Матери против декапентаплегического гомолога 4

редактировать

SMAD4
Белок SMAD4 PDB 1dd1.png
Доступные конструкции
PDB Ортолог поиск: PDBe RCSB
Идентификаторы
Псевдонимы SMAD4, DPC4, JIP, MADH4, MYHRS, член семейства SMAD 4
Внешние идентификаторы OMIM : 600993 MGI : 894293 HomoloGene : 31310 GeneCard : SMAD4
Ортологи
Разновидность Человек Мышь
Entrez

4089

17128

Ансамбль

ENSG00000141646

ENSMUSG00000024515

UniProt

Q13485

P97471

RefSeq (мРНК)

NM_005359

NM_008540 NM_001364967 NM_001364968

RefSeq (белок)

NP_005350

NP_032566 NP_001351896 NP_001351897

Расположение (UCSC) Chr 18: 51.03 - 51.09 Мб Chr 18: 73,64 - 73,7 Мб
PubMed поиск
Викиданные
Просмотр / редактирование человека Просмотр / редактирование мыши

SMAD4, также называемый членом семейства SMAD 4, Матери против декапентаплегического гомолога 4, или DPC4 (удаленный при раке поджелудочной железы-4) является высококонсервативным белком, присутствующим у всех многоклеточных животных. Он принадлежит к семейству белков факторов транскрипции SMAD, которые действуют как медиаторы передачи сигнала TGF-β. TGF - beta семейства цитокинов регулирует важнейшие процессы в течение всего жизненного цикла многоклеточных, причем важную роль в процессе развития эмбриона, гомеостаза тканей, регенерации и иммунной регуляции.

SMAD 4 принадлежит к группе co-SMAD ( общий медиатор SMAD), второму классу семейства SMAD. SMAD4 - единственный известный co-SMAD у большинства многоклеточных животных. Он также принадлежит к семейству белков Дарвина, которые модулируют членов суперсемейства белков TGFβ, семейства белков, которые все играют роль в регуляции клеточных ответов. Млекопитающие SMAD4 является гомологом из Drosophila белка « Матери против decapentaplegic » по имени Медея.

SMAD4 взаимодействует с R-Smads, такими как SMAD2, SMAD3, SMAD1, SMAD5 и SMAD8 (также называемым SMAD9), с образованием гетеротримерных комплексов. Попадая в ядро, комплекс SMAD4 и двух R-SMADS связывается с ДНК и регулирует экспрессию различных генов в зависимости от клеточного контекста. Внутриклеточные реакции с участием SMAD4 запускаются связыванием на поверхности клеток факторов роста из семейства TGFβ. Последовательность внутриклеточных реакций с участием SMADS называется путем SMAD или путем трансформирующего фактора роста бета (TGF-β), поскольку последовательность начинается с распознавания TGF-β клетками.

СОДЕРЖАНИЕ
  • 1 Джин
  • 2 белка
  • 3 конструкции
    • 3.1 Комплексы домена MH1 с мотивами ДНК
    • 3.2 Доменные комплексы MH2
  • 4 Номенклатура и происхождение названия
  • 5 Функция и механизм действия
  • 6 Клиническое значение
  • 7 ссылки
  • 8 Дальнейшее чтение
  • 9 Внешние ссылки
Ген

У млекопитающих SMAD4 кодируется геном, расположенным на 18 хромосоме. У человека ген SMAD4 содержит 54 829 пар оснований и расположен от пары № 51 030 212 до пары 51 085 041 в области 21.1 хромосомы 18.

Структура 18-й хромосомы у Homo sapiens. Ген SMAD 4 расположен на длинном плече хромосомы в локусе 21.1. Этот локус соответствует черной полосе между областями 12.3 и 21.2.
Протеин

SMAD4 представляет собой полипептид из 552 аминокислот с молекулярной массой 60,439 Да. SMAD4 имеет два функциональных домена, известных как MH1 и MH2.

SMAD 4 состоит из трех основных доменов, включая MH1 (вверху), MH2 (вниз) и связывающий домен (справа).

Комплекс двух SMAD3 (или двух SMAD2) и одного SMAD4 связывается непосредственно с ДНК посредством взаимодействия их доменов MH1. Эти комплексы рекрутируются в сайты по всему геному факторами транскрипции, определяющими клеточный клон (LDTF), которые определяют контекстно-зависимую природу действия TGF-β. Раннее понимание специфичности связывания ДНК белков Smad было получено в результате скрининга связывания олигонуклеотидов, который идентифицировал палиндромный дуплекс 5'-GTCTAGAC-3 'как высокоаффинную связывающую последовательность для доменов SMAD3 и SMAD4 MH1. Другие мотивы также были идентифицированы в промоторах и энхансерах. Эти дополнительные сайты содержат мотив CAGCC и консенсусные последовательности GGC (GC) | (CG), последние также известны как сайты 5GC. Мотивы 5GC широко представлены в виде кластеров сайтов в SMAD-связанных областях по всему геному. Эти кластеры также могут содержать сайты CAG (AC) | (CC). Комплекс SMAD3 / SMAD4 также связывается с элементами промотора TPA-чувствительного гена, которые имеют мотив последовательности TGAGTCAG.

Структуры

Комплексы домена MH1 с мотивами ДНК

Первой структурой SMAD4, связанной с ДНК, был комплекс с палиндромным мотивом GTCTAGAC. Недавно также были определены структуры домена MH1 SMAD4, связанного с несколькими мотивами 5GC. Во всех комплексах взаимодействие с ДНК включает консервативную β-шпильку, присутствующую в домене MH1. Шпилька частично гибкая в растворе, а ее высокая степень конформационной гибкости позволяет распознавать различные последовательности из 5 п.н. Эффективные взаимодействия с GC-сайтами происходят только в том случае, если нуклеотид G расположен глубоко в большой рощице и устанавливает водородные связи с гуанидиниевой группой Arg81. Это взаимодействие способствует дополнительному поверхностному контакту между шпилькой, связывающей ДНК Smad, и большой бороздой ДНК. Другие прямые взаимодействия включают Lys88 и Gln83. Рентгеновская кристаллическая структура доменов Trichoplax adhaerens SMAD4 MH1, связанных с мотивом GGCGC, указывает на высокую сохранность этого взаимодействия у многоклеточных животных.

Домен MH1 Smad4, связанный с мотивом ДНК GGCT, из PDB : 5MEZ Увеличенное изображение домена Smad4 MH1, связанного с мотивом ДНК GGCGC, из PDB : 5MEY Домен MH1 Smad4, связанный с мотивом ДНК GGCGC, из PDB : 5MEY

Доменные комплексы MH2

Домен MH2, соответствующий С-концу, отвечает за распознавание рецептора и ассоциацию с другими SMAD. Он взаимодействует с доменом MH2 R-SMADS и образует гетеродимеры и гетеротримеры. Некоторые опухолевые мутации, обнаруженные в SMAD4, усиливают взаимодействия между доменами MH1 и MH2.

Номенклатура и происхождение названия

SMAD являются высококонсервативными у разных видов, особенно в N-концевом домене MH1 и C-концевом домене MH2. Белки SMAD являются гомологами как белка MAD дрозофилы, так и белка SMA C. elegans. Название представляет собой комбинацию двух. Во время исследования дрозофилы было обнаружено, что мутация в гене MAD у матери репрессировала ген decapentaplegic в эмбрионе. Была добавлена ​​фраза «Матери против», поскольку матери часто создают организации, выступающие против различных проблем, например, « Матери против вождения в нетрезвом виде» (MADD), что отражает «усиление материнского эффекта dpp »; и основан на традиции необычного именования в исследовательском сообществе. SMAD4 также известен как DPC4, JIP или MADH4.

Функция и механизм действия

SMAD4 - это белок, который определен как важный эффектор в пути SMAD. SMAD4 служит посредником между внеклеточными факторами роста из семейства TGFβ и генами внутри ядра клетки. Аббревиатура co в co-SMAD означает общий посредник. SMAD4 также определяется как преобразователь сигналов.

В пути TGF-β димеры TGF-β распознаются трансмембранным рецептором, известным как рецептор типа II. Как только рецептор типа II активируется связыванием TGF-β, он фосфорилирует рецептор типа I. Рецептор типа I также является рецептором клеточной поверхности. Затем этот рецептор фосфорилирует регулируемый внутриклеточным рецептором SMADS (R-SMADS), такой как SMAD2 или SMAD3. Затем фосфорилированный R-SMADS связывается с SMAD4. Ассоциация R-SMADs-SMAD4 представляет собой гетеромерный комплекс. Этот комплекс переместится из цитоплазмы в ядро: это транслокация. SMAD4 может образовывать гетеротримерные, гетерогексамерные или гетеродимерные комплексы с R-SMADS.

SMAD4 является субстратом киназы Erk / MAPK и GSK3. Стимуляция пути FGF ( фактора роста фибробластов ) приводит к фосфорилированию Smad4 с помощью Erk канонического сайта MAPK, расположенного на треонине 277. Это событие фосфорилирования оказывает двойное влияние на активность Smad4. Во-первых, он позволяет Smad4 достичь пика транскрипционной активности путем активации регулируемого фактором роста домена активации транскрипции, расположенного в линкерной области Smad4, SAD (Smad-Activation Domain). Во-вторых, MAPK праймирует Smad4 для GSK3- опосредованного фосфорилирования, которое вызывает ингибирование транскрипции, а также генерирует фосфодегрон, используемый в качестве места стыковки бета-трансдуцином, содержащим повторы убиквитина E3 ( бета-TrCP ), который полиубиквитинирует Smad4 и нацеливает его на деградацию в протеасоме.. Было высказано предположение, что фосфорилирование Smad4 GSK3 регулирует стабильность белка во время прогрессирования рака поджелудочной железы и толстой кишки.

В ядре гетеромерный комплекс связывает промоторы и взаимодействует с активаторами транскрипции. Комплексы SMAD3 / SMAD4 могут напрямую связывать SBE. Эти ассоциации слабые и требуют дополнительных факторов транскрипции, таких как члены семейства AP-1, TFE3 и FoxG1, для регулирования экспрессии генов.

Многие лиганды TGFβ используют этот путь, и впоследствии SMAD4 участвует во многих клеточных функциях, таких как дифференцировка, апоптоз, гаструляция, эмбриональное развитие и клеточный цикл.

Клиническое значение

Генетические эксперименты, такие как нокаут гена (KO), которые заключаются в модификации или инактивации гена, могут быть проведены для того, чтобы увидеть влияние дисфункционального SMAD 4 на исследуемый организм. Часто эксперименты проводят на домашней мыши ( Mus musculus ).

Было показано, что у мышей KO из SMAD4, в зернистых клетках, которые секретируют гормоны и факторы роста в течение ооцитов развития, подвергаются преждевременному лютеинизацию и выражать более низкие уровни фолликулостимулирующего гормона рецепторов (FSHR) и более высокие уровни лютеинизирующего гормона рецепторов (LHR). Это может быть частично связано с нарушением эффектов костного морфогенетического белка-7, поскольку BMP-7 использует сигнальный путь SMAD4.

Делеции в генах, кодирующих SMAD1 и SMAD5, также были связаны с метастазирующими опухолями гранулезных клеток у мышей.

SMAD4 часто мутирует при многих раковых заболеваниях. Мутация может быть унаследована или приобретена в течение жизни человека. В случае передачи по наследству мутация затрагивает как соматические клетки, так и клетки репродуктивных органов. Если мутация SMAD 4 приобретена, она будет существовать только в определенных соматических клетках. Действительно, SMAD 4 синтезируется не всеми клетками. Белок присутствует в клетках кожи, поджелудочной железы, толстой кишки, матки и эпителия. Он также продуцируется фибробластами. Функциональный SMAD 4 участвует в регуляции пути передачи сигнала TGF-β, который негативно регулирует рост эпителиальных клеток и внеклеточного матрикса (ECM). Когда структура SMAD 4 изменяется, экспрессия генов, участвующих в росте клеток, больше не регулируется, и пролиферация клеток может продолжаться без какого-либо подавления. Большое количество клеточных делений приводит к образованию опухолей, а затем к мультиплоидному колоректальному раку и карциноме поджелудочной железы. Он инактивирован как минимум в 50% случаев рака поджелудочной железы.

Было показано, что соматические мутации, обнаруженные при раке человека в домене MH1 SMAD 4, ингибируют ДНК-связывающую функцию этого домена.

СМАД 4 также обнаружили, мутировали в аутосомно - доминантным заболеванием синдром ювенильного полипоза (JPS). JPS характеризуется наличием гамартоматозных полипов желудочно-кишечного тракта. Эти полипы обычно доброкачественные, однако они подвержены большему риску развития рака желудочно-кишечного тракта, в частности рака толстой кишки. Идентифицировано около 60 мутаций, вызывающих JPS. Они были связаны с производством SMAD 4 меньшего размера с отсутствующими доменами, которые препятствуют связыванию белка с R-SMADS и образованию гетеромерных комплексов.

Мутации в SMAD4 (в основном замены) могут вызывать синдром Мюре, редкое наследственное заболевание, характеризующееся умственными недостатками, низким ростом, необычными чертами лица и различными костными аномалиями.

использованная литература
дальнейшее чтение
внешние ссылки
Последняя правка сделана 2023-08-08 11:30:32
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте