DNáza aktivovaná kaspázou - Caspase-activated DNase

DFFB
Protein DFFB PDB 1ibx.png
Dostupné struktury
PDBHledání ortologu: PDBe RCSB
Identifikátory
AliasyDFFB, Fragmentační faktor DNA, 40 kDa, beta polypeptid (DNáza aktivovaná kaspázou), CAD, CPAN, DFF-40, DFF2, DFF40, DNA fragmentační faktor podjednotka beta
Externí IDOMIM: 601883 MGI: 1196287 HomoloGene: 3241 Genové karty: DFFB
Umístění genu (člověk)
Chromosome 1 (human)
Chr.Chromozom 1 (lidský)[1]
Chromosome 1 (human)
Genomic location for DFFB
Genomic location for DFFB
Kapela1p36,32Start3,857,267 bp[1]
Konec3,885,429 bp[1]
Exprese RNA vzor
PBB GE DFFB 206752 s at fs.png
Další údaje o referenčních výrazech
Ortology
DruhČlověkMyš
Entrez

1677

13368

Ensembl

ENSG00000169598

ENSMUSG00000029027

UniProt

O76075

O54788

RefSeq (mRNA)

NM_007859

RefSeq (protein)

NP_001269598
NP_001307061
NP_001307065
NP_004393

NP_031885

Místo (UCSC)Chr 1: 3,86 - 3,89 MbChr 4: 153,96 - 153,98 Mb
PubMed Vyhledávání[3][4]
Wikidata
Zobrazit / upravit člověkaZobrazit / upravit myš
Fragmentační faktor DNA 40 kDa
PDB 1v0d EBI.jpg
Krystalová struktura kaspázou aktivované DNAsy (CAD)
Identifikátory
SymbolDFF40
PfamPF09230
InterProIPR015311
SCOP21v0d / Rozsah / SUPFAM

DNáza aktivovaná kaspázou (CAD) nebo Fragmentační faktor DNA podjednotky beta je protein že u lidí je kódován DFFB gen.[5][6][7] Rozkládá DNA během apoptózy a podporuje buněčnou diferenciaci. Obvykle se jedná o neaktivní monomer inhibovaný ICAD. To je štěpeno před dimerizací.

Funkce

Apoptóza je proces autodestrukce buněk, který odstraňuje toxické a / nebo zbytečné buňky během vývoje savců a dalších životních procesů. Apoptotický proces je doprovázen smršťováním a fragmentací buněk a jader a degradací chromozomální DNA na nukleozomální jednotky. Fragmentační faktor DNA (DFF) je heterodimerní protein o obsahu 40 kD (DFFB) a 45 kD (DFFA ) podjednotky. DFFA je substrátem pro kaspázu-3 a během apoptózy spouští fragmentaci DNA. DFF se aktivuje, když je DFFA štěpena kaspázou-3. Štěpené fragmenty DFFA disociují od DFFB, aktivní složky DFF. Bylo zjištěno, že DFFB během apoptózy spouští fragmentaci DNA i kondenzaci chromatinu. Pro tento gen bylo nalezeno několik alternativně sestřižených variant transkriptu kódujících odlišné izoformy, ale biologická platnost některých variant nebyla stanovena.[7]

Formuláře CAD a ICAD

Přestože je tento gen přítomen v každé buňce, je tento protein exprimován pouze v různých tkáních a buněčných rozmanitostech, jako je pankreas, srdce, tlusté střevo, leukocyty, prostata, vaječníky, placenta, ledviny, slezina a brzlík.[8]

Je také známý jako kaspázou aktivovaná nukleáza (CPAN), faktor fragmentace DNA 40 (DFF-40), DFF2 a DFFB. Kromě toho existují další nomenklatury, které jsou výsledkem kombinace předchozích.[8][9][10][11]

Struktura

Tento heterodimer je endonukleáza[9][12][13] s vysokým obsahem cystein zbytky.[11] Zůstává neaktivní v rostoucích buňkách, zatímco je spojen s jeho inhibitorem (ICAD, fragmentační faktor DNA 45 kDa, DFFA nebo DFF45), jejichž výsledkem je komplexní ICAD-CAD.[8][9][11][12][14][15][16][17] Jejich disociace umožňuje DFF40 oligomerizovat za vzniku velkého funkčního komplexu, který je sám o sobě aktivní DNázou.[11][12][15][16][17]

DFF40 podjednotka nebo CAD

Váží 40 kDa. Kromě toho obsahuje tři domény tvořící monomer CAD: C1 nebo N-terminální CAD; C2, které odpovídají třem samostatným α řetězcům, a nakonec C3, který je největší a funkčně nejdůležitější. Navíc kombinace aminokyselin C3 vede k 5 a helixům, 4 β lamině a smyčce na katalytickém C-konci, které spolu interagují. Proto se vytváří dutina (aktivní místo), do které se DNA vejde, i když je zde další vazebná oblast odpovědná za stabilní DNA komplex během jeho fragmentace.[8][14][18]

DFF45 podjednotka nebo ICAD

DFFA je kódován alternativně šifrovanými mRNA pocházejícími ze dvou odlišných forem: krátké (ICAD-S) a dlouhé (ICAD-L), které fungují jako specifický chaperon zajišťující správné skládání CAD[10][11][17] Kromě toho obsahuje dva zbytky kyseliny asparagové (Asp117 a Asp224), kde je identifikován CAD, a proto zůstává vázán, dokud Caspase-3 rozděluje tuto unii.[10][14]

Proces aktivace

Obvykle se v neaapoptoticky rostoucích buňkách udržuje kaspáza aktivovaná dnasa pod kontrolou inaktivovaná v cytoplazmě díky spojení s jejím inhibitorem, inhibitorem DNázy aktivované kaspázou (ICAD), také známý jako fragmentační faktor DNA 45 kDa (DFF45).

ICAD je kódován alternativně sestřiženými mRNA, které generují dlouhé (ICAD-L) a krátké (ICAD-S) formy ICAD. ICAD má tedy dvojí funkci; působí jako inhibitor CAD a také jako garde pro syntézu CAD napomáhající správnému sestavení proteinu.[19]

ICAD má dvě místa pro rozpoznávání kaspáz na Asp117 a Asp224. Uvolnění CAD z inhibice ICAD se dosáhne štěpením ICAD na těchto zbytcích Asp pomocí kaspáza-3.[20]

Kaspáza-3 je aktivována v apoptotické buňce.[9] Aktivace kaspázy-3 je požadavkem buňky během raných stadií diferenciace kosterního myoblastu. Své katalytické místo zahrnuje sulfohydrylovou skupinu Cys-285 a imidazolový kruh jeho His-237. Kaspáza-3 His-237 stabilizuje cílový aspartát, což způsobí narušení asociace ICAD a CAD a ponechá endonukleázu CAD aktivní, což jí umožní degradovat chromozomální DNA.

Jakmile je inhibitor uvolněn a aby správně fungoval, musí se dva CAD monomery spojit a vytvořit funkční dimer, který má vertikální symetrii.

Interakce

DFFB bylo prokázáno komunikovat s DFFA.[21][22]

Buněčná diferenciace

Caspase 3 je zodpovědný za buněčná diferenciace, i když není jasné, jak může tento druh proteinu podporovat buňku apoptóza. Signály kaspázy vyplývající z aktivace nukleázy CAD naznačují, že diferenciace buněk je způsobena modifikací CAD ve struktuře chromatinu.

CAD vede k iniciaci rozbití řetězce DNA, ke kterému dochází během terminální diferenciace některých buněk, jako jsou buňky kosterního svalstva. Cílení promotoru p21 je zodpovědné za indukci buněčné diferenciace, která je podporována modifikací nukleárního mikroprostředí DNA.[23]

Buněčná rozmanitost pochází z buněčné diferenciace, která se připisuje aktivaci specifických transkripčních faktorů. Závisí to také na aktivitě proteinu nebo společném signálu. Faktor, který, jak se zdá, indukuje větší diferenciaci buněk, je proteáza kaspázy-3.[24] To bylo identifikováno jako předposlední stádium buněk apoptózových drah.

Některé studie ukázaly, že tato diferenciace je způsobena mnoha substráty CAD kinázy. S odkazem na příklad kosterních buněk je jejich diferenciace spojena se štěpením kinázy MST1.[25]

Kromě toho bylo vidět, že CAD se podílí na tvorbě genomu, jehož DNA se rozpadá v raných fázích buněčné diferenciace. Kromě toho kaspáza 3 indukuje zlomy DNA v promotoru faktoru p21 a tento rozpad řetězce souvisí s expresí genu p21.

Buněčná apoptotická smrt

Proteinová kaspáza DNáza je endonukleáza zapojená do buněčného apoptotického procesu, který usnadňuje rozpad DNA.[26] Buněčná apoptotická smrt je proces prováděný uživatelem cystein proteázy[27] který umožňuje zvířatům držet své homeostáza, také regulováno jinými mechanismy, jako je růst a diferenciace buněk. Tato biologická odpověď je charakterizována chromozomální DNA Degradace v drobných fragmentech v jádru buňky.[28] Po mnoha výzkumech a výzkumech bylo možné zajistit, že za tuto destrukci je díky dlouhému seznamu stimulů hlavní odpovědná DNáza aktivovaná kaspázou.

Jeden z experimentů prováděných vyšetřovateli za účelem prokázání, že teorie byla založena na zavedení mutované formy tohoto proteinu do lidských TF-1 lidských buněk a Jurkatovy buňky, kteří již reagovali na obvyklou (nemutovanou) formu endonukleázy a byli mrtví z apoptózy. Ve výsledku tyto buňky zemřely s přihlédnutím k této genetické modifikaci, ale nevykazovaly rozpad DNA. To byl klíčový důkaz, který dokázal, že forma CAD je součástí této části procesu, protože bez jejího přispění fragmentace neproběhla.[29]

Později bylo zjištěno, že způsob, jakým tento protein indukuje rozpad DNA, je vysvětlen jeho formami CAD a ICAD, které usnadňují vstup i výstup v jádru buňky.[28]

Reference

  1. ^ A b C GRCh38: Vydání souboru 89: ENSG00000169598 - Ensembl, Květen 2017
  2. ^ A b C GRCm38: Vydání souboru 89: ENSMUSG00000029027 - Ensembl, Květen 2017
  3. ^ „Human PubMed Reference:“. Národní centrum pro biotechnologické informace, Americká národní lékařská knihovna.
  4. ^ „Myš PubMed Reference:“. Národní centrum pro biotechnologické informace, Americká národní lékařská knihovna.
  5. ^ Liu X, Zou H, Slaughter C, Wang X (duben 1997). „DFF, heterodimerní protein, který funguje downstream od kaspázy-3 a spouští fragmentaci DNA během apoptózy“. Buňka. 89 (2): 175–84. doi:10.1016 / S0092-8674 (00) 80197-X. PMID  9108473. S2CID  14800864.
  6. ^ Halenbeck R, MacDonald H, Roulston A, Chen TT, Conroy L, Williams LT (duben 1998). „CPAN, lidská nukleáza regulovaná inhibitorem citlivým na kaspázu DFF45“. Aktuální biologie. 8 (9): 537–40. doi:10.1016 / S0960-9822 (98) 79298-X. PMID  9560346. S2CID  9837862.
  7. ^ A b "Entrez Gene: DFFB DNA fragmentation factor, 40kDa, beta polypeptide (caspase-activated DNase)".
  8. ^ A b C d Davidson College. „Deoxyribonukleáza aktivovaná kaspázou (CAD)“. Citováno 21. ledna 2016.
  9. ^ A b C d Yuste VJ, Sánchez-López I, Solé C, Moubarak RS, Bayascas JR, Dolcet X a kol. (Říjen 2005). „Příspěvek faktoru indukujícího apoptózu, DNázy aktivované kaspázou a inhibitoru DNázy aktivované kaspázou k nukleárnímu fenotypu a degradaci DNA během apoptózy“. The Journal of Biological Chemistry. 280 (42): 35670–83. doi:10,1074 / jbc.M504015200. PMID  16049016.
  10. ^ A b C Sakahira H, Iwamatsu A, Nagata S (březen 2000). „Specifická chaperonová aktivita inhibitoru DNázy aktivované kaspázou pro DNázu aktivovanou kaspázou“. The Journal of Biological Chemistry. 275 (11): 8091–6. doi:10.1074 / jbc.275.11.8091. PMID  10713130.
  11. ^ A b C d E Sakahira H, Enari M, Nagata S (květen 1999). "Funkční rozdíly dvou forem inhibitoru DNázy aktivované kaspázou, ICAD-L a ICAD-S". The Journal of Biological Chemistry. 274 (22): 15740–4. doi:10.1074 / jbc.274.22.15740. PMID  10336474.
  12. ^ A b C Jog NR, Frisoni L, Shi Q, Monestier M, Hernandez S, Craft J, Prak ET, Caricchio R (duben 2012). „DNáza aktivovaná kaspázou je vyžadována pro udržení tolerance k jaderným autoantigenům lupusu“. Artritida a revmatismus. 64 (4): 1247–56. doi:10,1002 / článek 33448. PMC  3292632. PMID  22127758.
  13. ^ Widlak P, Lanuszewska J, Cary RB, Garrard WT (červenec 2003). "Podjednotkové struktury a stechiometrie proteinů lidského fragmentačního faktoru DNA před a po indukci apoptózy". The Journal of Biological Chemistry. 278 (29): 26915–22. doi:10,1074 / jbc.M303807200. PMID  12748178.
  14. ^ A b C Reh S, Korn C, Gimadutdinow O, Meiss G (prosinec 2005). „Strukturální základ pro stabilní tvorbu komplexu DNA pomocí DNázy aktivované kaspázou“. The Journal of Biological Chemistry. 280 (50): 41707–15. doi:10,1074 / jbc.m509133200. PMID  16236713.
  15. ^ A b Widlak P, Li P, Wang X, Garrard WT (březen 2000). "Štěpné preference apoptotické endonukleázy DFF40 (DNáza nebo nukleáza aktivovaná kaspázou) na nahé DNA a chromatinových substrátech". The Journal of Biological Chemistry. 275 (11): 8226–32. doi:10.1074 / jbc.275.11.8226. PMID  10713148.
  16. ^ A b Sharif-Askari E, Alam A, Rhéaume E, Beresford PJ, Scotto C, Sharma K, Lee D, DeWolf WE, Nuttall ME, Lieberman J, Sékaly RP (červen 2001). „Přímé štěpení lidského fragmentačního faktoru DNA-45 granzymem B indukuje uvolňování DNázy aktivované kaspázou a fragmentaci DNA“. Časopis EMBO. 20 (12): 3101–13. doi:10.1093 / emboj / 20.12.3101. PMC  150191. PMID  11406587.
  17. ^ A b C Liu X, Zou H, Widlak P, Garrard W, Wang X (květen 1999). „Aktivace apoptotické endonukleázy DFF40 (DNáza nebo nukleáza aktivovaná kaspázou). Oligomerizace a přímá interakce s histonem H1“. The Journal of Biological Chemistry. 274 (20): 13836–40. doi:10.1074 / jbc.274.20.13836. PMID  10318789.
  18. ^ Uegaki K, Otomo T, Sakahira H, Shimizu M, Yumoto N, Kyogoku Y, Nagata S, Yamazaki T (duben 2000). "Struktura domény CAD kasasy aktivované DNázy a interakce s doménou CAD jejího inhibitoru". Journal of Molecular Biology. 297 (5): 1121–8. doi:10.1006 / jmbi.2000.3643. PMID  10764577.
  19. ^ PDB: 1V0D​; Woo EJ, Kim YG, Kim MS, Han WD, Shin S, Robinson H a kol. (Květen 2004). "Strukturální mechanismus pro inaktivaci a aktivaci CAD / DFF40 v apoptotické dráze". Molekulární buňka. 14 (4): 531–9. doi:10.1016 / S1097-2765 (04) 00258-8. PMID  15149602.
  20. ^ „CASP3 kaspáza 3 [Homo sapiens (člověk)] - gen - NCBI“.
  21. ^ Ewing RM, Chu P, Elisma F, Li H, Taylor P, Climie S a kol. (2007). „Mapování interakcí lidských proteinů a proteinů ve velkém měřítku hmotnostní spektrometrií“. Molekulární systémy biologie. 3 (1): 89. doi:10.1038 / msb4100134. PMC  1847948. PMID  17353931.
  22. ^ McCarty JS, Toh SY, Li P (říjen 1999). "Studie DFF45 v roli chaperonu a inhibitoru: dvě nezávislé inhibiční domény aktivity nukleázy DFF40". Sdělení o biochemickém a biofyzikálním výzkumu. 264 (1): 176–80. doi:10.1006 / bbrc.1999.1497. PMID  10527860.
  23. ^ Larsen BD, Rampalli S, Burns LE, Brunette S, Dilworth FJ, Megeney LA (březen 2010). „DNáza aktivovaná kaspázou 3 / kaspázou podporuje diferenciaci buněk indukcí zlomů řetězců DNA“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 107 (9): 4230–5. Bibcode:2010PNAS..107,4230L. doi:10.1073 / pnas.0913089107. PMC  2840077. PMID  20160104.
  24. ^ Fernando P, Megeney LA (leden 2007). „Je kaspázově závislá apoptóza pouze extrémní diferenciací buněk?“. FASEB Journal. 21 (1): 8–17. doi:10.1096 / fj.06-5912hyp. PMID  17093139.
  25. ^ Fernando P, Kelly JF, Balazsi K, Slack RS, Megeney LA (srpen 2002). „Pro diferenciaci kosterního svalstva je vyžadována aktivita kaspázy 3“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 99 (17): 11025–30. Bibcode:2002PNAS ... 9911025F. doi:10.1073 / pnas.162172899. PMC  123204. PMID  12177420.
  26. ^ Lai SK, Wong CH, Lee YP, Li HY (červen 2011). „Odbourávání kondenzátu Cap-H zprostředkované kaspázou-3 reguluje smrt mitotických buněk“. Buněčná smrt a diferenciace. 18 (6): 996–1004. doi:10.1038 / cdd.2010.165. PMC  3131938. PMID  21151026.
  27. ^ Marsden VS, O'Connor L, O'Reilly LA, Silke J, Metcalf D, Ekert PG, Huang DC, Cecconi F, Kuida K, Tomaselli KJ, Roy S, Nicholson DW, Vaux DL, Bouillet P, Adams JM, Strasser A (říjen 2002). „Apoptóza zahájená aktivací kaspázy regulovanou Bcl-2 nezávisle na apoptosomu cytochromu c / Apaf-1 / kaspázy-9“. Příroda. 419 (6907): 634–7. Bibcode:2002 Natur.419..634M. doi:10.1038 / nature01101. PMID  12374983. S2CID  4415828.
  28. ^ A b Enari M, Sakahira H, Yokoyama H, Okawa K, Iwamatsu A, Nagata S (leden 1998). „DNáza aktivovaná kaspázou, která degraduje DNA během apoptózy, a její inhibitor ICAD“. Příroda. 391 (6662): 43–50. Bibcode:1998 Natur.391 ... 43E. doi:10.1038/34112. PMID  9422506. S2CID  4407426.
  29. ^ McIlroy D, Sakahira H, Talanian RV, Nagata S (srpen 1999). „Zapojení DNázy aktivované kaspázou 3 do štěpení internukleozomální DNA vyvolané různými apoptotickými podněty“. Onkogen. 18 (31): 4401–8. doi:10.1038 / sj.onc.1202868. PMID  10442630.

Další čtení