Войти
кальций-связывающий белок A10 S100 (S100A10 ), также известный как p11, представляет собой белок, который кодируется геном S100A10 у людей и геном S100a10 у других видов. S100A10 является членом семейства белков S100, содержащих два кальций-связывающих мотива EF-hand. Белки S100 локализованы в цитоплазме и / или ядре широкого круга клеток. Они регулируют ряд клеточных процессов, таких как развитие и дифференцировка клеточного цикла. Белок S100 участвует в экзоцитозе и эндоцитозе за счет реорганизации F-актина.
Белок p11 связан с транспортом нейротрансмиттеров. Обнаруженный в головном мозге человека и других млекопитающих, он участвует в регуляции настроения. Кроме того, из-за его взаимодействия с белками, сигнализирующими о серотонине, и его корреляции с симптомами расстройства настроения, p11 является новой потенциальной мишенью для лекарственной терапии.
Семейство генов S100 включает по крайней мере 13 членов, которые расположены в виде кластера на хромосоме 1q21. У людей в настоящее время известно 19 членов семьи с большинством генов S100 (от S100A1 до S100A16).
Кристаллографическая структура тетрамера белка p11. Дисульфидные связи между парой димеров (голубой и зеленый) представлены желтыми полосками. N-конец аннексина II окрашен в пурпурный цвет. Белок p11 может быть обнаружен как свободный мономер, гомодимер или гетеротетрамер, состоящий из комплекса димера p11 с две молекулы аннексина II. Гомодимер или гетеротетрамер, в свою очередь, может димеризоваться за счет образования двух дисульфидных связей (см. Рисунок слева). Мономер p11 представляет собой асимметричный белок, состоящий из четырех альфа-спиралей. Димеризованная форма белка создается упаковкой между спиралями H1 и H4 в антипараллельном расположении с гидрофобными областями, находящимися в ядре.
Структура p11 классифицируется парой мотива спираль-петля-спираль, также известного как тип EF-hand, который распознает и связывает ионы кальция. Это общее для всех известных белков S-100. Типы EF-hand, объединенные антипараллельной бета-цепью между петлями L1 и L3, расположены на одной стороне молекулы, напротив N- и C-концов. Как член семейства S-100, его структура напоминает структуру белков S-100A1 и S-100B. Этот класс белков участвует в регуляции сборки цитоскелета, цитозольных ферментов и динамики мембран.
Вовлечение P11 в цитоскелет может способствовать транспорту других белков по клетке и к клеточной мембране. В отличие от других белков S-100, вторая EF-рука белка p11 неспособна связывать кальций из-за серии мутаций, вызванных делециями и заменами. Аннексин II, который притягивается к отрицательно заряженным фосфолипидам, связывается с p11 в сайте связывания Са. Кроме того, Аннексин II участвует во взаимодействиях мембрана-цитоскелет и в регуляции ионных потоков и веществ через мембрану. P11 и аннексин II образуют комплекс гетеротетрамерного белка, который имитирует структуру и функцию белков S-100, активируемых связыванием кальция. Этот тетрамерный комплекс более стабилен, чем димер p11, поэтому сверхэкспрессия гена аннексина II приводит к более высоким уровням белка p11.
P11 является неотъемлемой частью структурной основы клетки, которая взаимодействует с белками плазматической мембраны посредством ассоциации с аннексином II. Недавно было обнаружено, что он образует комплекс с аннексином I, хотя механизм остается неизвестным. Он работает вместе с цитозольными и ассоциированными с периферическими мембранами белками, такими как AHNAK, в развитии внутриклеточной мембраны. P11 участвует в транспортировке белков, участвующих в регуляции настроения, ноцицепции и поляризации клеток. Он содержится в типах клеток по всему телу, но преимущественно находится в легких и почках. Он участвует в транспортировке белков к плазматической мембране и может экспрессироваться на поверхности клетки в качестве рецептора. Многие из транспортируемых белков являются рецепторами клеточной поверхности в путях передачи сигналов и ионных каналах. P11 способствует ноцицепции, поглощению Ca и поляризации клеток. В комплексе с аннексином II p11 связывает рецепторные и канальные белки и направляет их на поверхность клетки, что приводит к усилению локализации на мембране и, как следствие, к усилению функциональной экспрессии этих белков.
Ионные каналы входят в число нескольких белков, которые транспортируются через взаимодействие с p11. Некоторые из этих белков включают Nav1.8, TRPV5, TRPV6, TASK-1 и ASIC1a. Na v 1,8 представляет собой устойчивый к тетродотоксину натриевый канал, который заменяет потерянный натрий после повреждения клетки. Повышенная экспрессия этих каналов изменяет величину тока натрия через мембрану. TRPV5 и TRPV6 представляют собой временные каналы рецепторного потенциала, селективные в отношении ионов Ca и Mg. TASK-1 представляет собой двухпористый домен K-канала, связанный с TWIK, чувствительный к кислоте K (TASK). P11 также может действовать как фактор удержания, не позволяя TASK-1 покидать эндоплазматический ретикулум. ASIC1a представляет собой кислоточувствительный ионный канал, участвующий в болевом сенсорном пути, который регулируется p11.
Хотя точный механизм неясен, белок p11, как было показано, играет важную роль в регуляции передачи сигналов серотонина в головном мозге.. Серотонин (5-гидрокситриптамин или 5-HT) - нейромедиатор, обнаруженный в центральной и периферической нервной системах. Он участвует в механизмах, ответственных за формирование памяти и обучение, но наиболее известен своей ролью в регуляции сокращения мышц, аппетита, сна и настроения. Различные уровни серотонина в головном мозге связаны с развитием аффективных расстройств, таких как клиническая депрессия. P11 взаимодействует с белками рецептора серотонина, рецепторами 5-HT, такими как 5-HT 1B, модулируя пути передачи рецепторного сигнала, активируемые связыванием серотонина. P11 также задействует экспрессию рецептора 5-HT 4 на клеточной поверхности, увеличивая его концентрацию в синапсе. Это приводит к более быстрой серотонин-зависимой активности. 5-HT 4 участвует в регуляции активности киназ в центральной нервной системе, фосфорилируя целевые белки и способствуя эндосомной активности. P11 коэкспрессируется с мРНК 5-HT 4 и ее белком в частях мозга, связанных с депрессией, что позволяет предположить, что их функции связаны и влияют на настроение.
Белок p11 также может быть представлен на клеточная поверхность в качестве рецептора тканевого активатора плазминогена (tPA ) и плазминогена. Продукция плазмина многими клетками зависит от p11.
Было показано, что S100A10 взаимодействует с TRPV5, TRPV6, TASK-1, ASIC1a, CTSB, BAD, KCNK3, UBC и ANXA2.
Там представляет собой специфичность взаимодействия между p11 и 5-HT 1B. В двухгибридном скрининге с использованием двадцати шести из 29 дважды положительных клонов жертвы, содержащих ген, кодирующий p11. Это исследование показало, что p11 взаимодействует с рецепторами 5-HT 1B, но не с 5-HT 1A, 5-HT 2A, 5-HT 5A, 5-HT 6, дофамином. D1 или D2 рецепторы, две нерелевантные приманки (C {Delta} 115 и pRP21) или пустая плазмида. Специфическое взаимодействие было подтверждено тремя другими способами: было обнаружено, что в клетках HeLa и ткани мозга p11 коиммунопреципитируется с рецепторами 5-HT 1B ; Исследования иммунофлуоресценции показывают совместную локализацию между рецепторами p11 и 5-HT 1B на поверхности клетки; и распределение мРНК p11 в головном мозге напоминает распределение мРНК рецептора 5-HT 1B. В таблице ниже показаны белки, которые взаимодействуют с p11, и функциональная роль p11 в этих взаимодействиях
| Interactor | Биологическая функция P11 | Ссылка |
|---|---|---|
| Аннексин 2 | Регуляция эндосомных функций | |
| Рецептор 5-HT1B | Локализация рецепторов 5-HT1B на поверхности клетки | |
| Натриевый канал NaV1.8 | Увеличение каналов NaV1.8 на плазматической мембране | |
| калиевый канал TASK-1 | Регулирование каналов TASK-1 на плазматической мембране | |
| каналы ASIC-1 | Увеличение каналов ASIC на плазматической мембране | |
| TRPV5 / TRPV6 каналы | Увеличение TRPV5 / TRPV6 каналов на плазматической мембране | |
| NS3 | Медиация высвобождения вируса | |
| Цитозольная фосфолипаза A2 | Сниженный арахидонический высвобождение кислоты | |
| BAD | Ингибирование проапоптотического эффекта | |
| L2 HPV16 | Облегчает связывание и проникновение вируса папилломы человека тип 16 |
Комплекс p11 и аннексина II регулируется посредством фосфорилирования SerII на молекуле аннексина II с помощью протеинкиназы C (PKC). Это фосфорилирование препятствует способности комплекса связываться с определенными молекулами-мишенями. Протеинкиназа А (PKA) обращает действие PKC путем активации фосфатазы, которая реактивирует комплекс посредством дефосфорилирования.
Текущие эксперименты на животных показали, что различные факторы и физиологические стимулы успешно регулируют уровни транскрипции белка p11. Некоторые из этих факторов показаны в таблице ниже.
| Фактор | Биологическая система | Ссылка |
|---|---|---|
| Дексаметазон | BEAS и HeLa клетки | |
| Трансформирующие фактор роста α | клетки RGM-1 | |
| эпидермальный фактор роста | деполяризация BEAS и клетки HeLa | |
| оксид азота доноры | BEAS и клетки HeLa | |
| Интерферон-гамма | клетки BEAS | |
| Витамин D | мышь почки | |
| Ретиноевая кислота | клетки BEAS | |
| фактор роста нервов | клетки PC12, крыса ганглий дорзального корешка | |
| имипрамин | мышь лобная кора | |
| транилципромин | лобная кора головного мозга мыши | |
| Электросудорожное лечение | лобная кора головного мозга крысы | |
| седалищный нерв поражение | крыса | |
| Экспериментальный аутоиммунный энцефаломиелит | крыса мозжечок |
Депрессия - широко распространенное изнурительное заболевание, поражающее людей любого возраста и происхождения. Депрессия характеризуется множеством эмоциональных и физиологических симптомов, включая чувство печали, безнадежности, пессимизма, вины, общую потерю интереса к жизни и чувство снижения эмоционального благополучия или низкой энергии. Очень мало известно о патофизиологии клинической депрессии и других родственных расстройств настроения, включая тревогу, биполярное расстройство, ADD, ADHD и Шизофрения.
Белок p11 был тесно связан с расстройствами настроения, а именно с депрессией, благодаря его роли в серотониновых системах через его взаимодействия с рецепторами серотонина 5-HT. Серотонин влияет на различные системы, включая сердечно-сосудистую, почечную, иммунную и желудочно-кишечную системы. Текущие исследования сосредоточены на взаимосвязи нейромедиатора с регулированием настроения.
В ходе экспериментов мыши с дефицитом белка p11 демонстрируют депрессивное поведение. Нокаут-эксперименты, в которых ген, кодирующий белок p11, был удален из генома мыши, вызвали у них признаки депрессии. Это наблюдается и у человека. С другой стороны, люди с достаточным количеством белка p11 ведут себя нормально. Когда мышам с депрессивными симптомами вводили антидепрессанты, было обнаружено, что их уровни p11 увеличиваются с той же скоростью, что и антидепрессанты, влияющие на их поведенческие изменения. Кроме того, посмертные сравнения тканей мозга показали гораздо более низкие уровни p11 у пациентов с депрессией по сравнению с контрольными субъектами. Было обнаружено, что уровни p11 значительно ниже у людей с депрессией и беспомощных мышей, что позволяет предположить, что измененные уровни p11 могут быть вовлечены в развитие депрессивно-подобных симптомов.
Большинство современных лекарств и методов лечения депрессии и тревоги повышают уровни передачи серотонина между нейронами. Известно, что селективные ингибиторы обратного захвата серотонина (SSRI ), очень успешный класс лекарств, довольно быстро увеличивают количество серотонина, доступного для клеток мозга. Несмотря на это, их терапевтический эффект длится от нескольких недель до месяцев. Недавние исследования показывают, что белок p11 увеличивает концентрацию серотониновых 5-HT рецепторов в синапсах нейронов, тем самым делая передачу сигналов серотонина намного более эффективной. Взаимодействие с рецептором серотонина 1b (5-HT 1B) и p11 можно резюмировать следующим образом: когда уровень p11 увеличивается, количество рецепторов 5-HT 1B на поверхности клетки увеличиваются пропорционально. Увеличение количества рецепторов 5-HT 1B на поверхности нейрона увеличивает эффективность передачи серотонина через синапс. С другой стороны, когда уровни p11 снижаются, меньшее количество рецепторов 5-HT 1B мигрирует изнутри нейрона к клеточной мембране в синаптической щели, тем самым снижая эффективность, с которой передача сигналов серотонина может происходить через синапс. Эти результаты предполагают, что, хотя уровни серотонина сразу же вводятся с помощью лекарств, период времени, в течение которого лекарство облегчает депрессию пациента, скорее всего, зависит от других регуляторных белков. Таким образом, учитывая взаимодействие белка p11 с рецепторами серотонина 5-HT и растущие доказательства корреляции этого белка с расстройствами настроения, этот белок был идентифицирован как цель для исследований при разработке будущих антидепрессантов.
Лечение антидепрессантами. (трициклический и моноаминоксидазный ингибитор) и электросудорожная терапия (ЭСТ) вызвали увеличение количества p11 в мозге этих мышей - такое же биохимическое изменение. Уровни белка p11 у людей и мышей с симптомами депрессии были существенно ниже по сравнению с уровнями белка p11 у животных без депрессии. Ведущий исследователь Пол Грингард и его коллеги выдвинули гипотезу, что повышение уровня p11 приведет к тому, что мыши будут проявлять антидепрессантное поведение, и наоборот, если уровень белка p11 будет снижен. Они использовали тест, который используется для измерения антидепрессантоподобной активности, чтобы подтвердить эту гипотезу. По их данным, сверхэкспрессированные гены p11 по сравнению с контрольными мышами обладали повышенной подвижностью и большим количеством рецепторов 5-HT 1B на поверхности клетки, что делало возможной большую передачу серотонина. Когда исследователи «нокаутировали» ген p11 у мышей, они обнаружили, что у мышей с нокаутом было меньше рецепторов на поверхности клетки, уменьшалась передача сигналов серотонина, уменьшалась реакция на сладкое вознаграждение и уменьшалась подвижность, поведение, характерное для поведения, похожего на депрессию. Кроме того, рецепторы 5-HT 1B мышей с нокаутом p11 были менее чувствительны к серотонину и антидепрессантам по сравнению с рецепторами контрольных мышей, что дополнительно влияет на p11 в основном действии антидепрессантов. Антидепрессивные манипуляции повышают уровень p11, тогда как депрессивные манипуляции его снижают. Следовательно, для достижения антидепрессивного эффекта антидепрессанты должны быть сосредоточены на основном действии белков p11 и повышать уровень этого белка.
В настоящее время, исследование, проведенное Клиническим центром Национального института здоровья (CC), набирает участников для исследования, которое будет сравнивать уровни белка p11 у людей с большим депрессивным расстройством (MDD) и без него и определять, соответствуют ли уровни p11 в пациенты страдают от лечения циталопрамом (Celexa), ингибитором обратного захвата серотонина. В случае успеха в будущем будет доступно более индивидуальное лечение БДР.
.
