Фактор обмена гуаниновых нуклеотидов - Guanine nucleotide exchange factor

GTP
ВВП

Факторы обмена гуаниновых нуклеотидов (ГЭФ) представляют собой белки или белковые домены, которые активируют мономерные GTPases стимулируя высвобождение гуанозиндифосфат (GDP), чтобы разрешить привязку гуанозинтрифосфат (GTP).[1] Разнообразие не связанных между собой структурные области было показано, что они проявляют активность обмена гуаниновых нуклеотидов. Некоторые GEF могут активировать несколько GTPases, в то время как другие специфичны для одной GTPase.

Функция

Схема активации GEF GTPase

Факторы обмена гуаниновых нуклеотидов (GEF) - это белки или белковые домены, участвующие в активации малые GTPases. Малые GTPases действуют как молекулярные переключатели во внутриклеточных сигнальных путях и имеют множество последующих мишеней. Наиболее известные GTPases включают Рас надсемейство и вовлечены в важные клеточные процессы, такие как дифференцировка и пролиферация клеток, организация цитоскелета, перенос пузырьков и ядерный транспорт.[2] GTPases активны, когда они связаны с GTP, и неактивны, когда они связаны с GDP, что позволяет регулировать их активность GEF и противоположными Белки, активирующие ГТФазу (Пробелы).[3]

GDP очень медленно отделяется от неактивных GTPases.[3] Связывание GEF с их субстратами GTPase катализирует диссоциацию GDP, позволяя молекуле GTP связываться на его месте. ГЭФ действуют, чтобы способствовать разобщению ВВП. После того, как GDP отделился от GTPase, GTP обычно связывается на своем месте, так как цитозольный коэффициент GTP намного выше, чем GDP и составляет 10: 1.[4] Связывание GTP с GTPase приводит к высвобождению GEF, который затем может активировать новую GTPase.[5][6] Таким образом, GEF как дестабилизируют взаимодействие GTPase с GDP, так и стабилизируют безнуклеотидную GTPase, пока с ней не свяжется молекула GTP.[7] GAPs (белок, активирующий GTPase) действуют антагонистически, инактивируя GTPases, увеличивая собственную скорость гидролиза GTP. GDP остается связанным с неактивной GTPase, пока GEF не свяжется и не стимулирует ее высвобождение.[3]

Локализация GEF может определять, где в ячейке будет активна конкретная GTPase. Например, Ран ГЭФ, RCC1, присутствует в ядре, в то время как Ran GAP присутствует в цитозоле, модулируя ядерный импорт и экспорт белков.[8] RCC1 превращает RanGDP в RanGTP в ядре, активируя Ran для экспорта белков. Когда Ran GAP катализирует превращение RanGTP в RanGDP в цитозоле, груз белка высвобождается.

Механизм

Механизм активации GTPase варьируется в зависимости от GEF. Однако есть некоторые сходства в том, как разные GEF изменяют конформацию нуклеотид-связывающего сайта G-белка. ГТФазы содержат две петли, называемые переключателем 1 и переключателем 2, которые расположены по обе стороны от связанного нуклеотида. Эти регионы и фосфат -связывающая петля ГТФазы взаимодействует с фосфатами нуклеотида и координирующей магний ион для поддержания высокого сродства связывания нуклеотида. Связывание GEF вызывает конформационные изменения в P-петле и переключающих областях GTPase, в то время как остальная часть структуры в основном не изменяется. Связывание GEF стерически затрудняет сайт связывания магния и мешает области связывания фосфата, в то время как область связывания оснований остается доступной. Когда GEF связывает GTPase, сначала высвобождаются фосфатные группы, а GEF вытесняется при связывании входящей молекулы GTP. Хотя эта общая схема является общей для GEF, конкретные взаимодействия между областями GTPase и GEF различаются для отдельных белков.[9]

Структура и специфика

Некоторые GEF специфичны для одной GTPase, в то время как другие имеют несколько субстратов GTPase. Хотя разные подсемейства Ras суперсемейства GTPases имеют консервативный GTP-связывающий домен, это не относится к GEFs. Разные семейства GEF соответствуют разным подсемействам Ras. Функциональные домены этих семейств GEF структурно не связаны и не обладают гомологией последовательностей. Эти домены GEF, по-видимому, эволюционно не связаны, несмотря на сходные функции и субстраты.[7]

CDC25 домен

Домен гомологии CDC25, также называемый RasGEF домен, является каталитическим доменом многих Ras GEF, которые активируют Ras GTPases. Домен CDC25 состоит примерно из 500 аминокислот и впервые был идентифицирован в белке CDC25 у почкующихся дрожжей (Saccharomyces cerevisiae ).[10]

Домены DH и PH

Dbl-подобные RhoGEFs присутствовали у эукариот и эволюционировали как высокоадаптивные медиаторы передачи сигналов клетками.[11] Dbl-подобные RhoGEF характеризуются наличием домена Dbl Homology (Домен DH ), отвечающий за каталитическую активность ГЭФ для Rho GTPases. [12]Геном человека кодирует 71 член, разделенный на 20 подсемейств. Все 71 член уже присутствовали у ранних позвоночных, а большинство из 20 семейств уже присутствовали у ранних Metazoans. Многие из белков семейства Dbl млекопитающих являются тканеспецифичными, и их количество у Metazoa варьирует в зависимости от сложности передачи сигналов клетками. Домены гомологии Плекстрина (PH домены ) связаны в тандеме с Домены DH у 64 из 71 члена семьи Dbl. Домен PH расположен непосредственно рядом с концом C домена DH. Вместе эти два домена составляют минимальную структурную единицу, необходимую для активности большинства белков семейства Dbl. Домен PH участвует во внутриклеточном нацеливании домена DH. Обычно считается, что он модулирует связывание с мембраной посредством взаимодействия с фосфолипидами, но было показано, что его функция различается в разных белках.[13][14] Этот домен PH также присутствует в других белках помимо RhoGEF.

DHR2 домен

В DHR2 домен является каталитическим доменом семейства DOCK Rho GEF. Нравиться Домен DH, DHR2 уже присутствовал в происхождении эукариот. [11] Семейство DOCK является отдельным подмножеством GEF из семейства Dbl и не имеет структурной или последовательной связи с доменом DH. Существует 11 идентифицированных членов семейства DOCK, разделенных на подсемейства на основе их активации Rac и Cdc42. Члены семейства DOCK участвуют в миграции клеток, морфогенезе и фагоцитозе. Домен DHR2 состоит примерно из 400 аминокислот. Эти белки также содержат второй консервативный домен DHR1, который состоит примерно из 250 аминокислот. Было показано, что домен DHR1 участвует в мембранной локализации некоторых GEF.[15]

Sec7 домен

Домен Sec7 отвечает за каталитическую активность GEF в ARF GTPases. Белки ARF функционировать в везикул торговля людьми. Хотя ARF GEFs расходятся в своих общих последовательностях, они содержат консервативный домен Sec 7. Этот участок из 200 аминокислот гомологичен дрожжевому белку Sec7p.[16]

Регулирование

ГЭФ часто нанимают адаптерные белки в ответ на восходящие сигналы. GEF являются многодоменными белками и взаимодействуют с другими белками внутри клетки через эти домены.[13] Адаптерные белки могут модулировать активность GEF, взаимодействуя с другими доменами помимо каталитического домена. Например, SOS 1, Рас ГЭФ в Путь MAPK / ERK, рекрутируется адаптерным белком GRB2 в ответ на Рецептор EGF активация. Связывание SOS1 с GBR2 локализует его на плазматической мембране, где он может активировать мембранно-связанный Рас.[17] Другие ГЭФ, такие как Ро ГЭФ Vav1, активируются при фосфорилировании в ответ на восходящие сигналы.[18] Вторичные мессенджеры, такие как лагерь и кальций также может играть роль в активации ГЭФ.[3]

Перекрестные помехи также были показаны между GEFs и множественными путями передачи сигналов GTPase. Например, SOS содержит домен гомологии Dbl в дополнение к его каталитическому домену CDC25. SOS может действовать как ГЭФ для активации Rac1, RhoGTPase, в дополнение к ее роли в качестве GEF для Ras. Таким образом, SOS является связующим звеном между сигнальными путями GTPase Ras-Family и Rho-Family.[14]

Рак

ГЭФ являются потенциальной целью для рак терапии из-за их роли во многих сигнальных путях, особенно в пролиферации клеток. Например, многие виды рака вызваны мутациями в Путь MAPK / ERK которые приводят к неконтролируемому росту. ГЭФ SOS1 активирует Рас, целью которого является киназа Раф. Раф - это протоонкоген потому что мутации в этом белке были обнаружены при многих видах рака.[6][13] Rho GTPase Vav1, который может быть активирован рецептором GEF, способствует пролиферации опухолей при раке поджелудочной железы.[18] GEF представляют собой возможные терапевтические мишени, поскольку они потенциально могут играть роль в регуляции этих путей посредством активации GTPases.

Примеры

  • Сын семилетнего (SOS1) является важным GEF в пути MAPK / ERK, регулирующем рост клеток. SOS1 связывает GRB2 на плазматической мембране после активации рецептора EGF. SOS1 активирует малый G-белок Ras.[17]
  • eIF-2b является фактором инициации эукариот, необходимым для инициации трансляции белка. eIF-2b регенерирует GTP-связанную форму eIF-2 для дополнительного цикла инициации синтеза белка, то есть его связывания с Met-t-РНК.[19]
  • G-белковые рецепторы являются трансмембранными рецепторами, которые действуют как GEF для своих родственных G-белков при связывании лиганда. Связывание лиганда вызывает конформационное изменение, которое позволяет GPCR активировать ассоциированную GTPase.[2]
  • RCC1 представляет собой фактор обмена гуаниновых нуклеотидов на Ran GTPase. Он локализуется в ядре и катализирует активацию Ran, чтобы обеспечить ядерный экспорт белков.[8]
  • Рас-ГРФ1
  • Калирин
  • ПЛЕХГ2[20]
  • Эфексин5 представляет собой RhoA GEF, участвующий в развитии синапсов нейронов.[21][22]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Черфилс Дж., Зегуф М. (январь 2013 г.). «Регулирование малых GTPases с помощью GEF, GAP и GDI». Физиологические обзоры. 93 (1): 269–309. Дои:10.1152 / Physrev.00003.2012. PMID  23303910.
  2. ^ а б Брюс Альбертс; и другие. (2002). Молекулярная биология клетки. Наука о гирляндах. С. 877-. ISBN  0815332181. Получено 12 января 2011.
  3. ^ а б c d Bourne HR, Sanders DA, McCormick F (ноябрь 1990 г.). «Суперсемейство GTPase: консервативный переключатель для различных функций клетки». Природа. 348 (6297): 125–32. Дои:10.1038 / 348125a0. PMID  2122258.
  4. ^ Bos JL, Rehmann H, Wittinghofer A (июнь 2007 г.). «GEFs и GAPs: критические элементы в контроле малых G белков». Клетка. 129 (5): 865–77. Дои:10.1016 / j.cell.2007.05.018. PMID  17540168.
  5. ^ Фейг Л.А. (апрель 1994 г.). «Факторы обмена гуанин-нуклеотидов: семейство позитивных регуляторов Ras и родственных GTPases». Текущее мнение в области клеточной биологии. 6 (2): 204–11. Дои:10.1016/0955-0674(94)90137-6. PMID  8024811.
  6. ^ а б Куиллиам Л.А., Ребхун Дж.Ф., Кастро А.Ф. (2002). «Растущее семейство факторов обмена гуаниновых нуклеотидов отвечает за активацию GTPases семейства Ras». Прогресс в исследованиях нуклеиновых кислот и молекулярной биологии. 71: 391–444. Дои:10.1016 / S0079-6603 (02) 71047-7. PMID  12102558.
  7. ^ а б Черфилс Дж., Шарден П. (август 1999 г.). «GEFs: структурная основа для их активации малых GTP-связывающих белков». Тенденции в биохимических науках. 24 (8): 306–11. Дои:10.1016 / S0968-0004 (99) 01429-2. PMID  10431174.
  8. ^ а б Секи Т., Хаяси Н., Нисимото Т. (август 1996 г.). «RCC1 в пути Ran». Журнал биохимии. 120 (2): 207–14. Дои:10.1093 / oxfordjournals.jbchem.a021400. PMID  8889801.
  9. ^ Веттер И.Р., Виттинггофер А (ноябрь 2001 г.). «Переключатель связывания гуаниновых нуклеотидов в трех измерениях». Наука. 294 (5545): 1299–304. Дои:10.1126 / science.1062023. PMID  11701921.
  10. ^ Боряц-Седин П.А., Маргарит С.М., Бар-Саги Д., Курьян Дж. (Июль 1998 г.). «Структурная основа активации Рас по Сосу». Природа. 394 (6691): 337–43. Дои:10.1038/28548. PMID  9690470.
  11. ^ а б Fort P, Blangy A (июнь 2017 г.). «Эволюционный ландшафт Dbl-подобных семейств RhoGEF: адаптация эукариотических клеток к сигналам окружающей среды». Геном Биол Эвол. 9 (6): 1471–1486. Дои:10.1093 / gbe / evx100. ЧВК  5499878. PMID  28541439.
  12. ^ Чжэн И (декабрь 2001 г.). «Факторы обмена гуаниновых нуклеотидов семейства Dbl». Тенденции в биохимических науках. 26 (12): 724–32. Дои:10.1016 / S0968-0004 (01) 01973-9. PMID  11738596.
  13. ^ а б c Schmidt A, зал A (июль 2002 г.). «Факторы обмена гуаниновых нуклеотидов для Rho GTPases: включение переключателя». Гены и развитие. 16 (13): 1587–609. Дои:10.1101 / gad.1003302.
  14. ^ а б Суассон С.М., Нимнуал А.С., Уй М., Бар-Саги Д., Куриян Дж. (Октябрь 1998 г.). «Кристаллическая структура доменов гомологии Dbl и плекстрина из человеческого Сына седьмого белка». Клетка. 95 (2): 259–68. Дои:10.1016 / S0092-8674 (00) 81756-0. PMID  9790532.
  15. ^ Ян Дж., Чжан З., Роу С.М., Маршалл С.Дж., Барфорд Д. (сентябрь 2009 г.). «Активация Rho GTPases факторами обмена DOCK опосредуется нуклеотидным сенсором». Наука. 325 (5946): 1398–402. Дои:10.1126 / science.1174468. PMID  19745154.
  16. ^ Джексон CL, Казанова JE (февраль 2000 г.). «Включение ARF: семейство Sec7 факторов обмена гуанин-нуклеотидов». Тенденции в клеточной биологии. 10 (2): 60–7. Дои:10.1016 / s0962-8924 (99) 01699-2. PMID  10652516.
  17. ^ а б Шарден П., Камонис Дж. Х., Гейл Н. В., ван Алст Л., Шлессингер Дж., Виглер М. Х., Бар-Саги Д. (май 1993 г.). «Человеческий Sos1: фактор обмена гуаниновых нуклеотидов на Ras, который связывается с GRB2». Наука. 260 (5112): 1338–43. Дои:10.1126 / science.8493579. PMID  8493579.
  18. ^ а б Fernandez-Zapico ME, Gonzalez-Paz NC, Weiss E, Savoy DN, Molina JR, Fonseca R, Smyrk TC, Chari ST, Urrutia R, Billadeau DD (январь 2005 г.). «Эктопическая экспрессия VAV1 обнаруживает неожиданную роль в онкогенезе рака поджелудочной железы». Раковая клетка. 7 (1): 39–49. Дои:10.1016 / j.ccr.2004.11.024. PMID  15652748.
  19. ^ Прайс Н., Гордый С. (1994). «Фактор обмена гуаниновых нуклеотидов, eIF-2B». Биохимия. 76 (8): 748–60. Дои:10.1016/0300-9084(94)90079-5. PMID  7893825.
  20. ^ Уэда Х., Нагае Р., Кодзава М., Моришита Р., Кимура С., Нагасе Т., Охара О, Йошида С., Асано Т. (2008). «Субъединицы βγ гетеротримерного G-белка стимулируют FLJ00018, фактор обмена гуаниновых нуклеотидов для Rac1 и Cdc42». J. Biol. Chem. 283: 1946–1953. Дои:10.1074 / jbc.m707037200. PMID  18045877.
  21. ^ Margolis SS, Salogiannis J, Lipton DM, Mandel-Brehm C, Wills ZP, Mardinly AR, Hu L, Greer PL, Bikoff JB, Ho HY, Soskis MJ, Sahin M, Greenberg ME (октябрь 2010 г.). «EphB-опосредованная деградация RhoA GEF Ephexin5 снимает тормоз развития с образованием возбуждающих синапсов». Клетка. 143 (3): 442–55. Дои:10.1016 / j.cell.2010.09.038. ЧВК  2967209. PMID  21029865.
  22. ^ Салогианнис, Джон (2013-10-18). «Регулирование развития возбуждающих синапсов с помощью RhoGEF Ephexin5». Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)

внешняя ссылка