Пресенилины
Гены пресенилинов кодируют белки с 6-9 трансмембранными доменами [ De Struper et al, 1997 ; Lehmann et al, 1997 ]. Они представляют принципиально новый класс белков с протеазной активностью во внутримембранных структурах.
Для белков пресенилинов существует несколько вариантов альтернативного слайсинга, в том числе и в эволюционно-консервативных доменах, что предполагает их разнообразную форму. Особенностью пресенилинов является их присутствие в клетке в виде двух протеолитических фрагментов: N- и С- терминальных концов. Образующийся при этом гетеродимер, видимо является биологически активной формой пресенилинов [ Capell et al, 1998 ].
Биологическая роль пресенилинов в развитии и функционировании нервной системы до сих пор неясна. Гомолог пресенилинов у С. elegans (sel-12) экспрессируется в нервной системе, но пока у мутантов по этому гену не было обнаружено никаких нарушений в нервной системе. Для мышей PS-1 -/-, у которых в эмбриональном развитии наблюдаются мозговые кровоизлияние и нарушения скелета, также не выявлено очевидных нарушений в ЦНС (за исключением связанных с изменением в процессинге АРР ) [ Baumeister R. 1999 ]. В настоящее время известно, что пресенилины вовлечены в Notch-систему сигнальной трансдукции , которая участвует в ранней дифференцировке клеток, а также связываются с белками сигнальной трансдукции ( бета-катенинами и гамма-катенинами ).
Экспрессия Notch-рецепторов и их лигандов может регулироваться пресенилинами на транскрипционном уровне [ Wong et al, 1997 ]. Мутации в генах пресенилинов влияют на чувствительность клеток к стимулам, вызывающим апоптоз , а также факторам, определяющим цитоплазматический уровень ионов кальция [ Черняховская и др., 1998 ; Wolozin et al, 1996 , Mattson et al, 2000 ].
Ассоциированные с БА мутации в генах пресенилинов влияют на процессинг АРР, обеспечивая увеличение количества амилоидного пептида Aбета42(43) (по отношению к уровню Абета40 пептида) как в мозге у больных, так и в клеточных культурах и трансгенных животных с мутациями в генах пресенилинов [ De Strooper et al, 1998 ; Price and Sisoda, 1998 ]. Накапливается все больше данных, что пресенилины являются или непосредственно гамма-секретазой , участвующей в процессинге АРР, или необходимым компонентом, обеспечивающим участие какой-то секретазы в эндопротеолизе АРР [ De Strooper et al, 1999 ; Wolfe et al, 1999 , Selkoe, 1999 ]. Возможно, мутации в генах пресенилинов изменяют протеолиз или формирование комплексов других белков, имеющих трансмембранные домены (например, NOTCH-рецепторов , бета-катенина ) и участвующих в регуляции транскрипции многих генов, либо регулируют транспорт АРР к гамма-секретазе или наоборот.
Интересно, что мутации в гене PS-1, ведущие к БА, затрагивают преимущественно сайты, консервативные как у позвоночных, так и у беспозвоночных. В то же время, клиническая патология никак не проявляется значительную часть жизни человека (до 30-60 лет). Это означает, что мутации в генах пресенилинов оказывают незначительное влияние на жизнеспособность в первой половине жизни человека. Однако, не исключено, что носители таких мутаций имеют и более ранние дефекты, которые до сих пор не попали в поле зрения клинических исследований [ Рогаев, 1999 ].
Предсказанная структура белка обоих генов PS-1 и PS-2, как и их ортологичных гомологов в геномах животных, напоминает структуру пептидов с множественными - 7 или 9 - трансмембранными доменами и большой гидрофильной петлей ( рис. 5 ). Анализ показал, что в качестве клеточных сайтов локализации как экзогенных белков PS-1 и PS-2 в трансфецированных клетках, так и эндогенных пресенилинов в клетках различных тканей являются следующие внутриклеточные структуры: эндоплазматический ретикулум (ER), комплекс Гольджи , а также везикулы неизвестного происхождения. Для того чтобы более точно определить топологию функциональных доменов в пресенилинах, был проведен ряд элегантных опытов. В первой серии был использован набор конструкций трансгенов, кодирующих гибридные белки. Гибриды состояли из белка (бета-галактозидазы, расположенного после каждого из предполагаемых гидрофобных доменов Sel-12-гена (гомолога пресенилина у С. elegans). Этот подход основан на том, что бета-галактозидаза активна только в цитоплазме, но не в экстрацитозольных компартментах клетки [ Li ea 1996 ].
В другой серии опытов тестировали чувствительность различных участков PS-1 человека к протеазе или к специфическим антителам, которые могли проникать лишь к цитозольным компонентам пресенилина. В обеих работах получены совпадающие результаты.
N-терминальная и С-терминальная части пресенилинов, а также большая петля между 6-м и 7-м трансмембранными доменами ориентированы в одну сторону - в цитоплазму. Необычным для трансмембранных белков является также наличие 8 (а не 7) трансмембранных доменов .
Чрезвычайно интересным является также то, что внутриклеточная петля Tm6-Tm7 белка PS состоит, видимо, из двух доменов - гидрофильного участка и области гидрофобного района, который не является трансмембранным доменом. Такой домен может быть ассоциирован с мембраной ER или других органелл, или же, в случае если PS- белки формируют поры мембраны , может входить в пору, осуществляя проводниковые функции [ Li ea 1996 , Doan ea 1996 ].
Анализ трансгенных и эндогенных клеточных пресенилинов показал также, что участок петли вблизи гидрофобного домена подвержен протеолизу как в PS-1 и PS-2, так и в гомологе Sel-12. Такой протеолиз формирует два класса белков с шестью или с двумя трансмембранными доменами.
Интересно, что N-терминальная часть и большая часть гидрофильной петли продуктов генов PS-1 и PS-2 высоко дивергированы и, возможно, таким образом оказываются более чувствительны к различным лигандам или клеточным сигналам. В то же время почти идентичная структура и топология белков PS-1 и PS-2 подразумевает общий механизм их клеточных функций.
Суммируя, можно сделать вывод, что семейство пресенилинов относится к новому классу белков эндоплазматического ретикулума, аппарата Гольджи и внутриклеточных везикул. Показано также, что пресенилины (или их фрагменты) обнаруживаются и в ядре, и в плазматической мембране. Альтернативный сплайсинг гена и эндопротеолиз в сайте протяженной гидрофильной области белка формирует дополнительное семейство клеточных белковых вариантов пресенилинов, число которых в клетках может быть более десяти.
Функции пресенилинов могут быть аналогичны белкам ионных каналов и пор. В то же время следует отметить, что большое количество гидрофобных аминокислот в каждом гидрофобном домене или интервалы распределения заряженных аминокислот в пресенилинах не являются характерными для Р-структур пор или альфа- спиральных доменов канальных белков [ Doan ea 1996 ].
Другой наиболее вероятной функцией пресенилина является транспортная. В пользу этого свидетельствует однонаправленная ориентация С- и N- терминальных участков и гидрофильной петли.
ПРЕСЕНИЛИНЫ: ИЗМЕНЕНИЕ ФУНКЦИЙ ПРИ БОЛЕЗНИ АЛЬЦГЕЙМЕРА
Смотрите также:
