Aniontový kanál závislý na napětí - Voltage-dependent anion channel

Eukaryotický porin
Struktura proteinů aniontového kanálu závislá na lidském napětí.png
Krystalová struktura aniontového kanálu závislého na lidském napětí. Šipky označují antiparalelní beta listy, které tvoří charakteristickou beta hlaveň
Identifikátory
SymbolPorin_3
PfamPF01459
InterProIPR001925
STRÁNKAPDOC00483
TCDB1.B.8
OPM nadčeleď189
OPM protein3emn
CDDcd07306

Aniontové kanály závislé na napětínebo mitochondriální poriny, jsou třídou porin iontový kanál nachází se na vnější mitochondriální membrána.[1][2] Diskutuje se o tom, zda je nebo není tento kanál exprimován v buněčné povrchové membráně.[3][4][5]

Tento hlavní protein vnější mitochondriální membrána z eukaryoty tvoří napěťově závislý aniontový selektivní kanál (VDAC), který se chová jako obecný difúzní pór pro malé hydrofilní molekuly.[6][7][8][9] Kanál přijímá otevřenou konformaci při nízkém nebo nulovém potenciálu membrány a uzavřenou konformaci při potenciálech nad 30–40 mV. VDAC usnadňuje výměnu iontů a molekul mezi mitochondriemi a cytosolem a je regulován interakcemi s jinými proteiny a malými molekulami.[10]

Struktura

Tento protein obsahuje asi 280 aminokyselin a tvoří a beta barel který překlenuje mitochondriální vnější membránu.[11][12]

Od svého objevu v roce 1976 byla provedena rozsáhlá funkční a strukturní analýza proteinů VDAC. Objevil se výrazný rys póru: po rekonstituci na rovinný lipidové dvojvrstvy, existuje přepínač závislý na napětí mezi aniontově selektivním stavem vysoké vodivosti s vysokým metabolit tok a kationtově selektivní stav s nízkou vodivostí s omezeným průchodem metabolitů.

Více než 30 let po počátečním objevu, v roce 2008, byly dokončeny tři nezávislé strukturální projekty VDAC-1. První vyřešil vícerozměrná NMR spektroskopie. Druhý použil hybridní přístup využívající krystalografická data. Třetí byl pro myší krystaly VDAC-1 stanoven pomocí Rentgenová krystalografická techniky. Tři projekty 3D struktur VDAC-1 odhalily mnoho strukturálních rysů. Za prvé, VDAC-1 představuje novou strukturní třídu proteinů β-barelu vnější membrány s lichým počtem řetězců. Dalším aspektem je, že záporně nabitý postranní řetězec zbytku E73 je orientován směrem k prostředí hydrofobní membrány. 19vláknová 3D struktura získaná z různých experimentálních zdrojů třemi různými laboratořemi odpovídá datům EM a AFM z nativních membránových zdrojů a představuje biologicky relevantní stav VDAC-1.[10]

Mechanismus

Při potenciálech membrány přesahujících 30 mV (kladných nebo záporných) předpokládá VDAC uzavřený stav a přechází do otevřeného stavu, jakmile Napětí klesne pod tuto hranici. Ačkoli oba státy umožňují průchod jednoduchých solí, VDAC je mnohem přísnější s organickými anionty, což je kategorie, do které nejvíce metabolity podzim.[13] Přesný mechanismus spojování změn napětí s konformačními změnami v proteinu dosud nebyl vypracován, ale studie Thomas et al. naznačují, že při přechodu proteinu do uzavřené formy vedou změny napětí k odstranění velké části proteinu z kanálu a ke snížení účinného poloměru pórů.[14] Několik lysin zbytky, stejně jako Glu-152, byly zahrnuty jako obzvláště důležité zbytky senzoru v proteinu.[15]

Biologická funkce

Napěťově závislý iontový kanál hraje klíčovou roli v regulaci metabolického a energetického toku přes vnější mitochondriální membránu. Podílí se na přepravě ATP, ADP, pyruvát, malát a další metabolity, a tak intenzivně komunikuje s enzymy z metabolických drah.[13] Cytosolické enzymy závislé na ATP hexokináza, glukokináza, a glycerolkináza, stejně jako mitochondriální enzym kreatinkináza Bylo zjištěno, že se všechny váží na VDAC. Tato vazba je staví do těsné blízkosti ATP uvolněného z mitochondrií. Především se předpokládá, že vazba hexokinázy hraje klíčovou roli při vazbě glykolýza na oxidační fosforylace.[14] VDAC je navíc důležitým regulátorem Ca2+ transport do a z mitochondrií. Protože Ca2+ je kofaktorem metabolických enzymů, jako je pyruvátdehydrogenáza a isocitrát dehydrogenáza, energetická produkce a homeostáza jsou ovlivněny propustností VDAC pro Ca2+.[16]

Relevance nemoci

Ukázalo se také, že VDAC hraje roli v apoptóza.[17]Během apoptózy VDAC upravuje Přechodový pór mitochondriální permeability k uvolňování apoptogenních faktorů, jako je cytochrom c. VDAC však nejsou základními složkami přechodového póru mitochondriální permeability. Ačkoli cyt. c hraje zásadní roli při oxidativní fosforylaci v mitochondrii, v cytosolu aktivuje proteolytické enzymy zvané kaspázy, které hrají hlavní roli v buněčné smrti.[18] Přestože mechanismus pro cyt. Uvolnění c dosud nebylo zcela objasněno, některé výzkumy naznačují, že oligomerizace mezi jednotlivými podjednotkami může vytvořit velký flexibilní pór, kterým prochází cyt. c může projít.[19] Důležitějším faktorem je uvolnění cyt c. upravuje také Bcl-2 rodina bílkovin: Bax interaguje přímo s VDAC ke zvýšení velikosti pórů a podpoře cyt. c uvolnění, zatímco antiapoptotické Bcl-xL vytváří přesně opačný efekt.[20] Ve skutečnosti se ukázalo, že protilátky, které inhibují VDAC, také interferují s Bax zprostředkovaným cyt. Uvolňování c jak v izolovaných mitochondriích, tak v celých buňkách.[21] Tato klíčová role v apoptóze naznačuje VDAC jako potenciální cíl pro chemoterapeutická léčiva.

Příklady

Kvasinky obsahují dva členy této rodiny (geny POR1 a POR2); obratlovci mají alespoň tři členy (geny VDAC1, VDAC2 a VDAC3).[11]

Lidé, stejně jako většina vyšších eukaryot, kódují tři různé VDAC; VDAC1, VDAC2, a VDAC3. Dohromady s TOMM40 a TOMM40L představují rodinu evolučně příbuzných β-barelů.[22]

Rostliny mají největší počet VDAC. Arabidopsis kóduje čtyři různé VDAC, ale u jiných druhů může být toto číslo větší.[23]

Reference

  1. ^ Hoogenboom BW, Suda K, Engel A, Fotiadis D (2007). "Supramolekulární sestavy napěťově závislých aniontových kanálů v nativní membráně". J. Mol. Biol. 370 (2): 246–55. doi:10.1016 / j.jmb.2007.04.073. PMID  17524423.
  2. ^ Blachly-Dyson, E; Forte, M (září 2001). Msgstr "Kanály VDAC". IUBMB Life. 52 (3–5): 113–8. doi:10.1080/15216540152845902. PMID  11798022.
  3. ^ Sabirov RZ, Merzlyak PG (červen 2012). „Plasmalemmal VDAC kontroverze a maxi-anionová skládačka“. Biochim. Biophys. Acta. 1818 (6): 1570–80. doi:10.1016 / j.bbamem.2011.09.024. PMID  21986486.
  4. ^ De Pinto, V .; Messina, A .; Lane, D. J. R .; Lawen, A. (2010). "Napěťově závislý aniontový selektivní kanál (VDAC) v plazmatické membráně". FEBS Dopisy. 584 (9): 1793–1799. doi:10.1016 / j.febslet.2010.02.049. PMID  20184885. S2CID  3391282.
  5. ^ Niehage, C .; Steenblock, C .; Pursche, T .; Bornhäuser, M .; Corbeil, D .; Hoflack, B. (2011). Borlongan, Cesario V (ed.). "Proteom buněčného povrchu lidských mezenchymálních stromálních buněk". PLOS ONE. 6 (5): e20399. Bibcode:2011PLoSO ... 620399N. doi:10,1371 / journal.pone.0020399. PMC  3102717. PMID  21637820.
  6. ^ Benz R (1994). „Prostupování hydrofilních rozpuštěných látek mitochondriálními vnějšími membránami: přehled mitochondriálních porinů“. Biochim. Biophys. Acta. 1197 (2): 167–196. doi:10.1016/0304-4157(94)90004-3. PMID  8031826.
  7. ^ Mannella CA (1992). "Vstupy a výstupy kanálů mitochondriální membrány". Trends Biochem. Sci. 17 (8): 315–320. doi:10.1016 / 0968-0004 (92) 90444-E. PMID  1384178.
  8. ^ Dihanich M (1990). "Biogeneze a funkce eukaryotických porinů". Experientia. 46 (2): 146–153. doi:10.1007 / BF02027310. PMID  1689252. S2CID  2199583.
  9. ^ Forte M, Guy HR, Mannella CA (1987). „Molekulární genetika iontového kanálu VDAC: strukturální model a sekvenční analýza“. J. Bioenerg. Biomembr. 19 (4): 341–350. doi:10.1007 / BF00768537. PMID  2442148. S2CID  10219032.
  10. ^ A b Hiller S, Abramson J, Mannella C, Wagner G, Zeth K (září 2010). „3D struktury VDAC představují nativní konformaci“. Trends Biochem. Sci. 35 (9): 514–21. doi:10.1016 / j.tibs.2010.03.005. PMC  2933295. PMID  20708406.
  11. ^ A b Sampson MJ, Lovell RS, Davison DB, Craigen WJ (1996). „Nový myší mitochondriální napěťově závislý gen aniontového kanálu se lokalizuje do chromozomu 8“. Genomika. 36 (1): 192–196. doi:10.1006 / geno.1996.0445. PMID  8812436.
  12. ^ Zeth K (2010). "Struktura a vývoj mitochondriálních proteinů vnější membrány topologie beta-barelu". Biochim. Biophys. Acta. 1797 (6–7): 1292–9. doi:10.1016 / j.bbabio.2010.04.019. PMID  20450883.
  13. ^ A b Blachly-Dyson, E. & Forte, M. (2001). "Kanály VDAC". IUBMB Life. 52 (3–5): 113–18. doi:10.1080/15216540152845902. PMID  11798022.
  14. ^ A b Colombini M, Blachly-Dyson E, Forte M (1996). "VDAC, kanál ve vnější mitochondriální membráně". Ionové kanály. 4: 169–202. doi:10.1007/978-1-4899-1775-1_5. ISBN  978-1-4899-1777-5. PMID  8744209.
  15. ^ Thomas L, Blachly-Dyson E, Colombini M, Forte M (červen 1993). "Mapování zbytků tvořících napěťový senzor napěťově závislého aniontově selektivního kanálu". Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 90 (12): 5446–9. Bibcode:1993PNAS ... 90.5446T. doi:10.1073 / pnas.90.12.5446. PMC  46737. PMID  7685903.
  16. ^ Shoshan-Barmatz V; Gincel D. (2003). "Napěťově závislý aniontový kanál: charakterizace, modulace a role v mitochondriální funkci v životě a smrti buněk". Cell Biochem. Biophys. 39 (3): 279–92. doi:10,1385 / CBB: 39: 3: 279. PMID  14716081. S2CID  33628015.
  17. ^ Lemasters JJ; Holmuhamedov E. (2006). "Napěťově závislý aniontový kanál (VDAC) jako mitochondriální regulátor - myšlení mimo krabici". Biochim. Biophys. Acta. 1762 (2): 181–90. doi:10.1016 / j.bbadis.2005.10.006. PMID  16307870.
  18. ^ Tsujimoto Y, Shimizu S (2002). "Aniontový kanál závislý na napětí: základní hráč v apoptóze". Biochimie. 84 (2–3): 187–93. doi:10.1016 / S0300-9084 (02) 01370-6. PMID  12022949.
  19. ^ Zalk R; Israelson A; Garty ES; Azoulay-Zohar H; Shoshan-Barmatz V. (2005). „Oligomerní stavy napěťově závislého aniontového kanálu a uvolňování cytochromu c z mitochondrií“. Biochem. J. 386 (1): 73–83. doi:10.1042 / BJ20041356. PMC  1134768. PMID  15456403.
  20. ^ Shimizu S; Narita M; Tsujimoto Y. (1999). „Proteiny rodiny Bcl-2 regulují uvolňování apoptogenního cytochromu c mitochondriálním kanálem VDAC“. Příroda. 399 (6735): 483–7. Bibcode:1999 Natur.399..483S. doi:10.1038/20959. PMID  10365962. S2CID  4423304.
  21. ^ Shimizu S; Matsuoka Y; Shinohara Y; Yoneda Y; Tsujimoto Y. (2001). „Základní role napěťově závislého aniontového kanálu v různých formách apoptózy v savčích buňkách“. J. Cell Biol. 152 (2): 237–50. doi:10.1083 / jcb.152.2.237. PMC  2199613. PMID  11266442.
  22. ^ Bay DC, Hafez M, Young MJ, Court DA (červen 2012). „Fylogenetická a koevoluční analýza rodiny proteinů β-barelu složená z mitochondriálního porinu (VDAC) a Tom40“. Biochim. Biophys. Acta. 1818 (6): 1502–19. doi:10.1016 / j.bbamem.2011.11.027. PMID  22178864.
  23. ^ Homblé F, Krammer E, Prevost M (červen 2012). „Plant VDAC: fakta a spekulace“. Biochim. Biophys. Acta. 1818 (6): 1486–501. doi:10.1016 / j.bbamem.2011.11.028. PMID  22155681.

externí odkazy

Tento článek včlení text od public domain Pfam a InterPro: IPR001925