ESCRT - ESCRT

В эндосомный сортировочные комплексы, необходимые для перевозки (ESCRT) машины состоят из цитозольный белковые комплексы, известные как ESCRT-0, ESCRT-I, ESCRT-II и ESCRT-III. Вместе с рядом дополнительных белков эти комплексы ESCRT обеспечивают уникальный режим мембрана ремоделирование, которое приводит к изгибу / расщеплению мембран от цитоплазма.[1][2] Эти компоненты ESCRT были изолированы и изучены у ряда организмов, включая дрожжи и люди.[3]

Механизм ESCRT играет жизненно важную роль во многих клеточных процессах, включая мультивезикулярное тело (MVB) биогенез, клеточный опадение, и вирусное почкование. Биогенез мультивезикулярных тел (MVB) - это процесс, в котором убиквитин меченые белки входят органеллы называется эндосомами через образование пузырьки. Этот процесс необходим клеткам для разрушения неправильно свернутых и поврежденных белков.[4] Без оборудования ESCRT эти белки могут накапливаться и приводить к нейродегенеративный болезнь. Например, аномалии компонентов ESCRT-III могут привести к неврологическим расстройствам, таким как: наследственная спастическая параплегия (HSP).[5] Абсциссия клеток, процесс, посредством которого отщепляется мембрана, соединяющая две дочерние клетки, также опосредуется механизмом ESCRT. Без комплексов ESCRT дочерние клетки не могли разделять, а аномальные клетки, содержащие в два раза больше ДНК будет сгенерирован. Эти клетки неизбежно будут уничтожены в результате процесса, известного как апоптоз. Наконец, почкование вируса или процесс, посредством которого определенные типы вирусов выходят из клеток, могут не происходить в отсутствие аппарата ESCRT. Это неизбежно предотвратит распространение вирусов от клетки к клетке.

Комплексы ESCRT и вспомогательные белки

Резюме оборудования ESCRT и дополнительных белков.[3][5]

Каждый из комплексов ESCRT и дополнительных белков имеет уникальные структуры, которые обеспечивают различные биохимические функции. Для каждого белкового компонента механизма ESCRT существует ряд синонимов, как для дрожжей, так и для многоклеточные животные. Сводная таблица всех этих белков представлена ​​ниже.

В дрожжах существуют следующие комплексы / дополнительные белки:

ESCRT-0

Комплекс ESCRT-0 играет жизненно важную роль в образовании мультивезикулярных телец путем связывания и кластеризации убиквитинированных белков и / или рецепторы на поверхности клетки. Затем комплекс отвечает за привязку к липид на эндосомальной мембране, которая привлекает эти меченые белки к эндосоме.[6] Однажды правильно локализованный эти белки затем попадают в эндосомы через везикулы, образуя мультивезикулярные тельца, и в конечном итоге доставляются в лизосома где они деградировали. Этот процесс важен, поскольку он является основным путем деградации поврежденных белков, прошедших через Гольджи.[4] Компоненты комплекса ESCRT-0 существуют следующим образом:

Комплекс представляет собой 1: 1 гетеродимер Vps27 (сортировка вакуолярного белка белок 27) и Hse1.[1][5] Vps27 и Hse1 димеризовать через антипараллельный спиральная катушка GAT (названные так в честь белков GGA и Tom1) домены.[1] И Vps27, и Hse1 содержат аминоконцевой VHS домен (назван так потому, что содержится в Vps27, ЧАСRS и SБелки ТАМ).[7] Эти домены VHS связывают убиквитин с белками, которые клетка стремится разрушить. Убиквитин также может ассоциироваться с мотивами, взаимодействующими с убиквитином, такими как мотив Hse1 или двусторонний домен, обнаруженный на Vps27. А FYVE домен (названный в честь четырех белков, в которых он был первоначально идентифицирован: Fab1p, YOTB, Vac1 и EEA1) находится между VHS и взаимодействующими с убиквитином доменами мотивов Vps27.[5][8] Фосфатидилинозитол 3-фосфат, обычный эндосомальный липид, связывается с этим доменом FYVE, что приводит к привлечению ESCRT-0 в эндосому.[5]

ESCRT-I

Роль комплекса ESCRT-I состоит в том, чтобы способствовать образованию мультивезикулярных телец путем кластеризации убиквитинированных белков и действовать в качестве моста между комплексами ESCRT-0 и ESCRT-II.[9] Он также играет роль в распознавании и ремоделировании мембран во время отслоения мембраны, образуя кольца по обе стороны от середина тела делящихся клеток. ESCRT-I также отвечает за рекрутирование ESCRT-III, который образует зону сжатия непосредственно перед разделением клеток.[10] Более того, ESCRT-I играет роль в почковании вируса, взаимодействуя со специфическими вирусными белками, что приводит к привлечению дополнительных механизмов ESCRT к потенциальному месту высвобождения вируса.[11] Детали механизма ESCRT-I описаны ниже.

Комплекс ESCRT-I представляет собой гетеротетрамер (1: 1: 1: 1) Vps23, Vps28, Vps37 и Mvb12.[3] Собранный гетеротетрамер выглядит как стержень в форме стержня, состоящий из Vps23, Vps37 и Mvb12, с веерным колпачком, состоящим из одиночных спирали из Vps23, Vps28 и Vps37.[3][5] Vps23 содержит один вариантный домен убиквитина E2, который отвечает за связывание убиквитина, комплекса ESCRT-0 и PTAP (пRoline, тхреонин, аLanine, пролине) мотив вирусного Рвотные белки.[3][5] Сразу после этого варианта домена убиквитина E2, богатый пролином мотив (GPPX3Y), который направляет ESCRT-I к среднему телу во время отрыва мембраны.[5] Mvb12 также может связывать убиквитин через свой карбокси-конец. Vps28 отвечает за взаимодействие ESCRT-I и ESCRT-II, связываясь с доменом GLUE (граммБАРАН-LАйк Uбиквитин-связывание в EAP45) Vps36 через его карбокси-конец четырехспиральный пучок домен.[1]

ESCRT-II

Комплекс ESCRT-II функционирует в первую очередь во время биогенеза мультивезикулярных телец и доставки убиквитиновых белков в эндосомы. Белки, меченные убиквитином, передаются от ESCRT-0 к ESCRT-I, а затем к ESCRT-II. ESCRT-II связывается с ESCRT-III, который зажимает груз, содержащий везикулу, закрытым.[5] Специфические аспекты ESCRT-II заключаются в следующем:

ESCRT-II представляет собой гетеротетрамер (2: 1: 1), состоящий из двух Vps25 субъединицы, один Vps22 и один Vps36 субъединица.[3] Молекулы Vps25 содержат мотивы PPXY, которые связываются с крылатая спираль (WH) мотивы Vps22 и Vps36, образующие Y-образный комплекс с Vps22 и Vps36 в качестве основания и молекулами Vps25 в качестве плеч.[3][5] Молекулы Vps25 также содержат мотивы WH, которые отвечают за взаимодействие ESCRT-II с ESCRT-III. Vps36 содержит домен GLUE, который связывает фосфатидилинозитол-3-фосфат и Vps28 ESCRT-I.[3][5] Два цинковый палец домены вплетены в домен GLUE дрожжевого Vps36. Один из этих доменов с цинковыми пальцами связывает карбокси-концевой домен Vps28, а другой - с убиквитином.[5]

ESCRT-III

Комплекс ESCRT-III, вероятно, является наиболее важным из всех механизмов ESCRT, поскольку он играет роль во всех процессах, опосредованных ESCRT.[12] Во время расслоения мембраны и образования почки вируса ESCRT-III формирует длинные филаменты, которые наматываются вокруг места сужения мембраны непосредственно перед разрывом мембраны.[10][13] Это опосредование опущения происходит через взаимодействие с центральный шпиндлин сложный.[14] Эти нитевидные структуры также присутствуют во время формирования мультивезикулярных тел и функционируют как кольцеобразный забор, который закупоривает почкующиеся пузырьки, чтобы предотвратить утечку грузовых белков в цитозоль клетки.[10] ESCRT-III существует и функционирует следующим образом:

Комплекс ESCRT-III отличается от всех других механизмов ESCRT тем, что он существует только временно и содержит как существенные, так и второстепенные компоненты.[1][10] Основные субъединицы должны быть собраны в правильном порядке (Vps20, Snf7, Vps24, затем Vps2) для функционирования оборудования.[5] Несущественные субъединицы включают Vps60, Did2 и Ist1.[10] Vps20 инициирует сборку ESCRT-III, действуя как зародышеобразователь сборки полимера Snf7. Затем Vps24 связывается с Snf7, чтобы ограничить комплекс и задействовать Vps2.[1][3] Затем Vps2 добавляет в комплекс Vps4.[15] Все «свободные» цитозольные формы каждой субъединицы считаются закрытыми. То есть карбокси-концевая часть каждой субъединицы складывается сама на себя автоингибирующим образом, стабилизируя мономерный субъединицы.[1][3] Карбокси-конец большинства субъединиц ESCRT-III, как основных, так и несущественных, содержит MIM (MЭТО (микротрубочка взаимодействующий и транспортный домен) явзаимодействие мотиф) мотивы.[16] Эти мотивы ответственны за связывание Vps4 и ААА-АТФаза спастин.[3]

Vps4-Vta1

Белки Vps4-Vta1 необходимы для удаления других компонентов ESCRT (обычно ESCRT-III) с мембран после завершения определенного процесса. Существуют некоторые дискуссии относительно того, отщепляет ли Vps4 комплекс ESCRT-III или ремоделирует комплекс, так что один компонент отщепляется в определенное время.[11] Считается, что Vta1 действует как активатор Vps4, помогая его сборке и повышая его активность AAA-ATPase.[12][17] Эти белки функционируют следующим образом:

Субъединицы Vps4 имеют два функциональных домена, аминоконцевой домен MIT и центральный домен AAA-ATPase.[3] Домен MIT отвечает за взаимодействие Vps4 с доменом MIM Vps2.[1] Домен AAA-ATPase гидролизует ATP, чтобы привести в действие разборку комплекса ESCRT-III.[10] Такое «удаление» ESCRT-III позволяет переработать все связанные субъединицы для дальнейшего использования.[10][11] Vta1 представляет собой димерный белок, содержащий один домен VSL (названный так, потому что он содержится в белках Vps4, SBP1 и LIP5), который обеспечивает связывание с Vps4, и домен MIT для связывания с субъединицей ESCRT-III Vps60. Хотя это и не важно, Vta1, как было показано, помогает в сборке кольца Vps4, ускоряет АТФазную активность Vsp4 и способствует разборке ESCRT-III.[5]

Bro1

Основная функция Bro1 - набирать деубиквитиназы к комплексу ESCRT-III.[18] Это приводит к удалению убиквитиновых меток из белков, нацеленных на деградацию в лизосомах, непосредственно перед образованием мультивезикулярных телец. Также предполагалось, что Bro1 помогает стабилизировать ESCRT-III, в то время как убиквитиновые метки отщепляются от грузовых белков.[18]

Bro1 содержит аминоконцевой домен Bro1, который связывается с Snf7 ESCRT-III.[19] Это связывание приводит Bro1 к месту отрыва мембраны. Bro1 также связывает каталитический домен Doa4, убиквитин гидролазы (деубиквитиназы), приводя его к месту абсциссии. Doa4 удаляет убиквитин из грузовых белков, нацеленных на лизосомы.[19]

Мультивезикулярный биогенез тела и челночные перевозки грузов

По материалам Schmidt, O. and D. Teis (2012). «Механизм ESCRT». Curr Biol 22 (4): R116-120 с разрешения автора
Перенос белков, связанных с мембраной, в лизосомы с использованием оборудования ESCRT. Белки, связанные с мембраной, попадают в клетку посредством эндоцитоза. Теги убиквитина на белке распознаются аппаратом ESCRT и рекрутируются в эндосому. Образуются мультивезикулярные тельца, которые затем сливаются с лизосомой, где эти белки расщепляются. Адаптирован из.[1]

Мультивезикулярные тела играют большую роль в транспорте убиквитинированных белков и рецепторов к лизосомам.[20] Комплексы ESCRT транспортируют убиквитинированный груз к клеточным пузырькам, которые отращиваются непосредственно в эндосомный компартмент клетки, образуя мультивезикулярные тела.[20] Эти мультивезикулярные тела в конечном итоге сливаются с лизосомами, вызывая деградацию груза.[15] Более подробное описание процесса, включая связанное с ним оборудование, существует следующим образом:

  1. Каждый из компонентов ESCRT-0, Vps27 и Hse1, связывается с убиквитинированным грузом.[1][20]
  2. Vps27 связывается с фосфатидилинозитол-3-фосфатом, эндосомным липидом, который затем рекрутирует весь комплекс в эндосому.[1][20]
  3. Vps27 связывает субъединицу Vps23 ESCRT-I, доставляя ESCRT-I к эндосоме. ESCRT-I также может связывать убиквитинированные белки.[1][20]
  4. Vps36 связывается с субъединицей ESCRT-I Vps28, что приводит к привлечению комплекса ESCRT-II.[1]
  5. Субъединица Vps25 ESCRT-II связывается и активирует Vps20 комплекса ESCRT-III.[1][15][20]
  6. Vps20 инициирует образование цепей Snf7, которые затем блокируются Vps24.[15]
  7. Vps24 набирает Vps2, который приносит Vps4 в комплекс.[15]
  8. Vps4 образует поры из двух гексамерный кольца, с которыми связывается Vta1.[1] Этот комплекс Vps4-Vta1 запускает разборку ESCRT-III и отмечает конец формирования мультивезикулярного тела.[2]

Отслоение мембраны

Рекрутирование комплексов ESCRT в среднее тело. Cep-55 связывает MKLP1. Cep-55 нанимает ESCRT-I и ALIX. ESCRT-I и ALIX нанимают ESCRT-III. ESCRT-III образует спираль вокруг шейки мембраны между дочерними клетками, что приводит к сжатию и расщеплению. Адаптирован из.[21]

Отслоение мембраны в течение цитокинез это процесс, при котором мембрана, соединяющая две дочерние клетки, расщепляется во время деление клеток. Поскольку он сохраняется в ряде Археи отслоение мембраны считается самой ранней ролью механизмов ESCRT.[5] Процесс начинается, когда центросомный белок CEP55 рекрутируется в среднее тело делящихся клеток в ассоциации с MKLP1, a митотический кинезин -подобный белок, который ассоциируется с микротрубочками.[5][22] Затем CEP55 задействует субъединицу Vps23 ESCRT-I и дополнительный белок ALIX, которые образуют кольца по обе стороны от среднего тела.[5][10][11] ESCRT-I и ALIX рекрутируют ESCRT-III через его субъединицу Snf7.[5] Субъединицы ESCRT-III Vps20, Snf7, Vps24, Vps2 и Did2 образуют спиралевидные фибриллы, прилегающие к кольцам, образованным Vps23.[1][11][18] Образование этой спиралевидной структуры деформирует мембрану, и спастин ААА-АТФазы вводится с помощью Did2 и Ist1, чтобы расщепить микротрубочки, сформированные в среднем теле.[11][18] Vps4 тогда катализирует разборка комплекса ESCRT-III, приводящая к двум недавно разделенным дочерним клеткам.[18] Процесс отслоения мембраны был описан с использованием белков многоклеточных животных, поскольку этот процесс в большей степени изучен у многоклеточных животных.

Вирусное почкование

Ретровирусное почкование ВИЧ. А) Накопление вирусных белков под клеточной мембраной заставляет вирус выступать наружу. Б) Сужение образуется комплексами ESCRT у основания выступа мембраны, вызывая образование везикулы, содержащей вирус. В) Почка отщипывается, оставляя свободный внеклеточный вирион. (Фотография предоставлена ​​доктором Мэтью Гонда (Wikimedia Commons: ноябрь 1998 г.), ID изображения Национального института рака: 2382)

Высвобождение вирусных частиц, также известных как вирусное почкование, это процесс, посредством которого бесплатные вирионы высвобождаются изнутри клеток в результате захвата механизма ESCRT клетки-хозяина.[1][13] Ретровирусы, Такие как ВИЧ-1 и человеческий Т-лимфотропный вирус, а также ряд оболочечные вирусы, в том числе Вирус Эбола, требуется оборудование ESCRT для выхода из клетки-хозяина.[1] Процесс запускается вирусными белками Gag, основными структурными белками ретровирусной оболочки, которые взаимодействуют с TSG101 комплекса ESCRT-I и вспомогательного белка ALIX.[11][12] Субъединицы ESCRT-III (существенными являются только CHMP4 и CHMP2 [9]) привлекаются к месту зарождения вируса, чтобы сузить и перерезать шейку зачатка аналогично тому, как это описано для отрыва мембраны во время цитокинеза.[1][5][11] Затем Vps4 рециркулирует компоненты ESCRT-III в цитозоль, и вирус высвобождается из клетки.[5] В описанном здесь механизме используются белки многоклеточных животных, поскольку почкование вируса более широко изучено у многоклеточных животных.

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q р s Шмидт О., Тейс Д. (февраль 2012 г.). «Механизм ESCRT». Curr. Биол. 22 (4): R116–20. Дои:10.1016 / j.cub.2012.01.028. ЧВК  3314914. PMID  22361144.
  2. ^ а б Бабст М (август 2011). «Формирование пузырьков MVB: ESCRT-зависимые, ESCRT-независимые и все, что между ними». Curr. Мнение. Cell Biol. 23 (4): 452–7. Дои:10.1016 / j.ceb.2011.04.008. ЧВК  3148405. PMID  21570275.
  3. ^ а б c d е ж грамм час я j k л Херли Дж. Х., Хэнсон П. И. (август 2010 г.). «Расщепление и расслоение мембраны с помощью механизма ESCRT: все дело в шее». Nat. Преподобный Мол. Cell Biol. 11 (8): 556–66. Дои:10.1038 / nrm2937. ЧВК  2922035. PMID  20588296.
  4. ^ а б Пайпер RC, Кацманн DJ (2007). «Биогенез и функция мультивезикулярных тел». Анну. Rev. Cell Dev. Биол. 23: 519–47. Дои:10.1146 / annurev.cellbio.23.090506.123319. ЧВК  2911632. PMID  17506697.
  5. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q р s т Херли Дж. Х. (декабрь 2010 г.). «Комплексы ESCRT». Крит. Rev. Biochem. Мол. Биол. 45 (6): 463–87. Дои:10.3109/10409238.2010.502516. ЧВК  2988974. PMID  20653365.
  6. ^ Wollert T, Hurley JH (апрель 2010 г.). «Молекулярный механизм биогенеза мультивезикулярных тел с помощью комплексов ESCRT». Природа. 464 (7290): 864–9. Bibcode:2010Натура.464..864Вт. Дои:10.1038 / природа08849. ЧВК  2851844. PMID  20305637.
  7. ^ Рен X, Херли JH (март 2010 г.). «Домены VHS ESCRT-0 взаимодействуют в связывании высокой авидности с полиубиквитинированным грузом». EMBO J. 29 (6): 1045–54. Дои:10.1038 / emboj.2010.6. ЧВК  2845278. PMID  20150893.
  8. ^ Банерджи С., Басу С., Саркар С. (2010). «Сравнительная геномика выявляет избирательное распределение и доменную организацию белков FYVE и PX-доменов в эукариотических клонах». BMC Genomics. 11: 83. Дои:10.1186/1471-2164-11-83. ЧВК  2837644. PMID  20122178.
  9. ^ а б Морита Э., Сандрин В., Маккалоу Дж., Кацуяма А., Бэси Гамильтон I, Сандквист В. И. (март 2011 г.). «Потребность в белке ESCRT-III для размножения ВИЧ-1». Клеточный микроб-хозяин. 9 (3): 235–42. Дои:10.1016 / j.chom.2011.02.004. ЧВК  3070458. PMID  21396898.
  10. ^ а б c d е ж грамм час Адель М.А., Тейс Д. (октябрь 2011 г.). «Сборка и разборка комплекса разрыва мембраны ESCRT-III». FEBS Lett. 585 (20): 3191–6. Дои:10.1016 / j.febslet.2011.09.001. ЧВК  3192940. PMID  21924267.
  11. ^ а б c d е ж грамм час Мюллер М., Адель М.А., Тейс Д. (август 2012 г.). «Отслоение мембраны: первый взгляд на динамические ESCRT». Curr. Биол. 22 (15): R603–5. Дои:10.1016 / j.cub.2012.06.063. ЧВК  3414845. PMID  22877781.
  12. ^ а б c Макдональд Б., Мартин-Серрано Дж. (Июль 2009 г.). «Никаких условий: механизм ESCRT в почковании вируса и цитокинезе». J. Cell Sci. 122 (Пт 13): 2167–77. Дои:10.1242 / jcs.028308. ЧВК  2723143. PMID  19535732.
  13. ^ а б Жувене Н, Жадина М, Bieniasz PD, Саймон С.М. (апрель 2011 г.). «Динамика привлечения белка ESCRT во время сборки ретровируса». Nat. Cell Biol. 13 (4): 394–401. Дои:10.1038 / ncb2207. ЧВК  3245320. PMID  21394083.
  14. ^ Глотцер, Майкл. «Цитокинез: центральный шпиндлин лунного света как мембранный якорь», Текущая биология, 18 февраля 2013 г.
  15. ^ а б c d е Тейс Д., Саксена С., Джадсон Б.Л., Эмр С.Д. (март 2010 г.). «ESCRT-II координирует сборку волокон ESCRT-III для сортировки груза и формирования мультивезикулярных телесных пузырьков». EMBO J. 29 (5): 871–83. Дои:10.1038 / emboj.2009.408. ЧВК  2837172. PMID  20134403.
  16. ^ Скотт А., Гаспар Дж., Стучелл-Бреретон, доктор медицины, Алам С.Л., Скалики Дж., Дж. Сандквист (сентябрь 2005 г.). «Структура и взаимодействие белков ESCRT-III MIT домена человеческого VPS4A». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 102 (39): 13813–8. Bibcode:2005ПНАС..10213813С. Дои:10.1073 / pnas.0502165102. ЧВК  1236530. PMID  16174732.
  17. ^ Азми И., Дэвис Б., Димаано С., Пейн Дж., Экерт Д., Бабст М., Кацманн Д. Д. (февраль 2006 г.). «Повторное использование ESCRT с помощью AAA-ATPase Vps4 регулируется консервативной областью VSL в Vta1». J. Cell Biol. 172 (5): 705–17. Дои:10.1083 / jcb.200508166. ЧВК  2063703. PMID  16505166.
  18. ^ а б c d е Бабст М., Дэвис Б.А., Кацманн Д.Д. (октябрь 2011 г.). «Регулирование Vps4 во время сортировки MVB и цитокинеза». Трафик. 12 (10): 1298–305. Дои:10.1111 / j.1600-0854.2011.01230.x. ЧВК  3171586. PMID  21658171.
  19. ^ а б Wemmer M, Azmi I, West M, Davies B, Katzmann D, Odorizzi G (январь 2011 г.). «Связывание Bro1 с Snf7 регулирует активность разрыва мембраны ESCRT-III у дрожжей». J. Cell Biol. 192 (2): 295–306. Дои:10.1083 / jcb.201007018. ЧВК  3172170. PMID  21263029.
  20. ^ а б c d е ж Херли Дж. Х., Эмр С. Д. (2006). «Комплексы ESCRT: структура и механизм мембранной сети трафика». Annu Rev Biophys Biomol Struct. 35: 277–98. Дои:10.1146 / annurev.biophys.35.040405.102126. ЧВК  1648078. PMID  16689637.
  21. ^ Кармена М (июль 2012 г.). «Контрольно-пропускной пункт абсцессии: застрял посередине с Авророй Б». Открыть Биол. 2 (7): 120095. Дои:10.1098 / rsob.120095. ЧВК  3411112. PMID  22870391.
  22. ^ Чжу К., Босси-Ветцель Э, Цзян В. (июль 2005 г.). «Рекрутирование MKLP1 в среднюю зону / среднее тело веретена с помощью INCENP важно для образования среднего тела и завершения цитокинеза в клетках человека». Biochem. J. 389 (Pt 2): 373–81. Дои:10.1042 / BJ20050097. ЧВК  1175114. PMID  15796717.