Фосфолипаза C (PLC ) представляет собой класс мембран- ассоциированные ферменты, которые расщепляют фосфолипиды непосредственно перед фосфатной группой (см. рисунок). Чаще всего он считается синонимом человеческих форм этого фермента, который играет важную роль в эукариотической клетке физиологии, в частности, сигнале трансдукция путей. Существует тринадцать видов фосфолипазы С млекопитающих, которые классифицируются на шесть изотипов (β, γ, δ, ε, ζ, η) в зависимости от структуры. Каждый ПЛК имеет уникальные и частично совпадающие элементы управления экспрессией и субклеточным распределением. Активаторы каждого PLC различаются, но обычно включают субъединицы гетеротримерного G-протеина, протеин тирозинкиназы, малые G-протеины, Са и фосфолипиды.
Большое количество функций, выполняемых реакцией ПЛК, требует, чтобы она строго регулировалась и могла реагировать на несколько внеклеточные и внутриклеточные входы с соответствующей кинетикой. Эта потребность руководила эволюцией шести изотипов PLC у животных, каждый из которых имеет свой способ регуляции. Пре-мРНК PLC также может подвергаться дифференциальному сплайсингу, так что млекопитающее может иметь до 30 ферментов PLC.
Большинство бактериальных варианты фосфолипазы C характеризуются в одной из четырех групп структурно родственных белков. Токсичные фосфолипазы C способны взаимодействовать с мембранами эукариотических клеток и гидролизовать фосфатидилхолин и сфингомиелин, что в конечном итоге приводит к лизису клеток.
У млекопитающих PLC имеют общую консервативную структуру ядра и отличаются другими доменами, специфичными для каждого семейства. Центральный фермент включает расщепленный бочонок триозофосфатизомеразы (TIM), домен гомологии плекстрина (PH), четыре тандемных домена EF hand и домен C2. Цилиндр TIM содержит активный центр, все каталитические остатки и сайт связывания Са. У него есть автоматическая вставка, которая прерывает его активность, называемая линкером X-Y. Было показано, что линкер XY перекрывает активный сайт, и при его удалении активируется PLC.
Гены, кодирующие альфа-токсин (Clostridium perfringens), Bacillus cereus PLC (BC-PLC) и PLC из Clostridium bifermentans и Listeria monocytogenes были выделены, и нуклеотиды секвенированы. Наблюдается значительная гомология последовательностей, приблизительно 250 остатков, от N-конца. Альфа-токсин имеет еще 120 остатков на С-конце. С-конец альфа-токсина описывается как «С2-подобный» домен, относящийся к домену С2, обнаруженному у эукариот, который участвует в передаче сигнала и присутствует в фосфоинозитидфосфолипазе С млекопитающих..
Первичная катализируемая реакция PLC происходит на нерастворимом субстрате на границе раздела липид-вода. Остатки в активном сайте консервативны во всех изотипах PLC. У животных PLC избирательно катализирует гидролиз фосфолипида фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата (PIP 2) на глицериновой стороне фосфодиэфирной связи. Происходит образование слабо связываемого с ферментом промежуточного соединения, инозита 1,2. -циклический фосфодиэфир и высвобождение диацилглицерина (DAG). Промежуточный продукт затем гидролизуют до инозитол-1,4,5-трифосфата (IP 3). Таким образом, двумя конечными продуктами являются DAG и IP 3. Для кислотно-основного катализа требуются два консервативных остатка гистидина, а для гидролиза PIP 2 необходим ион Са. Было обнаружено, что Са в активном центре координируется с четырьмя кислотными остатков, и если какой-либо из остатков мутирован, тогда для катализа необходима более высокая концентрация Са.
Рецепторы, активирующие этот путь, в основном, G белковые рецепторы, связанные с Gαqсубъединицей, включая:
Другое, минор, активаторами, отличными от G αq, являются:
PLC расщепляет фосфолипид фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат (PIP 2) до диацилглицерин (DAG) и инозитол-1,4,5-трифосфат (IP 3). Таким образом, PLC оказывает сильное влияние на истощение PIP 2, который действует как мембранный якорь или аллостерический регулятор. PIP 2 также действует как субстрат для синтеза более редкого липида фосфатидилинозитол-3,4,5-трифосфата (PIP 3), который отвечает за передачу сигналов во многих реакциях. Следовательно, PIP 2 истощение в результате реакции PLC имеет решающее значение для регулирования локальных концентраций PIP 3 как в плазматической мембране, так и в ядерной мембране.
Два продукта реакции, катализируемой PLC, DAG и IP 3 являются важными вторичными посредниками, которые контролируют различные клеточные процессы и являются субстратами для синтеза других важных сигнальных молекул. Когда PIP 2 расщепляется, DAG остается связанным с мембраной, и IP 3 высвобождается в виде растворимой структуры в цитозоль. IP 3 затем диффундирует через цитозоль, связываясь с IP3рецепторами, в частности, кальциевые каналы в гладком эндоплазматическом ретикулуме (ER). Это вызывает повышение цитозольной концентрации кальция, вызывая каскад внутриклеточных изменений ая деятельность. Кроме того, кальций и DAG вместе работают для активации протеинкиназы C, которая далее фосфорилирует другие молекулы, что приводит к изменению клеточной активности. Конечные эффекты включают вкусовые ощущения, продвижение опухоли, а также экзоцитоз везикул, выработку супероксида из НАДФН-оксидазы и активацию JNK.
И то и другое DAG и IP 3 являются субстратами для синтеза регуляторных молекул. DAG является субстратом для синтеза фосфатидной кислоты, регуляторной молекулы. IP 3 представляет собой ограничивающий скорость субстрат для синтеза полифосфатов инозита, которые стимулируют множественные протеинкиназы, транскрипцию и процессинг мРНК. Таким образом, регуляция активности PLC жизненно важна для координации и регулирования других ферментов путей, которые являются центральными для контроля клеточной физиологии.
Кроме того, фосфолипаза C играет важную роль в пути воспаления. Связывание агонистов, таких как тромбин, эпинефрин или коллаген, с поверхностными рецепторами тромбоцитов может запускать активацию фосфолипазы C, чтобы катализировать высвобождение арахидоновой кислоты из двух основных мембранных фосфолипидов, фосфатидилинозита и фосфатидилхолина. Затем арахидоновая кислота может перейти в путь циклооксигеназы (продуцируя простогландины (PGE1, PGE2, PGF2), простациклины (PGI2) или тромбоксаны (TXA2)). и липоксигеназный путь (продуцирование лейкотриенов (LTB4, LTC4, LTD4, LTE4)).
Бактериальный вариант Clostridium perfringens типа A продуцирует альфа-токсин. Токсин обладает активностью фосфолипазы C и вызывает гемолиз, летальность и дермонекроз. В высоких концентрациях альфа-токсин вызывает массовую деградацию фосфатидилхолина и сфингомиелина с образованием диацилглицерина и церамида соответственно. Затем эти молекулы участвуют в путях передачи сигнала. Сообщалось, что токсин активирует каскад арахидоновой кислоты в изолированной аорте крысы. Вызванное токсином сокращение было связано с образованием тромбоксана A 2 из арахидоновой кислоты. Таким образом, вероятно, что бактериальный PLC имитирует действие эндогенного PLC в мембранах эукариотических клеток.