БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ, 2012, том 29, № 6, с. 387-399
= ОБЗОРЫ
УДК 576.314.6;57.053
МИКРОДОМЕН-ОБРАЗУЮЩИЕ БЕЛКИ РАЗНЫХ СЕМЕЙСТВ В РЕГУЛЯЦИИ ОБЩИХ СИГНАЛЬНЫХ ПУТЕЙ КЛЕТКИ © 2012 г. К. А. Архипова, И. Б. Зборовская
Научно-исследовательский институт канцерогенеза Российского онкологического научного центра им. Н.Н. Блохина РАМН, 115478, Москва, Каширское шоссе, 24; *электронная почта: ksenia.arhipova@gmail.com Поступила в редакцию 21.03.2012 г.
Липидные рафты — структуры плазматической мембраны, обогащенные холестерином, сфинголи-пидами и гликосфинголипидами, а также различными белками. Эти микродомены участвуют в различных клеточных процессах, таких как перестройка мембраны, интернализация белков, передача сигналов, через них осуществляется проникновение вирусов внутрь клетки. Часть липидных раф-тов стабилизирована специальными микродомен-образующими белками. На сегодняшний день известно несколько семейств таких белков — кавеолины, $РРН-семейство, тетраспанины, галектины, которые не только поддерживают целостность микродоменов, но и могут регулировать резидентные белки и таким образом участвовать практически во всех аспектах жизнедеятельности клетки. Тем не менее, до сих пор классы микродомен-образующих белков принято рассматривать отдельно друг от друга. В представленном обзоре проведен анализ участия микродомен-образующих белков разных семейств в общих сигнальных путях на примере рецепторов эпидермального фактора роста, интегринов и металлопротеаз.
Ключевые слова: мембранные микродомены, кавеолин, тетраспанин, галектин, флотиллин.
Современная жидкостно-мозаичная модель строения плазматической мембраны была предложена Синджером и Николсоном в 1974 г. [1] и за столь продолжительный для науки срок безусловно подверглась значительным изменениям. Последние 10—15 лет активно расширяются исследования в области строения и функций липидных рафтов — динамичных структур в составе плазматических мембран, обогащенных сфинго-липидами, ганглиозидами и холестерином, а также различными белками. Метастабильное состояние таких доменов достигается за счет липид-липидных, липид-белковых и белок-белковых взаимодействий. Размер липидных рафтов может сильно варьировать в зависимости от типа и состояния клеток [2].
На сегодняшний день выявлено несколько семейств белков, представители которых обладают рядом схожих черт: они преимущественно локализуются в плазматической мембране, способны к олигомеризации и формированию белковых сетей, взаимодействуют с липидами (такими, как холестерин, ганглиозиды), а также могут прямо взаимодействовать с определенным спектром мембранных белков. Таким образом, эти белки формируют в плазматической мембране свои структурированные микродомены. К ним относятся белки семейства кавеолинов, тетраспанинов, 8РБН ^ошайтаз, Pro-ЫЪШтз, FlotШins, HflK/C) и некоторые представите-
ли галектинов. Несмотря на очевидное функциональное сходство этих белков, до сих пор не разработана теория и терминология, которая бы их объединяла. Наиболее адекватно общность данной группы, на наш взгляд, описывает термин "микродомен-образующие белки" (МОБ), который мы и будем использовать далее.
Некоторые представители семейства 8РБН способны формировать микродомены не только в плазматической мембране, но и в эндоплазмати-ческом ретикулуме (эрлины) и митохондриях (прохибитин). МОБ могут располагаться снаружи плазматической мембраны (галектины), пронизывать плазматическую мембрану насквозь (тет-распанины), а также формировать сети с внутренней стороны мембраны частично встраиваясь в нее (кавеолины, 8РБН-семейство) [3]. Функции МОБ чрезвычайно разнообразны, однако большинство из них опосредуется способностью формировать "сигналосомы", т.е. концентрировать внутри микродомена сигнальные молекулы разных каскадов, осуществляя их регуляцию и облегчая перекрестные взаимодействия.
Единая картина о многообразии и возможном взаимодействии различных семейств МОБ до конца не сформирована, а подавляющее большинство опубликованных данных посвящено анализу белков отдельных семейств. Принимая во внимание наличие общих черт и регуляторных
белков-мишеней, функционирование МОБ различных семейств может и должно быть тесно взаимосвязано, поэтому данная проблема, безусловно, нуждается в комплексном рассмотрении. В представленном обзоре мы впервые попробуем обобщить данные о роли разных семейств МОБ в их общих сигнальных путях. Такой подход, в котором будут учтены взаимодействия МОБ, позволит в дальнейшем экспериментально выявить пути взаимной регуляции и совместного функционирования МОБ разных семейств, а значит способствовать значительному углублению знаний о функциях плазматической мембраны в целом.
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕКОТОРЫХ ОСНОВНЫХ СЕМЕЙСТВ МИКРОДОМЕН-ОБРАЗУЮЩИХ БЕЛКОВ
Семейство кавеолинов. Семейство кавеолинов является одним из наиболее изученных семейств МОБ, которое (с учетом изоформ) состоит из шести белков, имеющих сходное строение, и кодируется тремя генами — CAV-1, -2 и -3. Кавеолины — чрезвычайно консервативные белки, их гомологи обнаружены у различных представителей Metazoa
[4].
Кавеолины-1 и -2 экспрессируются в большинстве тканей, преимущественно в эпителиальных и эндотелиальных клетках, адипоцитах, фиб-робластах и пневмоцитах, в то время как кавео-лин-3 относится к тканеспецифичным белкам и синтезируется исключительно мышечными клетками.
Молекулы кавеолинов частично встроены в плазматическую мембрану, не пронизывая ее насквозь, а образуя петлю с концами, направленными в сторону цитоплазмы (рис. 1). Они являются принципиальными компонентами кавеол — v-образных впячиваний плазматической мембраны. Кавеолины-1 и -3 формируют стабильные го-моолигомерные комплексы. Однако кавеолин-1 может также формировать гетероолигомерные комплексы с кавеолином-2 [5, 6].
За счет специального домена CSD (СауеоНп Scaffolding Domain) кавеолины-1 и -3 могут взаимодействовать с различными сигнальными белками, такими как EGFR, Src, eNOS и PKC-a и др., и таким образом участвовать в их регуляции. В 1994 году группа ученых под руководством Lisanti предложила теорию "сигналосомы", согласно которой кавеолин-1 не только поддерживает целостность микродоменов, но и формирует платформы, где координируется и регулируется передача сигналов, а также осуществляется взаимодействие сигнальных белков разных каскадов [7]. За последние годы эта теория получила массу экспериментальных подтверждений, а важная
роль кавеолинов в процессах передачи сигнала ныне не подвергается сомнениям. Помимо формирования сигнальных платформ кавеолины участвуют в процессах динамин-зависимого эн-доцитоза, регуляции обмена холестерина, поглощения глюкозы, образования и поддержания ли-пидных капель в адипоцитах и др. [8—10].
Тетраспанины. Семейство тетраспанинов состоит из большого количества белков, имеющих схожую структуру. Только у человека выявлено 33 представителя данного семейства. Молекулы тетраспанинов 4 раза пересекают плазматическую мембрану, они имеют две вариабельные петли, направленные во внеклеточное пространство. Как и другие МОБ, тетраспанины способны взаимодействовать с холестерином и подвергаться пострансляционным модификациям, в частности, они присоединяют остатки пальмитиновой кислоты. Тетраспанины — очень консервативные белки, они встречаются у всех Metazoa, у многих грибов и более примитивных организмов [11]. Одни представители семейства встречаются в клетках всех типов, другие могут быть узкоспециализированными.
Список белков, взаимодействующих с тетрас-панинами, чрезвычайно велик и включает инте-грины, антигены комплексов гистосовместимо-сти MHC-I и -II, рецепторы факторов роста эпидермиса (EGFR), c-Kit, протеазы MT1-MMP, ADAM и многие другие [12].
За счет способности к гомо- и гетероолигоме-ризации в плазматической мембране тетраспани-ны формируют целые сети, организуя и регулируя сигнальные молекулы, и также могут выполнять функцию "сигналосом", предложенную для ка-веолинов. Тетраспанины играют большую роль в таких фундаментальных биологических процессах, как пролиферация, адгезия и миграция клеток, иммунный ответ и др. [13].
Семейство белков SPFH. Белки SPFH также отличаются большой эволюционной консервативностью и встречаются не только у различных эукариот, но и у бактерий [14]. У млекопитающих семейство белков со SPFH-доменом включает в себя флотиллины, прохибитины, стоматин и сто-матин-подобные белки, эрлины и подоцин, которые ассоциированы с липидными рафтами разных клеточных органелл [15, 16].
Наиболее хорошо изученными представителями данного семейства являются флотиллины. У человека выявлено два флотиллина, обладающих высокой степенью гомологии. В клетке флотиллины преимущественно локализуются в плазматической мембране, но обнаруживаются и в аппарате Гольджи, эндосомах, мультивезикулярных тельцах, лизосомах и фагосомах. Флотиллины синтезируются практически во всех тканях млекопитающих, однако, наибольшее их содержание
Рис. 1. Микродомен-образующие белки в регуляции рецепторов EGFR и их сигнальных путей. Кавеолин-1 может влиять на димеризацию рецепторов, а также на сигнальный путь Ras-MAPK. Между галектинами и кавеолином-1 существуют конкурентные взаимоотношения за связывание с EGFR. При взаимодействии EGFR с галектинами происходит активация нижележащих сигнальных путей. Тетраспанины CD9 и CD82, помимо регуляции трансактивации рецепторов, осуществляют тонкую регуляцию "затухания" сигнала от EGFR через РКС-а.
Лиганд
Пролиферация Подвижность
Подавление апоптоза Ангиогенез
Выживание Дифференцировка Пролиферация Апоптоз
характерно для нервной, жировой, мышечной тканей и эритроцитов.
Флотиллины, как и другие МОБ, способны к олигомеризации, они также могут участвовать в регуляции резидентных белков, формируя "сиг-налосомы" [17]. Флотиллины способны формировать впячивания в плазматической мембране и участвовать в процессе эндоцитоза [18, 19], однако об их роли в везикулярном транспорте известно мало. Судя по всему, флотиллины осуществляют динамин-независимый эндоцитоз ОР1 (от англ. §1усозу1 рИозрИотозко^-заякоренных белков, а также ряда других бе
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.