Каркасные структуры систем передачи сигналов
Каркасные структуры увеличивают эффективность систем передачи сигналов и улучшают их пространственную организацию.
Основные положения:
- Каркасные структуры организуют группы сигнальных белков и могут обеспечивать специфичность процессов передачи сигналов, запрещая функционирование компонентов, имеющих несколько партнеров.
- Каркасные структуры увеличивают локальную концентрацию сигнальных белков.
- Каркасные структуры размещают пути передачи сигналов на местах их функционирования.
Белки, участвующие в процессах передачи сигнала, часто локализуются в клетке вместе, что облегчает их взаимодействие и сводит к минимуму связывание с другими белками. В каркасных структурах клетки находится много путей передачи сигнала. Для увеличения эффективности системы передачи сигнала, каркасные структуры связывают несколько ее компонентов в мультибелковые комплексы. Каркасные структуры облегчают взаимодействие белков, обладающих низким сродством друг к другу, способствуют активации (а часто и инактивации) связанных компонентов и располагают сигнальные белки в местах их функционирования. Совместная локализация белков может укреплять или регулировать их взаимодействие, и локализация белков в каркасных структурах при обработке сигнала часто определяет его выходную мощность.
Сайты связывания белков каркасных структур часто локализованы в определенных модульных доменах, от ветственных за связывание белков. Это создает впечатление, что роль структуры белка просто состоит в том, чтобы удерживать вместе компоненты пути передачи сигнала. Действительно, многие каркасные белки не обладают ферментативной активностью, однако некоторые ферменты сигнальных путей выполняют роль каркасных белков.
Связывание белка с каркасной структурой облегчает передачу сигнала за счет увеличения локальной концентрации компонентов, и поэтому диффузия или миграция молекул к соответствующим сайтам не является необходимой. В фоторецепторных клетках Drosophila связывание сигнальных белков с каркасными структурами абсолютно необходимо для быстрой передачи сигнала. Эти клетки содержат каркасный белок InaD , в котором присутствует пять модульных доменов связывания, известных под названием домены PDZ . Каждый из этих доменов связывается с С-концевой последовательностью белка-мишени, тем самым обеспечивая взаимодействие между белками комплекса. На рис. 18.7 представлена модель, описывающая участие InaD в организации сигнальных белков. Утрата белка InaD в результате мутации приводит к появлению слепых мух, и выпадение одного из доменов PDZ приводит к появлению насекомых с дефектами зрения, характерными для белка, связывающегося с отсутствующим доменом.
Еще одним примером является белок Ste5p , представляющий собой каркасный белок для процессов, формирующих ответную реакцию спаривания, индуцируемую феромонами у S. cerevisiae . На рис. 18.8 показано, как Ste5p связывается и организует компоненты каскада протеинкиназы, активируемой митогенами (MAPK) . Этот каскад включает MAP3K ( Ste11p ), MAP2K ( Ste7p ) и MAPK ( Fus3p ). (Подробнее о MAPK-каскаде см. MAPK занимают центральное место во многих путях передачи сигналов .) Белок Ste5p сохраняет свои функции, даже если положение сайтов связывания киназ сдвигается вдоль полипептидной цепи. Это указывает на то, что основная роль Ste5p состоит в сближении ферментов, а не в точной их ориентации. Белок Ste5p также связывается с бета-гамма-субъединицами гетеротримера белка G , который принимает участие в генерации ответа на феромоны, связывая мембранный сигнал с внутриклеточными передатчиками. Дрожжи , у которых белок Ste5p отсутствует, утрачивают способность к спариванию, что свидетельствует об участии этого белка в выполнении данной биологической функции (но не всех), которая реализуется по конкретному пути передачи сигнала.
Наряду с обеспечением передачи сигнала по собственным путям, каркасные структуры усиливают специфичность сигнальных путей за счет взаимодействий с другими сигнальными белками. Таким образом, они изолируют компоненты системы передачи сигналов от их активации чужеродными сигналами и от генерации неправильного ответа. Например, у дрожжей пути реализации сигнала от феромонов и при нарушении осмолярности имеют общие компоненты, включая MAP3K Ste11р , однако каждый путь является специфичным, поскольку в нем участвуют различные каркасные структуры, ограничивающие передачу сигнала.
Напротив, при избытке каркасных структур, передача сигнала может тормозиться, поскольку индивидуальные сигнальные компоненты будут чаще связываться с определенными каркасными белками и не будут образовывать функциональный комплекс. Такое разбавление каркасными структурами разделяет, а не концентрирует компоненты системы передачи сигналов, что предотвращает их взаимодействие, необходимое для фунционирования.
Смотрите также:
