ESCRT - ESCRT - Wikipedia

The endozomální třídicí komplexy potřebné pro přepravu (ESCRT) strojní zařízení je tvořeno cytosolický proteinové komplexy, známé jako ESCRT-0, ESCRT-I, ESCRT-II a ESCRT-III. Spolu s řadou doplňkových proteinů umožňují tyto komplexy ESCRT jedinečný režim membrána remodelace, která má za následek ohýbání / pučení membrán od cytoplazma.[1][2] Tyto složky ESCRT byly izolovány a studovány u řady organismů včetně droždí a lidé.[3]

Strojní zařízení ESCRT hraje zásadní roli v řadě buněčných procesů včetně multivezikulární tělo (MVB) biogeneze, buněčná abscise, a virové pučení. Biogeneze multivesikulárního těla (MVB) je proces, při kterém ubikvitin označené proteiny vstupují organely nazývané endosomy tvorbou vezikuly. Tento proces je nezbytný pro to, aby buňky zničily špatně složené a poškozené proteiny.[4] Bez strojů ESCRT se tyto proteiny mohou hromadit a vést k nim neurodegenerativní choroba. Například abnormality ve složkách ESCRT-III mohou vést k neurologickým poruchám, jako je dědičná spastická paraplegie (HSP).[5] Buněčná abcise, proces, při kterém se štěpí membrána spojující dvě dceřiné buňky, je také zprostředkována strojem ESCRT. Bez komplexů ESCRT se dceřiné buňky nemohly oddělit a abnormální buňky obsahující dvojnásobné množství DNA bude vygenerováno. Tyto buňky by byly nevyhnutelně zničeny procesem známým jako apoptóza. A konečně, virové pučení nebo proces, kterým specifické typy virů opouštějí buňky, se nemusí vyskytnout bez absence mechanismu ESCRT. To by nevyhnutelně zabránilo šíření virů z buňky do buňky.

Komplexy ESCRT a doplňkové proteiny

Souhrn strojů ESCRT a doplňkových proteinů.[3][5]

Každý z komplexů ESCRT a doplňkových proteinů má jedinečné struktury, které umožňují odlišné biochemické funkce. Existuje řada synonym pro každou proteinovou složku stroje ESCRT, a to jak pro kvasinky, tak pro metazoans. Souhrnná tabulka všech těchto proteinů je uvedena níže.

V kvasinkách existují následující komplexy / doplňkové proteiny takto:

ESCRT-0

Komplex ESCRT-0 hraje zásadní roli při generování multivesikulárních těl tím, že váže a shlukuje ubikvitinované proteiny a / nebo receptory na povrchu buňky. Komplex je pak odpovědný za vazbu na a lipid na endosomální membráně, která rekrutuje tyto označené proteiny do endosomu.[6] Jednou správně lokalizovaný, tyto proteiny jsou poté přijímány do endosomu přes vezikuly, tvořící multivesikulární těla, a jsou nakonec dodány do lysozom kde jsou degradovány. Tento proces je nezbytný, protože je hlavní cestou degradace poškozených proteinů, které prošly Golgi.[4] Komponenty komplexu ESCRT-0 existují následovně:

Komplex je v poměru 1: 1 heterodimer z Vps27 (vakuolární třídění proteinů protein 27) a Hse1.[1][5] Vps27 a Hse1 dimerizovat přes antiparalelní svinutá cívka GAT (tak pojmenované podle proteinů GGA a Tom1) domén.[1] Vps27 i Hse1 obsahují amino-terminál Doména VHS (tak pojmenovaný, protože je obsažen v PROTIps27, HRS a STAM proteiny).[7] Tyto VHS domény váží ubikvitin na proteiny, jejichž cílem je buňka degradovat. Ubikvitin se může také spojit s motivy interagujícími s ubikvitinem, jako je motiv na Hse1 nebo oboustranná doména nacházející se na Vps27. A Doména FYVE (pojmenovaný po čtyřech proteinech, ve kterých byl původně identifikován: Fab1p, YOTB, Vac1 a EEA1) se nalézá v sendviči mezi doménami motivů Vps27 interagujících s VHS a ubikvitinem.[5][8] Fosfatidylinositol 3-fosfát, běžný endozomální lipid, se váže na tuto FYVE doménu, což vede k náboru ESCRT-0 do endosomu.[5]

ESCRT-I

Úlohou komplexu ESCRT-I je pomáhat při generování multivesikulárních tělísek shlukováním ubikvitinovaných proteinů a působit jako most mezi komplexy ESCRT-0 a ESCRT-II.[9] Hraje také roli v rozpoznávání a remodelaci membrány během úniku membrány tvorbou prstenců na obou stranách střední část těla dělících se buněk. ESCRT-I je také zodpovědný za nábor ESCRT-III, který tvoří zúženou zónu těsně před oddělením buněk.[10] Kromě toho hraje ESCRT-I roli ve virovém pučení interakcí se specifickými virovými proteiny, což vede k náboru dalšího mechanismu ESCRT do potenciálního místa uvolňování viru.[11] Podrobnosti o strojním zařízení ESCRT-I jsou popsány níže.

Komplex ESCRT-I je a heterotetramer (1: 1: 1: 1) z Vps23, Vps28, Vps37 a Mvb12.[3] Sestavený heterotetramer vypadá jako tyčová stopka složená z Vps23, Vps37 a Mvb12 s vějířovým víčkem složeným z jednoho šroubovice verzí Vps23, Vps28 a Vps37.[3][5] Vps23 obsahuje jednu variantní doménu ubiquitinu E2, která je zodpovědná za vazbu ubikvitinu, komplexu ESCRT-0 a na PTAP (strroline, threonin, ALanine, strroline) motiv viru Gag proteiny.[3][5] Těsně po této variantní doméně ubikvitinu E2, motiv bohatý na prolin (GPPX3Je přítomen Y), který směruje ESCRT-I do středního těla během abcise membrány.[5] Mvb12 může také vázat ubikvitin prostřednictvím jeho karboxy-konec. Vps28 je zodpovědný za interakci ESCRT-I a ESCRT-II přidružením k doméně GLUE (GRAM-Like Uvázání biquitinu v EAP45) Vps36 prostřednictvím svého karboxy-terminálu svazek čtyř šroubovic doména.[1]

ESCRT-II

Komplex ESCRT-II funguje primárně během biogeneze multivesikulárních tělísek a dodávání proteinů značených ubikvitinem do endosomu. Ubiquitinem značené proteiny jsou předávány z ESCRT-0 do ESCRT-I a poté do ESCRT-II. ESCRT-II se přidruží k ESCRT-III, který sevře náklad obsahující váček uzavřený.[5] Specifické aspekty ESCRT-II jsou následující:

ESCRT-II je heterotetramer (2: 1: 1) složený ze dvou Vps25 podjednotky, jedna Vps22 a jedna Vps36 podjednotka.[3] Molekuly Vps25 obsahují motivy PPXY, na které se váží okřídlená spirála (WH) motivy Vps22 a Vps36 vytvářející komplex ve tvaru Y s Vps22 a Vps36 jako základnou a Vps25 molekulami jako rameny.[3][5] Molekuly Vps25 také obsahují WH motivy, které jsou zodpovědné za interakci ESCRT-II s ESCRT-III. Vps36 obsahuje doménu GLUE, která váže fosfatidylinositol 3-fosfát a Vps28 ESCRT-I.[3][5] Dva zinkový prst domény jsou zacykleny do domény GLUE kvasinek Vps36. Jedna z těchto domén se zinkovým prstem váže karboxyterminální doménu Vps28 a druhá se asociuje s ubikvitinem.[5]

ESCRT-III

Komplex ESCRT-III je pravděpodobně nejdůležitější ze všech strojů ESCRT, protože hraje roli ve všech procesech zprostředkovaných ESCRT.[12] Během abscesu membrány a virového pučení vytváří ESCRT-III dlouhá vlákna, která se vinou kolem místa zúžení membrány těsně před membránovým štěpením.[10][13] K tomuto zprostředkování úrazu dochází prostřednictvím interakcí s centralspindlin komplex.[14] Tyto vláknité struktury jsou také přítomny během multivesikulární formace těla a fungují jako prstencový plot, který ucpává začínající váček, aby zabránil úniku nákladních proteinů do cytosolu buňky.[10] ESCRT-III existuje a funguje následovně:

Komplex ESCRT-III se liší od všech ostatních strojů ESCRT v tom, že existuje pouze přechodně a obsahuje základní i nepodstatné složky.[1][10] Základní podjednotky se musí shromažďovat ve správném pořadí (Vps20, Snf7, Vps24, pak Vps2), aby strojní zařízení fungovalo.[5] Mezi nepodstatné podjednotky patří Vps60, Did2 a Ist1.[10] Vps20 iniciuje sestavu ESCRT-III tím, že působí jako nukleator sestavy polymeru Snf7. Vps24 se poté přidruží k Snf7, aby komplex zakryl a získal Vps2.[1][3] Vps2 pak přináší Vps4 do komplexu.[15] Všechny „bezplatné“ cytosolické formy každé podjednotky jsou považovány za uzavřené. To znamená, že se karboxyterminální část každé podjednotky složí na sebe autoinhibičním způsobem stabilizujícím monomerní podjednotky.[1][3] Karboxy-konec většiny podjednotek ESCRT-III, základní i neesenciální, obsahuje MIM (MTO (mikrotubul interakční a transportní doména) iinterakce motif) motivy.[16] Tyto motivy jsou odpovědné za vazbu Vps4 a AAA-ATPáza spastin.[3]

Vps4-Vta1

Proteiny Vps4-Vta1 jsou vyžadovány pro stripování dalších složek ESCRT (obvykle ESCRT-III) z membrán, jakmile je konkrétní proces dokončen. Tam je nějaká debata o tom, zda Vps4 štěpí komplex ESCRT-III pryč nebo remodeluje komplex tak, aby se jedna složka vrhla v určitou dobu.[11] Předpokládá se, že Vta1 působí jako aktivátor Vps4, napomáhá jeho sestavení a zvyšuje jeho aktivitu AAA-ATPázy.[12][17] Způsob, jakým tyto proteiny fungují, je následující:

Podjednotky Vps4 mají dvě funkční domény, aminoterminální doménu MIT a centrální doménu AAA-ATPázy.[3] Doména MIT je zodpovědná za interakci Vps4 s doménou MIM Vps2.[1] Doména AAA-ATPázy hydrolyzuje ATP k energetické demontáži komplexu ESCRT-III.[10] Toto „odstranění“ ESCRT-III umožňuje recyklaci všech souvisejících podjednotek pro další použití.[10][11] Vta1 je dimerní protein obsahující jednu doménu VSL (tak pojmenovanou, protože se nachází v proteinech) PROTIps4, SBP1 a LIP5), který umožňuje vazbu na Vps4, a doménu MIT pro přidružení k podjednotce ESCRT-III Vps60. Ačkoli to není nezbytné, ukázalo se, že Vta1 pomáhá při sestavování prstenů Vps4, urychluje aktivitu ATPázy Vsp4 a podporuje demontáž ESCRT-III.[5]

Bro1

Hlavní funkcí Bro1 je nábor deubikvitinázy do komplexu ESCRT-III.[18] To má za následek odstranění ubikvitinových značek z proteinů zaměřených na degradaci v lysozomu těsně před vytvořením multivesikulárních těl. Rovněž se spekulovalo, že Bro1 pomáhá stabilizovat ESCRT-III, zatímco ubiquitinové značky jsou štěpeny z nákladových proteinů.[18]

Bro1 obsahuje Bro1 amino-terminální doménu, která se váže na Snf7 ESCRT-III.[19] Tato vazba přináší Bro1 na místo abcise membrány. Bro1 také váže katalytické doména Doa4, ubikvitin hydroláza (deubiquitináza), která ji přivádí na místo abscise. Doa4 odstraňuje ubikvitin z proteinů nákladu, které jsou cíleny na lysozom.[19]

Multivesikulární biogeneze těla a pendlování

Převzato od Schmidta, O. a D. Teise (2012). „Strojní zařízení ESCRT.“ Curr Biol 22 (4): R116-120 se svolením autora
Obchodování s proteiny vázanými na membránu k lysozomu pomocí ESCRT strojů. Membránově vázané proteiny jsou přijímány do buňky prostřednictvím endocytózy. Ubikvitinové značky na proteinu jsou rozpoznávány strojním zařízením ESCRT a získávány do endosomu. Vznikají multivezikulární tělíska, která pak fúzují s lysozomem, kde jsou tyto proteiny degradovány. Převzato z.[1]

Multivesikulární tělesa hrají velkou roli v transportu ubikvitinovaných proteinů a receptorů do lysozomu.[20] Komplexy ESCRT transportují ubikvitinovaný náklad do buněčných vezikul, které se objevují přímo v endosomálním kompartmentu buňky a vytvářejí multivesikulární těla.[20] Tato multivesikulární tělesa se nakonec spojí s lysozomem a způsobí degradaci nákladu.[15] Podrobnější popis procesu, včetně souvisejících strojů, existuje takto:

  1. Jednotlivé komponenty ESCRT-0 Vps27 a Hse1 se vážou na ubikvitinovaný náklad.[1][20]
  2. Vps27 se váže na fosfatidylinositol-3-fosfát, endozomální lipid, který pak rekrutuje celý komplex do endosomu.[1][20]
  3. Vps27 váže podjednotku Vps23 ESCRT-I, čímž přivádí ESCRT-I do endosomu. ESCRT-I může také vázat ubikvitinované proteiny.[1][20]
  4. Vps36 se sdružuje s podjednotkou ESCRT-I Vps28, což vede k náboru komplexu ESCRT-II.[1]
  5. Podjednotka Vps25 ESCRT-II se váže na a aktivuje Vps20 komplexu ESCRT-III.[1][15][20]
  6. Vps20 nukleauje tvorbu řetězců Snf7, které jsou poté omezeny Vps24.[15]
  7. Vps24 rekrutuje Vps2, což přináší Vps4 do komplexu.[15]
  8. Vps4 tvoří póry ze dvou hexamerické kroužky, na které se váže Vta1.[1] Tento komplex Vps4-Vta1 spouští demontáž ESCRT-III a znamená konec multivezikulární formace těla.[2]

Absorpce membrány

Nábor komplexů ESCRT do Midbody. Cep-55 váže MKLP1. Cep-55 rekrutuje ESCRT-I a ALIX. ESCRT-I a ALIX získávají ESCRT-III. ESCRT-III tvoří spirálu kolem membránového krku mezi dceřinými buňkami, což vede ke zúžení a štěpení. Převzato z.[21]

Absorpce membrány v době cytokineze je proces, při kterém je membrána spojující dvě dceřiné buňky štěpena během buněčné dělení. Protože je konzervován v řadě Archaea „Absorpce membrány je považována za nejranější roli pro ESCRT stroje.[5] Proces začíná, když centrosomální protein CEP55 je přijímán do středního těla dělících se buněk ve spojení s MKLP1, a mitotický kinesin -jako protein, který se asociuje s mikrotubuly.[5][22] CEP55 poté rekrutuje podjednotku Vps23 z ESCRT-I a doplňkového proteinu ALIX, které se formují do kroužků na obou stranách středního těla.[5][10][11] ESCRT-I a ALIX získávají ESCRT-III prostřednictvím své podjednotky Snf7.[5] ESCRT-III podjednotky Vps20, Snf7, Vps24, Vps2 a Did2 se formují do spirálovitého vlákna sousedícího s prstenci tvořenými Vps23.[1][11][18] Tvorba této spirálovité struktury deformuje membránu a AAA-ATPázový spastin je přiveden pomocí Did2 a Ist1, aby štěpily mikrotubuly vytvořené ve středu těla.[11][18] Vps4 tedy katalyzuje demontáž komplexu ESCRT-III vedoucí ke dvěma nově odděleným dceřiným buňkám.[18] Proces membránové abcise byl popsán pomocí metazoanových proteinů, protože tento proces byl studován ve větší míře u metazoanů.

Virové pučení

Retrovirové pučení HIV. A) Akumulace virových proteinů pod buněčnou membránou způsobí, že virus vyčnívá ven. B) Konstrikci tvoří komplexy ESCRT na bázi membránového výčnělku, což způsobuje tvorbu vezikuly obsahující virus. C) Pupen se sevře a zanechá volný extracelulární virion. (Foto poskytl Dr. Matthew Gonda (Wikimedia Commons: listopad 1998), National Cancer Institute ID obrázku: 2382)

Uvolňování virových částic, také známé jako virové pučení, je proces, kterým zdarma viriony jsou uvolňovány z buněk prostřednictvím únosu strojů ESCRT hostitelské buňky.[1][13] Retroviry, jako HIV-1 a lidský T-lymfotropní virus, stejně jako řada obalené viry, včetně Virus ebola, vyžadovat, aby ESCRT stroje opustily hostitelskou buňku.[1] Proces je zahájen virovými proteiny Gag, hlavními strukturálními proteiny retrovirových obalů, s nimiž interagují TSG101 komplexu ESCRT-I a doplňkového proteinu ALIX.[11][12] Podjednotky ESCRT-III (nezbytné jsou pouze CHMP4 a CHMP2 [9]) jsou rekrutováni do místa virového pučení, aby zúžili a oddělili krk pupíku podobným způsobem, jaký je popsán pro abscesy membrány během cytokineze.[1][5][11] Vps4 poté recykluje složky ESCRT-III do cytosolu a virus se uvolní z buňky.[5] Zde popsaný mechanismus využívá metazoanové proteiny, protože virové pučení bylo u metazoanů studováno extenzivněji.

Reference

  1. ^ A b C d E F G h i j k l m n Ó str q r s Schmidt O, Teis D (únor 2012). „Strojní zařízení ESCRT“. Curr. Biol. 22 (4): R116–20. doi:10.1016 / j.cub.2012.01.028. PMC  3314914. PMID  22361144.
  2. ^ A b Babst M (srpen 2011). „Tvorba vezikul MVB: závislá na ESCRT, nezávislá na ESCRT a vše mezi tím“. Curr. Opin. Cell Biol. 23 (4): 452–7. doi:10.1016 / j.ceb.2011.04.008. PMC  3148405. PMID  21570275.
  3. ^ A b C d E F G h i j k l Hurley JH, Hanson PI (srpen 2010). „Membránové pučení a štěpení strojním zařízením ESCRT: je to všechno na krku“. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 11 (8): 556–66. doi:10.1038 / nrm2937. PMC  2922035. PMID  20588296.
  4. ^ A b Piper RC, Katzmann DJ (2007). "Biogeneze a funkce multivesikulárních těles". Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 23: 519–47. doi:10.1146 / annurev.cellbio.23.090506.123319. PMC  2911632. PMID  17506697.
  5. ^ A b C d E F G h i j k l m n Ó str q r s t Hurley JH (prosinec 2010). „Komplexy ESCRT“. Krit. Biochem. Mol. Biol. 45 (6): 463–87. doi:10.3109/10409238.2010.502516. PMC  2988974. PMID  20653365.
  6. ^ Wollert T, Hurley JH (duben 2010). "Molekulární mechanismus multivesikulární biogeneze těla pomocí komplexů ESCRT". Příroda. 464 (7290): 864–9. Bibcode:2010Natur.464..864W. doi:10.1038 / nature08849. PMC  2851844. PMID  20305637.
  7. ^ Ren X, Hurley JH (březen 2010). „VHS domény ESCRT-0 spolupracují při vazbě vysoké avidity na polyubiquitinovaný náklad“. EMBO J.. 29 (6): 1045–54. doi:10.1038 / emboj.2010.6. PMC  2845278. PMID  20150893.
  8. ^ Banerjee S, Basu S, Sarkar S (2010). „Srovnávací genomika odhaluje selektivní distribuci a doménovou organizaci proteinů domény FYVE a PX napříč eukaryotickými liniemi“. BMC Genomics. 11: 83. doi:10.1186/1471-2164-11-83. PMC  2837644. PMID  20122178.
  9. ^ A b Morita E, Sandrin V, McCullough J, Katsuyama A, Baci Hamilton I, Sundquist WI (březen 2011). „Požadavky na protein ESCRT-III pro začínající HIV-1“. Buněčný hostitelský mikrob. 9 (3): 235–42. doi:10.1016 / j.chom.2011.02.004. PMC  3070458. PMID  21396898.
  10. ^ A b C d E F G h Adell MA, Teis D (říjen 2011). „Montáž a demontáž komplexu štěpení membrány ESCRT-III“. FEBS Lett. 585 (20): 3191–6. doi:10.1016 / j.febslet.2011.09.001. PMC  3192940. PMID  21924267.
  11. ^ A b C d E F G h Mueller M, Adell MA, Teis D (srpen 2012). „Membránová abscise: první pohled na dynamické ESCRT“. Curr. Biol. 22 (15): R603–5. doi:10.1016 / j.cub.2012.06.063. PMC  3414845. PMID  22877781.
  12. ^ A b C McDonald B, Martin-Serrano J (červenec 2009). „Nejsou připojeny žádné řetězce: strojní zařízení ESCRT ve virovém pučení a cytokinéze“. J. Cell Sci. 122 (Pt 13): 2167–77. doi:10.1242 / jcs.028308. PMC  2723143. PMID  19535732.
  13. ^ A b Jouvenet N, Zhadina M, Bieniasz PD, Simon SM (duben 2011). „Dynamika náboru proteinů ESCRT během retrovirové montáže“. Nat. Cell Biol. 13 (4): 394–401. doi:10.1038 / ncb2207. PMC  3245320. PMID  21394083.
  14. ^ Glotzer, Michael. „Cytokinesis: Centralspindlin Moonlight as a Membrane Anchor“, Aktuální biologie, 18. února 2013
  15. ^ A b C d E Teis D, Saksena S, Judson BL, Emr SD (březen 2010). „ESCRT-II koordinuje sestavu vláken ESCRT-III pro třídění nákladu a tvorbu vezikul těla vícečetných těl“. EMBO J.. 29 (5): 871–83. doi:10.1038 / emboj.2009.408. PMC  2837172. PMID  20134403.
  16. ^ Scott A, Gaspar J, Stuchell-Brereton MD, Alam SL, Skalicky JJ, Sundquist WI (září 2005). "Struktura a ESCRT-III proteinové interakce MIT domény lidského VPS4A". Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 102 (39): 13813–8. Bibcode:2005PNAS..10213813S. doi:10.1073 / pnas.0502165102. PMC  1236530. PMID  16174732.
  17. ^ Azmi I, Davies B, Dimaano C, Payne J, Eckert D, Babst M, Katzmann DJ (únor 2006). „Recyklace ESCRT pomocí AAA-ATPázy Vps4 je regulována konzervovanou oblastí VSL ve Vta1“. J. Cell Biol. 172 (5): 705–17. doi:10.1083 / jcb.200508166. PMC  2063703. PMID  16505166.
  18. ^ A b C d E Babst M, Davies BA, Katzmann DJ (říjen 2011). "Regulace Vps4 během třídění MVB a cytokineze". Provoz. 12 (10): 1298–305. doi:10.1111 / j.1600-0854.2011.01230.x. PMC  3171586. PMID  21658171.
  19. ^ A b Wemmer M, Azmi I, West M, Davies B, Katzmann D, Odorizzi G (leden 2011). „Vazba Bro1 na Snf7 reguluje aktivitu štěpení membrány ESCRT-III v kvasinkách“. J. Cell Biol. 192 (2): 295–306. doi:10.1083 / jcb.201007018. PMC  3172170. PMID  21263029.
  20. ^ A b C d E F Hurley JH, Emr SD (2006). „Komplexy ESCRT: struktura a mechanismus sítě pro obchodování s membránami“. Annu Rev Biophys Biomol Struct. 35: 277–98. doi:10.1146 / annurev.biophys.35.040405.102126. PMC  1648078. PMID  16689637.
  21. ^ Carmena M (červenec 2012). „Kontrola kontrolního bodu úniku: zaseknutá uprostřed s Aurorou B“. Otevřená Biol. 2 (7): 120095. doi:10.1098 / rsob.120095. PMC  3411112. PMID  22870391.
  22. ^ Zhu C, Bossy-Wetzel E, Jiang W (červenec 2005). „Nábor MKLP1 do vřetenové midzony / midbody pomocí INCENP je nezbytný pro tvorbu midbody a dokončení cytokineze v lidských buňkách“. Biochem. J. 389 (Pt 2): 373–81. doi:10.1042 / BJ20050097. PMC  1175114. PMID  15796717.