Manosový 6-fosfátový receptor - Mannose 6-phosphate receptor

Na kationu nezávislém opakování receptoru manózy-6-fosfátu
Identifikátory
SymbolCIMR
PfamPF00878
InterProIPR000479
SCOP21e6f / Rozsah / SUPFAM
Membranome30
Na kationu závislý receptor manózy-6-fosfátu
Identifikátory
SymbolM6PR
Gen NCBI4074
HGNC6752
OMIM154540
RefSeqNM_002355
UniProtP20645
Další údaje
MístoChr. 12 p13
Na kationu nezávislý receptor manosy-6 fosfátu
Identifikátory
SymbolIGF2R
Gen NCBI3482
HGNC5467
OMIM147280
RefSeqNM_000876
UniProtP11717
Další údaje
MístoChr. 6 q25q27

The manosové 6-fosfátové receptory (MPR) jsou transmembránové glykoproteiny ten cíl enzymy na lysozomy v obratlovců.[1]

Manosové 6-fosfátové receptory váží nově syntetizované lysozomální hydrolázy v trans-Golgiho síti (TGN) a dodávají je do předlysozomálních kompartmentů. Existují dva různé MPR, jeden s ~ 300 kDa a menší, dimerní receptor s ~ 46 kDa.[2][3] Větší receptor je znám jako na kationu nezávislý receptor manózy 6-fosfátu (CI-MPR ), zatímco menší receptor (CD-MPR ) vyžaduje dvojmocné kationty pro účinné rozpoznání lysozomálních hydroláz.[3] Zatímco dvojmocné kationty nejsou pro vazbu ligandu lidským CD-MPR nezbytné, nomenklatura zůstala zachována.[4]

Oba tyto receptory se vážou na terminál manóza 6-fosfát s podobnou afinitou (CI-MPR = 7 μM, CD-MPR = 8 μM)[5] a mají podobné signály ve svých cytoplazmatických doménách pro intracelulární obchodování.[6]

Dějiny

Elizabeth Neufeld studoval pacienty, kteří měli více inkluzní orgány přítomné v jejich buňky.[7] Kvůli velkému množství inkluzních těl pojmenovala tento stav I-buněčná choroba. Tato inkluzní tělíska představovala lysozomy, které byly naplněny nestravitelným materiálem. Nejprve si Neufeld myslel, že tito pacienti musí mít nedostatek lysozomální enzymy. . Další studie ukázala, že všechny lysozomální enzymy byly vyráběny, ale byly nesprávně cílené. Místo toho, abyste byli posláni do lysozom, byly vylučovány. Dále bylo zjištěno, že tyto nesprávně cílené enzymy nejsou fosforylovaný. Neufeld to proto navrhl I-buněčná choroba byl způsoben nedostatkem enzymů, které přidávají specifickou manosovou 6-fosfátovou značku na lysozomální enzymy aby mohly být zaměřeny na lysozom.

Studie z I-buněčná choroba vedlo k objevení receptory které se vážou k této konkrétní značce. Nejprve byla objevena a izolována CI-MPR pomocí afinitní chromatografie. Vědci však zjistili, že některé z lysozomální enzymy stále dosáhl lysozom v nepřítomnosti CI-MPR. To vedlo k identifikaci další vazby manózy 6-fosfátu receptor, CD-MPR, který váže jeho ligand v přítomnosti a dvojmocný kation jako je Mn2+.[8][9]

The geny pro každého receptor byly naklonovaný a charakterizováno. Předpokládá se, že ano vyvinul ze stejného genu předků, jaký existuje v některých z nich intron / exon hranice a tam je homologie v jejich vazebné domény.[7]

Funkce

Hlavní funkcí MPR je cílení lysozomální enzymy do lysozom.

Mechanismus cílení

Lysozomální enzymy jsou syntetizovány v hrubé endoplazmatické retikulum spolu s řadou dalších sekreční proteiny. Aby se zabránilo těmto škodlivým, vyvinula se speciální značka pro rozpoznávání lysozomální enzymy před vylučováním a aby se zajistilo, že jsou namířeny na lysosom.[7] Tato značka je manosový 6-fosfátový zbytek.

Jakmile byl lysozomální enzym přemístěn do hrubé endoplazmatické retikulum an oligosacharid složen z Glc3Muž9GlcNAc2 je přeneseno vcelku k proteinu.[1] The oligosacharid přítomný na lysozomálních enzymech je zpracován stejným způsobem jako jiné sekreční proteiny, zatímco je translokován z endoplazmatické retikulum do cis-Golgi.

Obrázek zobrazující celkovou strukturu CI-MPR a CD-MPR. Tento obrázek byl upraven z „Úvod do glykobiologie“ [1]

V Trans-Golgi A GlcNAc fosfotransferáza (ES 2.7.8.17 ) přidává a GlcNAc -1-fosfát zbytek na 6-hydroxylovou skupinu specifického manóza zbytek v rámci oligosacharid.[10] Toto tvoří a fosfodiester: Man-fosfát-GlcNAc. Jakmile bude vytvořen fosfodiester, bude lysozomální enzym translokován přes Golgiho aparát do trans-Golgi. V trans-Golgi a fosfodiesteráza (ES 3.1.4.45 ) odstraní GlcNAc zbytek vystavující manosovou 6-fosfátovou značku, umožňující lysozomální enzymy vázat se na CI-MPR a CD-MPR. Komplex MPR-lysozomální enzym se translokuje do prelyzozomálního kompartmentu, známého jako endozom, v Vezikuly potažené COPII.[11][12] Toto cílení směrem od sekreční dráhy je dosaženo přítomností specifického třídicího signálu, kyselého klastrového / dileucinového motivu, v cytoplazmatických koncích MPR.[13] Oba MPR se nejúčinněji vážou na své ligandy pH 6 - 7; což umožňuje receptorům vázat se na lysozomální enzymy v trans-Golgi a uvolněte je v okyseleném prostředí endozom. Jakmile se enzym disociuje z manosového 6-fosfátového receptoru, je translokován z endosomu do lysozom Kde fosfát značka je odstraněna z enzym.

MPR se nenacházejí v souboru lysozomy; cyklují hlavně mezi trans-Golgiho síť a endozomy. CI-MPR je také přítomen na povrch buňky. Kolem 10-20% CI-MPR lze nalézt na buněčné membráně.[14] Jeho funkcí je zde zachytit jakýkoli označený manosový 6-fosfát enzymy kteří náhodou vstoupili do sekreční cesty. Jakmile se váže na a lysozomální enzym the receptor se rychle internalizuje. Internalizaci zprostředkovává a třídicí signál ve svém cytoplazmatickém ocasu - motiv YSKV.[13] Tím je zajištěno, že všechny škodlivé lysozomální enzymy bude zaměřen na lysozom.

Studie vyřazení myší

CI-MPR

Myši, kterým chybí CI-MPR, umírají 15. den těhotenství kvůli srdečnímu hyperplazie.[7] Myši trpí abnormálním růstem, protože nejsou schopné regulovat hladinu volného IGF-II (inzulinový růstový faktor typu II). Smrti myší lze zabránit, pokud IGF-II alela je také vyřazen. Další analýza embrya také ukázal, že zobrazují vady v cílení z lysozomální enzymy protože mají zvýšenou hladinu fosforylované lysozomální enzymy v jejich plodová voda. Přibližně 70% lysozomální enzymy jsou vylučovány v nepřítomnosti CI-MPR - to naznačuje, že CD-MPR není schopen kompenzovat svou ztrátu.[1]

CD-MPR

Když je CD-MPR vyřazen u myší vypadají zdravě, kromě toho, že mají defekty v cílení na více lysozomální enzymy. Tyto myši vykazují zvýšené hladiny fosforylované lysozomální enzymy v jejich krvi a hromadí nestrávený materiál v jejich lysozomy.[7]

Z nich knockout myši lze odvodit, že oba receptory jsou potřebné pro účinné cílení na lysozomální enzymy. The lysozomální enzymy to jsou vylučováno dvěma různými knokaut buněčné linie tvoří dvě různé sady. To naznačuje, že každý MPR interaguje přednostně s podmnožinou lysozomální enzymy.

Struktura

CI-MPR a CD-MPR jsou strukturálně odlišné receptory sdílejí však celkovou obecnou strukturu, protože jsou obě integrální membránové proteiny typu I. Oba receptory mít velký N-terminál extracytoplazmatická doména, jedna transmembránová doména a krátký C-terminál cytoplazmatický ocas. Tyto cytoplazmatické ocasy obsahují několik třídicích signálů;[15] z nichž některé mohou být buď fosforylovaný nebo palmitoylovaný.[13]

První 3 N-koncové domény (domény 1, 2 a 3) kationově nezávislého manózo-6-fosfátového receptoru s navázaným ligandem. Obrázek vygenerovaný ze souboru PDB: = 1SZ0 1SZ0 pomocí PyMol.

CI-MPR: CI-MPR je ~ 300 kDa.[16] The N-terminál extracytoplazmatická doména obsahuje 15 souvislý Domény rozpoznávání sacharidů typu P.[16] Jsou označovány jako domény MRH (homóza 6-fosfátového receptoru). Domény jsou homologní protože mají:

Struktura 7 z 15 domén byla stanovena pomocí Rentgenová krystalografie, a zdá se, že sdílejí podobné složit.[16] CI-MPR existuje hlavně jako dimer v membrána. Bylo zjištěno, že domény 3, 5 a 9 se váží na manóza 6-fosfát. Domény 3 a 9 se mohou vázat na manóza 6-fosfát s vysoká afinita. Doména 5 se pouze váže Man-6-fosfát s slabá afinita. Ukázalo se však, že se doména 5 váže také na fosfodiester, Man-fosfát-GlcNAc.[16] Jedná se o bezpečnostní mechanismus pro buňku - to znamená, že je schopna se vázat lysozomální enzymy které unikly působení enzymu, který odstraňuje GlcNAc zbytek. Kombinace těchto 3 domén umožňuje CI-MPR vázat se na širokou škálu fosforylovaných glykan struktur. Doména 11 se váže IGF-II.

CD-MPR: CD-MPR je mnohem menší než CI-MPR - je to jen ~ 46 kDa.[16] Své N-terminál extracytoplazmatická doména obsahuje pouze 1 doménu rozpoznávání sacharidů typu P. CD-MPR existuje hlavně jako dimer v membrána. nicméně monomerní a tetramerní Předpokládá se, že existují také formy.[17] Rovnováha mezi těmito různými oligomery je ovlivněn pH, teplota a přítomnost manosových 6-fosfátových zbytků. Každý monomer tvoří 9 pletl ß-hlaveň který se může vázat na jediný manosový 6-fosfátový zbytek.

Kation-dependentní manosový 6-fosfátový receptor s navázaným ligandem. Fialová koule představuje kation, Mn2+. Obrázek vygenerovaný ze souboru PDB: = 1C39 1C39 pomocí PyMol.

Vazba manóza 6-fosfátu

CI-MPR a CD-MPR vážou manózo-6-fosfát podobným způsobem. Oba tvoří soubor Vodíkové vazby mezi klíčem zbytky a charakteristické hydroxyl skupiny na internetu manóza zbytek. Vodíkové vazby na hydroxyl skupiny na pozicích 2, 3 a 4 činí web specifickým pro manóza sama.

Oba MPR sdílejí 4 zbytky, které jsou nezbytné pro ligand vazba. Mutace kteréhokoli z těchto zbytků vede ke ztrátě vazby manózy 6-fosfátu.[16] Tyto zbytky jsou glutamin, arginin, kyselina glutamová a tyrosin a jsou odpovědné za formování Vodíkové vazby konkrétní kontakt hydroxyl skupiny v manóza zbytek.

Široká škála N-glykan struktury mohou být přítomny na lysozomálních enzymech. Tyto glykany se může lišit v:

  • Typ - hybridní nebo vysoký manóza struktur
  • Velikost
  • Přítomnost fosfomonoesteru (manóza 6-fosfát) nebo fosfodiesteru (Man-fosfát-GlcNAc)
  • Počet manosových 6-fosfátových značek
  • Umístění značky manózy 6-fosfátu

CI-MPR a CD-MPR jsou schopny vázat se na tuto širokou škálu N-glykan struktury tím, že mají jinou architekturu vazebného místa.[1] MPR se také vážou k fosfát skupinu trochu jiným způsobem. Doména 3 používá CI-MPR Ser -386 a uspořádaná molekula vody, která se váže na fosfát skupina. Na druhé straně CD-MPR používá zbytky Asp -103, Asn -104 a Jeho -105 k vytvoření příznivého Vodíkové vazby do fosfát skupina.[16] CD-MPR také obsahuje a dvojmocný kation Mn2+ který je příznivý Vodíkové vazby s fosfát skupina.

CI-MPR a rakovina

Je dobře prokázáno, že CI-MPR váže manoso-6-fosfát, ale existuje stále více důkazů, které naznačují, že se CI-MPR váže také na neglykosylované IGF-II. Předpokládá se, že když je CI-MPR přítomen na povrch buňky „Doména 11 se bude vázat na jakékoli IGF-II zdarma v extracelulární matrix. The receptor je pak rychle internalizován spolu s IGF-II prostřednictvím YSKV motivu přítomného v cytoplazmatickém ocasu CI-MPR.[13] IGF-II poté bude zaměřen na lysozom kde to bude degradováno. Tím se reguluje úroveň zdarma IGF-II v těle.

Tato funkce CI-MPR byla stanovena pomocí knockout myši. Bylo pozorováno, že myši s deficitem CI-MPR měly zvýšenou hladinu volných IGF-II a zvětšené orgány (přibližně o 30% větší velikost [7]). Tyto myši umírají 15. den těhotenství kvůli srdečnímu hyperplazie.[7] Smrti myší bylo možné zabránit, když IGF-II alela byla také vyřazena. Když CI-MPR a IGF-II alely jsou vyřazeny, je pozorován normální růst myší, protože již není přítomen růstový faktor, který je třeba regulovat.

Díky schopnosti CI-MPR modulovat úrovně IGF-II bylo navrženo, že může hrát roli jako supresor nádoru.[13] Studie s více lidskými rakovinami ukázaly, že ztráta funkce CI-MPR je spojena s progresí v tumourigenesis.[18] Ztráta heterozygotnosti (LOH) na lokusu CI-MPR byl zobrazen ve více rakovina typy včetně játra a prsa.[13][19] Jedná se však o relativně nový koncept a mnoho dalších studií bude muset zkoumat vztah mezi CI-MPR a rakovina.

Reference

  1. ^ A b C d E Drickamer K, Taylor ME (2011). Úvod do glykobiologie (3. vyd.). Oxford [u.a.]: Oxford University Press. 177–181. ISBN  978-0199569113.
  2. ^ Hoflack B, Kornfeld S (červenec 1985). „Vazba lysozomálního enzymu na myší makrofágové membrány P388D1 bez 215-kDa manózo-6-fosfátového receptoru: důkazy o existenci druhého manózo-6-fosfátového receptoru“. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 82 (13): 4428–32. Bibcode:1985PNAS ... 82.4428H. doi:10.1073 / pnas.82.13.4428. PMC  391114. PMID  3160044.
  3. ^ A b Hoflack B, Kornfeld S (říjen 1985). "Čištění a charakterizace kation-dependentního manózového 6-fosfátového receptoru z myších makrofágů P388D1 a hovězí játra". J. Biol. Chem. 260 (22): 12008–14. PMID  2931431.
  4. ^ Junghans U, Waheed A, von Figura K (září 1988). „‚ Kation-dependentní 'manosový 6-fosfátový receptor váže ligandy v nepřítomnosti dvojmocných kationtů. “ FEBS Lett. 237 (1–2): 81–4. doi:10.1016/0014-5793(88)80176-5. PMID  2971570. S2CID  29141433.
  5. ^ Tong PY, Kornfeld S (květen 1989). "Ligandové interakce kation-dependentního manózo-6-fosfátového receptoru. Srovnání s kationtově nezávislým manózo-6-fosfátovým receptorem." J. Biol. Chem. 264 (14): 7970–5. PMID  2542255.
  6. ^ Johnson KF, Chan W, Kornfeld S (prosinec 1990). „Kation-dependentní manózo-6-fosfátový receptor obsahuje ve své cytoplazmatické doméně dva signály internalizace“. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 87 (24): 10010–4. Bibcode:1990PNAS ... 8710010J. doi:10.1073 / pnas.87.24.10010. PMC  55304. PMID  2175900.
  7. ^ A b C d E F G Varki A, Cummings RD, Esko JD, Freeze HH, Stanley P, Bertozzi CR, Hart GW, Etzler M (2009). "Lektiny typu P". Základy glykobiologie (2. vyd.). Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press. ISBN  978-0879697709.
  8. ^ Hoflack, B .; Komfeld, S. (1985). „Vazba lyzozomálního enzymu na myší makrofágové membrány P388D1 postrádající manosový 6-fosfátový receptor 215 kDa: důkazy o existenci druhého manoso-6-fosfátového receptoru“. Proc. Natl. Acad. Sci. 82 (13): 4428–32. Bibcode:1985PNAS ... 82.4428H. doi:10.1073 / pnas.82.13.4428. PMC  391114. PMID  3160044.
  9. ^ Hoflack B, Kornfeld S (1985). "Čištění a charakterizace kation-dependentního manózového 6-fosfátového receptoru z myších makrofágů P388D1 a hovězí játra". J. Biol. Chem. 260 (22): 12008–14. PMID  2931431.
  10. ^ Reitman ML, Kornfeld S (1981). "Cílení na lyzozomální enzymy. N-acetylglukosaminylfosfotransferáza selektivně fosforyluje nativní lysozomální enzymy". J. Biol. Chem. 256 (23): 11977–80. PMID  6457829.
  11. ^ Duncan JR, Kornfeld S (březen 1988). „Intracelulární pohyb dvou manózových 6-fosfátových receptorů: návrat do Golgiho aparátu“. J. Cell Biol. 106 (3): 617–28. doi:10.1083 / jcb.106.3.617. PMC  2115106. PMID  2964450.
  12. ^ Le Borgne R, Hoflack B (1997). „Manosové 6-fosfátové receptory regulují tvorbu klatrinem obalených váčků v TGN“. J. Cell Biol. 137 (2): 335–45. doi:10.1083 / jcb.137.2.335. PMC  2139777. PMID  9128246.
  13. ^ A b C d E F G h Ghosh P, Dahms NM, Kornfeld S (2003). „Manosové 6-fosfátové receptory: nové zvraty v příběhu“. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 4 (3): 202–212. doi:10.1038 / nrm1050. PMID  12612639. S2CID  16991464.
  14. ^ Pohlmann, R .; Nagel, G .; Hille, A .; Wendland, M .; Waheed, A .; Braulke, T. & von Figura, K. (1989). "Specifické receptory manózy 6-fosfátu: struktura a funkce". Biochem Soc Trans. 17 (1): 15–16. doi:10.1042 / bst0170015. PMID  2541033.
  15. ^ Johnson KF, Chan W, Kornfeld S (1990). „Kation-dependentní manózo-6-fosfátový receptor obsahuje ve své cytoplazmatické doméně dva internalizační signály“. Proc. Natl. Acad. Sci. 87 (24): 10010–4. Bibcode:1990PNAS ... 8710010J. doi:10.1073 / pnas.87.24.10010. PMC  55304. PMID  2175900.
  16. ^ A b C d E F G Bohnsack RN, Song X, Olson LJ, Kudo M, Gotschall RR, Canfield WM, Cummings RD, Smith DF, Dahms NM (2009). „Na kationu nezávislý receptor manosy 6-fosfátu složený z odlišných míst vázajících fosfomanosyl“. Journal of Biological Chemistry. 284 (50): 35215–35226. doi:10.1074 / jbc.M109.056184. PMC  2787381. PMID  19840944.
  17. ^ Tong PY, Kornfeld S (1989). "Ligandové interakce kation-dependentního manózo-6-fosfátového receptoru. Srovnání s kationtově nezávislým manózo-6-fosfátovým receptorem." J. Biol. Chem. 264 (14): 7970–5. PMID  2542255.
  18. ^ De Souza AT, Hankins GR, Washington MK, Orton TC, Jirtle RL (1996). „Gen M6P / IGF2R je mutován v lidských hepatocelulárních karcinomech se ztrátou heterozygotnosti“. Nat. Genet. 11 (4): 447–9. doi:10.1038 / ng1295-447. PMID  7493029. S2CID  21787312.
  19. ^ De Souza AT, Hankins GR, Washington MK, Fine RL, Orton TC, Jirtle RL (1995). „Častá ztráta heterozygotnosti na 6q na lokusu receptoru růstového faktoru II manosy 6-fosfátu / inzulínu v lidských hepatocelulárních nádorech“. Onkogen. 10 (9): 1725–9. PMID  7753549.

Další čtení

externí odkazy