Войти
| Катион-независимый повтор маннозо-6-фосфатного рецептора | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Условное обозначение | CIMR | ||||||||
| Pfam | PF00878 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR000479 | ||||||||
| SCOP2 | 1e6f / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| Мембранома | 30 | ||||||||
| |||||||||
| Катион-зависимый маннозо-6-фосфатный рецептор | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||
| Условное обозначение | M6PR | ||||||
| Ген NCBI | 4074 | ||||||
| HGNC | 6752 | ||||||
| OMIM | 154540 | ||||||
| RefSeq | NM_002355 | ||||||
| UniProt | P20645 | ||||||
| Прочие данные | |||||||
| Locus | Chr. 12 стр. 13 | ||||||
| |||||||
| Катион-независимый рецептор маннозы-6 фосфата | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||
| Условное обозначение | IGF2R | ||||||
| Ген NCBI | 3482 | ||||||
| HGNC | 5467 | ||||||
| OMIM | 147280 | ||||||
| RefSeq | NM_000876 | ||||||
| UniProt | P11717 | ||||||
| Прочие данные | |||||||
| Locus | Chr. 6 q25q27 | ||||||
| |||||||
В маннозе 6-фосфат - рецепторы ( MPRs) представляют собой трансмембранные гликопротеины, которые целевые ферменты в лизосомы в позвоночных.
Рецепторы маннозо-6-фосфата связывают вновь синтезированные лизосомальные гидролазы в транс-сети Гольджи (TGN) и доставляют их в пре-лизосомные компартменты. Есть два разных MPR, один ~ 300 кДа и димерный рецептор меньшего размера ~ 46 кДа. Более крупный рецептор известен как катион-независимый маннозо-6-фосфатный рецептор ( CI-MPR ), в то время как меньший рецептор ( CD-MPR ) требует двухвалентных катионов для эффективного распознавания лизосомальных гидролаз. Хотя двухвалентные катионы не являются существенными для связывания лиганда человеческим CD-MPR, номенклатура была сохранена.
Оба этих рецептора связывают терминальный маннозо-6-фосфат со сходной аффинностью (CI-MPR = 7 мкМ, CD-MPR = 8 мкМ) и имеют аналогичные сигналы в своих цитоплазматических доменах для внутриклеточного транспорта.
Элизабет Нойфельд изучала пациентов, в клетках которых присутствовало несколько телец включения. Из-за большого количества телец включения она назвала это состояние I-клеточной болезнью. Эти тельца включения представляли собой лизосомы, заполненные неперевариваемым материалом. Сначала Нойфельд подумал, что у этих пациентов должен быть недостаток лизосомальных ферментов. . Дальнейшее исследование показало, что все лизосомальные ферменты вырабатывались, но на них было неправильно нацелено. Вместо того, чтобы отправляться в лизосомы, они секретировались. Более того, было обнаружено, что эти неправильно нацеленные ферменты не фосфорилируются. Таким образом, Нойфельд предположил, что заболевание I-клеток было вызвано дефицитом ферментов, которые добавляют специфическую маннозо-6-фосфатную метку к лизосомным ферментам, чтобы они могли быть нацелены на лизосомы.
Исследования болезни I-клеток привели к открытию рецепторов, которые связываются с этой специфической меткой. Во-первых, CI-MPR был обнаружен и выделен с помощью аффинной хроматографии. Однако ученые обнаружили, что некоторые лизосомальные ферменты все же достигают лизосомы в отсутствие CI-MPR. Это привело к идентификации другого рецептора, связывающего маннозо-6-фосфат, CD-MPR, который связывает свой лиганд в присутствии двухвалентного катиона, такого как Mn 2+.
Эти гены для каждого рецептора были клонированы и охарактеризованы. Считается, что они произошли от одного и того же предкового гена, поскольку некоторые из их границ интрона / экзона имеют консервацию и гомологию в их связывающих доменах.
Основная функция MPR - нацеливать лизосомальные ферменты на лизосомы.
Лизосомные ферменты синтезируются в грубой эндоплазматической сети вместе с рядом других секреторных белков. Специальная метка распознавания разработана для предотвращения секреции этих вредных лизосомальных ферментов и обеспечения их нацеливания на лизосомы. Эта метка представляет собой остаток маннозо-6-фосфата.
После того как лизосомальный фермент был перемещен в грубую эндоплазматическую сеть, олигосахарид, состоящий из Glc 3 Man 9 GlcNAc 2, переносится в белок единым блоком. Олигосахарид присутствуют на лизосомальных ферментов обрабатывается таким же образом, как и другие секреторные белки в то время как он перемещается от эндоплазматического ретикулума к цис -Golgi.
Изображение, отображающее общую структуру CI-MPR и CD-MPR. Это изображение было адаптировано из «Введение в гликобиологию». В Trans -Golgi в GlcNAc фосфотрансферазы ( EC 2.7.8.17 ) добавляет GlcNAc -1- фосфатный остаток на 6-гидроксильную группу специфического маннозы остатка в пределах олигосахарида. При этом образуется фосфодиэфир : Man-фосфат-GlcNAc. После образования фосфодиэфира лизосомальный фермент будет перемещен через аппарат Гольджи в транс- Гольджи. В транс- Гольджи фосфодиэстераза ( EC 3.1.4.45 ) удаляет остаток GlcNAc, открывая маннозо-6-фосфатную метку, позволяя лизосомным ферментам связываться с CI-MPR и CD-MPR. Комплекс MPR-лизосомальный фермент перемещается в пре-лизосомный компартмент, известный как эндосома, в везикуле, покрытой COPII. Это нацеливание от секреторного пути достигается за счет присутствия специфического сигнала сортировки, мотива кислотного кластера / дилейцина в цитоплазматических хвостах MPR. Оба MPR связывают свои лиганды наиболее эффективно при pH 6-7; таким образом позволяя рецепторам связываться с лизосомальными ферментами в транс- Гольджи и высвобождать их в подкисленной среде эндосомы. Как только фермент отделился от маннозо-6-фосфатного рецептора, он перемещается из эндосомы в лизосому, где фосфатная метка удаляется из фермента.
MPR не обнаруживаются в лизосомах ; они циркулируют в основном между сетью транс- Гольджи и эндосомами. CI-MPR также присутствует на поверхности клетки. Около 10-20% CI-MPR можно найти на клеточной мембране. Его функция здесь заключается в улавливании любых ферментов, меченных маннозой 6-фосфатом, которые случайно попали в секреторный путь. После того, как он связывается с лизосомальных ферментов с рецептором становится быстро усвоены. Интернализация опосредуется сортирующим сигналом в его цитоплазматическом хвосте - мотивом YSKV. Это гарантирует, что все вредные лизосомальные ферменты будут нацелены на лизосомы.
CI-MPR
Мыши, лишенные CI-MPR, умирают на 15-й день беременности из-за гиперплазии сердца. Мыши страдают от аномального роста, потому что они не могут регулировать уровни свободного IGF-II (инсулиноподобный фактор роста типа II). Смерть мышей можно предотвратить, если также нокаутировать аллель IGF-II. Дальнейший анализ эмбрионов также показал, что они показывают дефекты в ориентации на лизосомальных ферментов, поскольку они имеют повышенный уровень фосфорилируется лизосомальных ферментов в их амниотической жидкости. Приблизительно 70% лизосомальных ферментов секретируются в отсутствие CI-MPR - это говорит о том, что CD-MPR не может компенсировать его потерю.
CD-MPR
Когда CD-MPR отключен у мышей, они выглядят здоровыми, за исключением того факта, что у них есть дефекты в нацеливании на несколько лизосомных ферментов. У этих мышей наблюдается повышенный уровень фосфорилированных лизосомальных ферментов в крови, и они накапливают непереваренный материал в своих лизосомах.
По этим мышам с нокаутом можно сделать вывод, что оба рецептора необходимы для эффективного нацеливания лизосомальных ферментов. В лизосомальные ферменты, которые секретируются с помощью двух различных нокаута клеточных линий образуют два различных набора. Это предполагает, что каждый MPR предпочтительно взаимодействует с подмножеством лизосомальных ферментов.
CI-MPR и CD-MPR является структурно различными рецепторами, однако они разделяют общую общую структуру, поскольку они оба типа I, интегральные мембранные белки. Оба рецептора имеют большой N-концевой экстрацитоплазматический домен, один трансмембранный домен и короткий C-концевой цитоплазматический хвост. Эти цитоплазматические хвосты содержат множество сигналов сортировки; некоторые из них могут быть фосфорилированы или пальмитоилированы.
Первые 3 N-концевых домена (домены 1, 2 и 3) катионнезависимого маннозо-6-фосфатного рецептора со связанным лигандом. Изображение, созданное из файла PDB: = 1SZ0 1SZ0 с использованием PyMol. CI-MPR: CI-MPR составляет ~ 300 кДа. N-концевой extracytoplasmic домен содержит 15 смежных Р-типа доменов распознавания углеводов. Их называют доменами MRH (гомология маннозо-6-фосфатных рецепторов). Домены гомологичны, потому что имеют:
Структура 7 из 15 доменов была определена с помощью рентгеновской кристаллографии, и, похоже, они имеют схожую складку. CI-MPR существует в мембране в основном в виде димера. Было обнаружено, что домены 3, 5 и 9 связываются с маннозо-6-фосфатом. Домены 3 и 9 могут связываться с маннозо-6-фосфатом с высоким сродством. Домен 5 связывает Man-6-фосфат со слабым сродством. Однако также было показано, что домен 5 связывается с фосфодиэфиром Man-phosphate-GlcNAc. Это защитный механизм для клетки - он означает, что она способна связываться с лизосомальными ферментами, которые избежали действия фермента, удаляющего остаток GlcNAc. Объединение этих 3 доменов позволяет CI-MPR связываться с широким спектром фосфорилированных гликановых структур. Домен 11 связывается с IGF-II.
CD-MPR: CD-MPR намного меньше, чем CI-MPR - всего ~ 46 кДа. Его N-концевой экстрацитоплазматический домен содержит только 1 домен распознавания углеводов P-типа. CD-MPR существует в мембране в основном в виде димера. Однако считается, что также существуют мономерные и тетрамерные формы. На равновесие между этими различными олигомерами влияют pH, температура и присутствие маннозо-6-фосфатных остатков. Каждый мономер образует 9-нитевую ß-ствол, который может связываться с одним остатком маннозо-6-фосфата.
Катион-зависимый маннозо-6-фосфатный рецептор со связанным лигандом. Фиолетовая сфера представляет катион Mn 2+. Изображение, созданное из файла PDB: = 1C39 1C39 с использованием PyMol. CI-MPR и CD-MPR связывают маннозо-6-фосфат аналогичным образом. Оба образуют набор водородных связей между ключевыми остатками и характерными гидроксильными группами на остатке маннозы. Водородные связи с гидроксильными группами в положениях 2, 3 и 4 делают сайт специфичным только для маннозы.
Оба MPR имеют 4 общих остатка, которые необходимы для связывания лиганда. Мутация любого из этих остатков приводит к потере связывания маннозо-6-фосфата. Эти остатки представляют собой глутамин, аргинин, глутаминовую кислоту и тирозин и отвечают за образование водородных связей, которые контактируют с конкретными гидроксильными группами в остатке маннозы.
На лизосомальных ферментах может присутствовать широкий спектр структур N-гликанов. Эти гликаны могут различаться по:
CI-MPR и CD-MPR способны связываться с этим широким спектром структур N-гликанов за счет различной архитектуры сайта связывания. MPR также связываются с фосфатной группой несколько иначе. Домен 3 CI-MPR использует Ser- 386 и упорядоченную молекулу воды для связывания с фосфатным фрагментом. С другой стороны, CD-MPR использует остатки Asp- 103, Asn -104 и His- 105 для образования благоприятных водородных связей с фосфатной группой. CD-MPR также содержит двухвалентный катион Mn 2+, который образует благоприятные водородные связи с фосфатным фрагментом.
Хорошо известно, что CI-MPR связывает маннозо-6-фосфат, но появляется все больше свидетельств того, что CI-MPR также связывается с негликозилированным IGF-II. Считается, что когда CI-MPR присутствует на поверхности клетки, домен 11 будет связываться с любым IGF-II, свободным во внеклеточном матриксе. Затем рецептор быстро интернализуется вместе с IGF-II через мотив YSKV, присутствующий в цитоплазматическом хвосте CI-MPR. IGF-II затем будет нацелен на лизосомы, где он будет разлагаться. Это регулирует уровень свободного IGF-II в организме.
Эта функция CI-MPR была определена с использованием мышей с нокаутом. Было замечено, что у мышей с дефицитом CI-MPR был повышенный уровень свободного IGF-II и увеличенные органы (увеличение в размере примерно на 30%). Эти мыши умирают на 15-й день беременности из-за гиперплазии сердца. Смерть мышей можно было предотвратить, если также был нокаутирован аллель IGF-II. Когда CI-MPR и аллель IGF-II отключены, наблюдается нормальный рост мышей, поскольку больше не присутствует фактор роста, который необходимо регулировать.
Из-за способности CI-MPR модулировать уровни IGF-II было высказано предположение, что он может играть роль супрессора опухолей. Исследования множественных раковых заболеваний человека показали, что потеря функции CI-MPR связана с прогрессированием онкогенеза. Потеря гетерозиготности (LOH) в локусе CI-MPR была обнаружена при нескольких типах рака, включая печень и молочную железу. Однако это относительно новая концепция, и еще многие исследования должны будут изучить взаимосвязь между CI-MPR и раком.
