buňky infikovány bakterií Pseudomonas aeruginosa , MVP se rychle rekrutoval do lipidových raftů , kde se účastní mechanismů zesílení vrozené imunitní odpovědi . Myši MVP –/– měly 3,5krát více bakterií na gram plicní tkáně než myši divokého typu a měly vyšší pravděpodobnost úmrtí na infekci P. aeruginosa [4] .

Evoluční konzervatismus

Klenba byla popsána u savců , obojživelníků , ptáků a slizovky Dictyostelium discoideum [2] . Podle informací z databáze Pfam byly homology proteinů, které tvoří klenbu, identifikovány u Paramecium tetraurelia , kinetoplastidů , mnoha obratlovců , mořských sasanek Nematostella vectensis , měkkýšů , Trichoplax adhaerens , plochých červů ( zejména Echinococcus choosus ) a chobotnatců ] .

U řady eukaryotických organismů nebyly homology klenebních proteinů nalezeny. Patří mezi ně takové modelové organismy jako rostlina Arabidopsis thaliana , háďátko Caenorhabditis elegans , ovocná muška Drosophila melanogaster a pekařské kvasinky Saccharomyces cerevisiae [16] . Navzdory těmto výjimkám však vysoký stupeň podobnosti kleneb napříč organismy naznačuje, že tyto organely mají určitý evoluční význam [2] . Podle nedávných údajů měl poslední společný předek eukaryot klenbu, ale následně byli ztraceni v řadě skupin, včetně hub , hmyzu a možná i rostlin [9] .

Poznámky

1. ↑ Tanaka H. , Kato K. , Yamashita E. , Sumizawa T. , Zhou Y. , Yao M. , Iwasaki K. , Yoshimura M. , Tsukihara T. Struktura klenby jater krys při rozlišení 3,5 angstromu.  (anglicky)  // Věda (New York, NY). - 2009. - Sv. 323, č.p. 5912 . - S. 384-388. - doi : 10.1126/science.1164975 . — PMID 19150846 .
2. ↑ 1 2 3 Kedersha NL , Miquel MC , Bittner D. , Rome LH Vaults. II. Ribonukleoproteinové struktury jsou mezi vyššími a nižšími eukaryoty vysoce konzervované.  (anglicky)  // The Journal of cell biology. - 1990. - Sv. 110, č.p. 4 . - S. 895-901. — PMID 1691193 .
3. ↑ Kedersha NL , Řím LH Izolace a charakterizace nové ribonukleoproteinové částice: velké struktury obsahují jeden druh malé RNA.  (anglicky)  // The Journal of cell biology. - 1986. - Sv. 103, č.p. 3 . - S. 699-709. — PMID 2943744 .
4. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Tanaka H. , Tsukihara T. Strukturální studie velkých nukleoproteinových částic, klenby.  (anglicky)  // Proceedings of the Japan Academy. Řada B, Fyzikální a biologické vědy. - 2012. - Sv. 88, č.p. 8 . - S. 416-433. — PMID 23060231 .
5. ↑ Kedersha NL , Heuser JE , Chugani DC , Rome LH Vaults. III. Klenbové ribonukleoproteinové částice se otevírají do květovitých struktur s osmihrannou symetrií.  (anglicky)  // The Journal of cell biology. - 1991. - Sv. 112, č.p. 2 . - S. 225-235. — PMID 1988458 .
6. ↑ 1 2 Kickhoefer VA , Siva AC , Kedersha NL , Inman EM , Ruland C. , Streuli M. , Řím LH 193-kD vault protein, VPARP, je nová poly(ADP-ribóza) polymeráza.  (anglicky)  // The Journal of cell biology. - 1999. - Sv. 146, č.p. 5 . - S. 917-928. — PMID 10477748 .
7. ↑ van Zon A. , Mossink MH , Scheper RJ , Sonneveld P. , Wiemer EA The vault complex.  (anglicky)  // Buněčné a molekulární biologické vědy: CMLS. - 2003. - Sv. 60, č. 9 . - S. 1828-1837. - doi : 10.1007/s00018-003-3030-y . — PMID 14523546 .
8. ↑ 1 2 Berger W. , Steiner E. , Grusch M. , Elbling L. , Micksche M. Vaulty a hlavní vault protein: nové role v regulaci signálních drah a imunitě.  (anglicky)  // Buněčné a molekulární biologické vědy: CMLS. - 2009. - Sv. 66, č.p. 1 . - S. 43-61. - doi : 10.1007/s00018-008-8364-z . — PMID 18759128 .
9. ↑ 1 2 Daly TK , Sutherland-Smith AJ , Penny D. In silico vzkříšení hlavního klenebního proteinu naznačuje, že je původní v moderních eukaryotech.  (anglicky)  // Biologie a evoluce genomu. - 2013. - Sv. 5, č. 8 . - S. 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 Interakce vaultových částic s estrogenovým receptorem v buňka rakoviny prsu MCF-7.  (anglicky)  // The Journal of cell biology. - 1998. - Sv. 141, č.p. 6 . - S. 1301-1310. — PMID 9628887 .
11. ↑ 1 2 Lara PC , Pruschy M. , Zimmermann M. , Henríquez-Hernández LA MVP a vaulty: role v radiační reakci.  (anglicky)  // Radiační onkologie (Londýn, Anglie). - 2011. - Sv. 6. - S. 148. - doi : 10.1186/1748-717X-6-148 . — PMID 22040803 .
12. ↑ Llauró A. , Guerra P. , Irigoyen N. , Rodríguez JF , Verdaguer N. , de Pablo PJ Mechanická stabilita a reverzibilní lom částic klenby.  (anglicky)  // Biophysical journal. - 2014. - Sv. 106, č.p. 3 . - S. 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. Nekódující RNA částice vaultu spojené s multilékovou rezistenci kóduje mnohočetné regulační malé RNA.  (anglicky)  // Přírodní buněčná biologie. - 2009. - Sv. 11, č. 10 . - S. 1268-1271. - doi : 10.1038/ncb1972 . — PMID 19749744 .
14. ↑ Entrez Gen: cytochrom P 450 . (neurčitý)
15. ↑ Major Vault Protein repeat family Pfam (odkaz nepřístupný) . Získáno 30. září 2015. Archivováno z originálu 16. června 2012. (neurčitý) 
16. ↑ Řím L. , Kedersha N. , Chugani D. Odemykání kleneb: organely při hledání funkce.  (anglicky)  // Trendy v buněčné biologii. - 1991. - Sv. 1, č. 2-3 . - S. 47-50. — PMID 14731565 .

Literatura

• Rome LH , Kickhoefer VA Vývoj vault částic jako platformy technologie.  (anglicky)  // ACS nano. - 2013. - Sv. 7, č. 2 . - S. 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. Charakterizace proteinu major vault během životního cyklu člověka parazit Schistosoma mansoni.  (anglicky)  // Parasitology international. - 2014. - Sv. 63, č.p. 1 . - S. 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. Nové rysy architektury a dynamiky klenby odhalené novým zdokonalením pomocí přístupu deformovatelné elastické sítě .  (anglicky)  // Acta crystallographica. Sekce D, Biologická krystalografie. - 2013. - Sv. 69, č.p. Pt 6 . - S. 1054-1061. - doi : 10.1107/S0907444913004472 . — PMID 23695250 .

Odkazy

• Web Vault (UCLA) . (neurčitý)
• MeSH trezor + ribonukleoprotein + částice