SNARE (fehérje) - SNARE (protein)
| SNARE-fúziós membrán komplex fehérjék | |
|---|---|
| Azonosítók | |
| Szimbólum | CSAPDA |
| InterPro | IPR010989 |
| SCOP2 | 1 kg / SCOPe / SUPFAM |
| TCDB | 1.F.1 |
| OPM szupercsalád | 197 |
| OPM fehérje | 3hd7 |
| Membranóm | 198 |
A SNARE fehérjék - " SNA P RE ceptor" - egy nagy fehérjecsalád, amely legalább 24 tagból áll az élesztőben , több mint 60 tagból az emlőssejtekben és néhány számban a növényekben. Az elsődleges szerepe SNARE fehérje, hogy közvetítsen vezikulum fúziós - a fúziója vezikulumok a megcélzott membrán ; ez különösen az exocitózist közvetíti , de közvetítheti a vezikulák membránhoz kötött rekeszekkel (például lizoszómával ) való fúzióját is . A legjobban tanulmányozott SNARE azok, amelyek közvetítik a neurotranszmitter felszabadulását a szinaptikus vezikulák aidegsejtek . Ezek a neuronális SNARE -k a bizonyos baktériumok által termelt botulizmusért és tetanuszért felelős neurotoxinok célpontjai .
Típusok
A SNARE-k két kategóriába sorolhatók: vezikulák vagy v-SNARE-k , amelyek a bimbózás során beépülnek a szállító vezikulumok membránjába, és cél- vagy t-SNARE-k , amelyek az idegvégződések membránjaihoz kapcsolódnak. A bizonyítékok azt sugallják, hogy a t-SNARE-k stabil alkomplexeket képeznek, amelyek útmutatóként szolgálnak a v-SNARE számára, és egy fehérjebevonatú vezikulum membránjába épülnek, kötődve a SNARE komplex képződésének befejezéséhez. Számos SNARE fehérje található mind a vezikulákon, mind a célmembránokon, ezért egy újabb osztályozási séma figyelembe veszi a SNARE-k szerkezeti jellemzőit, és R-SNARE-kra és Q-SNARE-ra osztja őket. Az R-SNARE-k gyakran v-SNARE-ként, a Q-SNARE-k t-SNARE-ként működnek. Az R-SNARE-k olyan fehérjék, amelyek arginin (R) -maradékkal járulnak hozzá a zéróionos réteg kialakulásához az összeállított SNARE-magban. Az egyik különleges R-SNARE a szinaptobrevin, amely a szinaptikus vezikulákban található. A Q-SNARE-k olyan fehérjék, amelyek glutamin (Q) -maradékkal járulnak hozzá a zéró ionos réteg kialakulásához az összeállított SNARE magkomplexben. A Q-SNARE-k közé tartozik a szintaxin és az SNAP-25. A Q-SNARE-ket Qa-, Qb- vagy Qc-SNARE-okba sorolják, attól függően, hogy hol helyezkednek el a négycsavaros kötegben.
Esemény
A változatok ismertek az élesztőgombákból, a Drosophila emlősökből és a Caenorhabditis elegans -ból .
Szerkezet
A SNARE-k kisméretű, bőséges, néha farokhoz kötődő fehérjék, amelyek gyakran poszt-transzlációs úton kerülnek be a membránokba egy C-terminális transzmembrán doménen keresztül . A 38 ismert SNARE közül hét, köztük az SNAP-25 , nem rendelkezik transzmembrán doménnel, helyette lipidmódosításokkal, például palmitoilációval kapcsolódnak a membránhoz . A farokhoz rögzített fehérjéket be lehet illeszteni a plazmamembránba , az endoplazmatikus retikulumba , a mitokondriumokba és a peroxiszómákba más membránok között, bár minden egyes SNARE egyedi membránra irányul. A SNARE-k célzását úgy hajtjuk végre, hogy megváltoztatjuk a C-terminális szegélyező aminosavak összetételét vagy a transzmembrán domén hosszát. A transzmembrán domén lipidhorgonyokkal való helyettesítése a membránfúzió közbenső szakaszához vezet, ahol csak a két érintkező szórólap olvad össze, és nem a két membrán kettősréteg két távoli szórólapja.
Bár a SNARE-k szerkezetükben és méretükben jelentősen különböznek, mindegyikük osztozik citoszolális doménjükben, SNARE motívumnak nevezik, amely 60-70 aminosavból áll, és heptad ismétlődéseket tartalmaz , amelyek képesek tekercses tekercses szerkezeteket kialakítani. A V- és t-SNARE-k képesek visszafordíthatóan összeszerelni szűk, négy spirálú kötegeket, amelyeket "transz" -SNARE komplexeknek neveznek. A szinaptikus vezikulákban a könnyen kialakuló metastabil "transz" komplexek három SNARE-ból állnak: a szintaxin 1-ből és a sejtmembránban található SNAP-25- ből , valamint a vezikulum-membránban rögzített szinaptobrevinből (más néven vezikulával asszociált membránprotein vagy VAMP).
Az idegsejtek exocitózisában a szintaxin és a szinaptobrevin C-terminális doménjeik révén rögzülnek a megfelelő membránokban, míg az SNAP-25 számos ciszteinhez kötött palmitoil-láncon keresztül kapcsolódik a plazmamembránhoz. A transz -SNARE magkomplex egy négy hélixből álló köteg, ahol az egyik -hélixet a szintaxin 1, egy a hélixet a szinaptobrevin, a két hélixet pedig az SNAP -25 adja.
A plazmamembrán -resident SNARE kimutatták, hogy jelen legyen elkülönülő mikrodomének vagy klaszterek, integritását, amely alapvető fontosságú az exocitotikus hatáskörébe a sejt.
Membránfúzió
A membránfúzió során a v-SNARE és a t-SNARE fehérjék különálló membránokon egyesülve transz-SNARE komplexet képeznek, más néven "SNAREpin". A membránok összeolvadásának stádiumától függően ezekre a komplexekre másképpen lehet utalni.
A transz -SNARE komplexek fúziója során a membránok összeolvadnak, és a fúzió után a komplexképződésben részt vevő SNARE fehérjéket " cisz " -SNARE komplexnek nevezik, mivel ezek most egyetlen (vagy cisz ) membránban találhatók. A fúzió után a cis -SNARE komplexet egy adapterfehérje, az alfa -SNAP megköti és szétszedi . Ezután a hexamerikus ATPáz ( AAA típusú), amelyet NSF -nek neveznek, katalizálja a SNARE fehérjék ATP -függő kibontakozását, és felszabadítja őket a citoszolba újrahasznosítás céljából.
Úgy gondolják, hogy a SNARE -k a fúziós gép alapvető szükséges összetevői, és a többi citoszolikus kiegészítő fehérjétől függetlenül működhetnek. Ezt bizonyították a mérnöki "megfordított" SNARE -k, ahol a SNARE domének az extracelluláris tér felé néznek, nem pedig a citoszolhoz. Amikor a v-SNARE-kat tartalmazó sejtek érintkeznek a t-SNARE-kat tartalmazó sejtekkel, transz- SNARE komplexek képződnek, és sejt-sejt fúzió következik.
Alkatrészek
A SNARE magkomplexum egy 4 -spirális köteg. A Synaptobrevin és a szintaxin egy -hélixet ad hozzá , míg az SNAP -25 két -helikettel (rövidítve Sn1 és Sn2) vesz részt . A SNARE komplexet összekötő, kölcsönhatásba lépő aminosavmaradékok rétegekbe csoportosíthatók. Minden réteg 4 aminosav -maradékot tartalmaz -egy -egy maradékot a 4 -hélixenként. A komplexum középpontjában egy arginin (R) és három glutamin (Q) csoportból álló nulla ionos réteg áll, mellette pedig leucin cipzár található . A komplexum közepén található „-1”, „+1” és „+2” rétegek követik a legjobban az ideális leucin-cipzár geometriát és aminosav-összetételt.
A nulla ionos réteg a VAMP-2 R56-ból, a Q226 a szintaxin-1A-ból, a Q53 az Sn1-ből és a Q174 az Sn2-ből áll, és teljesen le van rejtve a leucin-cipzár rétegekben. Az arginin (R) maradék pozitív töltésű guanidino -csoportja kölcsönhatásba lép a három glutamin (Q) -csoport mindegyikének karboxilcsoportjaival .
A szegélyező leucin-cipzár rétegek vízálló tömítésként működnek, hogy megvédjék az ionos kölcsönhatásokat a környező oldószertől . A nulla ionos réteg vízoldószernek való kitettsége a szegélyező leucin cipzár törésével a SNARE komplex instabilitásához vezet, és ez a feltételezett mechanizmus, amellyel a -SNAP és az NSF újrahasznosítja a SNARE komplexeket a szinaptikus hólyagos exocitózis befejezése után .
A membránfúzió mechanizmusa
Összeszerelés
SNARE fehérje kell összeszerelni be transz -SNARE komplexek, hogy az erő, amely szükséges a vezikulum fúziós . A négy α-hélix domén (egy-egy a szinaptobrevinből és a szintaxinból , és 2 a SNAP-25-ből ) együttesen tekercselt tekercs motívumot képez . Az összeszerelési folyamat sebességkorlátozó lépése a szintaxin SNARE domén társítása, mivel általában "zárt" állapotban található, ahol nem képes kölcsönhatásba lépni más SNARE fehérjékkel. Amikor a szintaxin nyitott állapotban van, a transz -SNARE komplexképződés a négy SNARE domén N -terminálisán való társításával kezdődik . A SNARE domének tekercselt tekercs motívumot alkotnak a saját doménjük C-végének irányában .
Úgy gondolják, hogy a Munc18 SM fehérje szerepet játszik a SNARE komplex összeszerelésében, bár a pontos hatásmechanizmus még vita tárgyát képezi. Ismeretes, hogy a Munc18 kapocs zárt konformációba zárja a szintaxist azáltal, hogy kötődik az α-spirális SNARE doménjeihez, ami gátolja a szintaxin bejutását a SNARE komplexekbe (ezáltal gátolja a fúziót ). A kapocs azonban képes megkötni a transz -SNARE komplex teljes négy hélix kötegét is . Az egyik hipotézis azt sugallja, hogy a SNARE-komplex összeszerelése során a Munc18 kapocs zárt szintaxint szabadít fel, továbbra is kapcsolatban áll a szintaxin N-terminális peptidjével (lehetővé téve a szintaxin SNARE domén más SNARE fehérjékhez való társítását), majd újra kapcsolódik az újonnan kialakult négyhez -helix SNARE komplex. Ez a lehetséges disszociációs mechanizmus és a SNARE doménekkel való újbóli asszociáció mechanizmusa kalciumfüggő lehet. Ez alátámasztja azt az elképzelést, hogy a Munc18 kulcsszerepet játszik a vezikulák fúziójában ; normál körülmények között a SNARE komplex képződését a Munc18 megakadályozza, de amikor aktiválódik, a Munc18 ténylegesen segít a SNARE komplex összeszerelésében, és ezáltal fúziós katalizátorként működik .
Cipzáras és fúziós pórusnyílás
A membránfúzió energiaigényes eseménysorozat, amely megköveteli a fehérjék transzlokációját a membránban és a lipid kettős réteg megszakítását, majd egy erősen ívelt membránszerkezet átalakítását. A két membrán összeillesztésének folyamata input energiát igényel a membránok közötti taszító elektrosztatikus erők leküzdéséhez. A mechanizmus, amely szabályozza a membránhoz kapcsolódó fehérjék mozgását a membrán érintkezési zónájától a fúzió előtt, nem ismert, de úgy gondolják, hogy a membrán görbületének helyi növekedése hozzájárul a folyamathoz. A SNARE-k energiát termelnek a fehérje-lipid és a fehérje-fehérje kölcsönhatások révén, amelyek hajtóerőként hatnak a membránfúzióra.
Az egyik modell feltételezi, hogy a fúzió során két membrán összehozásához szükséges erő a transz -SNARE komplexek konformációs változásából származik, hogy cisz -SNARE komplexeket képezzen. A jelenlegi hipotézist, amely ezt a folyamatot írja le, SNARE "cipzárnak" nevezik.
Amikor a transz -SNARE komplex létrejön, a SNARE fehérjék még mindig megtalálhatók az ellentétes membránokon. Ahogy a SNARE tartományok spontán folyamatban folytatják a tekercselést, sokkal szorosabb, stabilabb négycsigás köteget képeznek. A SNARE komplex "cipzárja" során a kötésből felszabaduló energia töredékét úgy gondolják, hogy molekuláris hajlítási feszültségként tárolja az egyes SNARE motívumokban. Ez a mechanikai igénybevétel feltételezhető, hogy a transzmembrán domének és a SNARE spirális köteg közötti félmerev linker régiókban tárolható. Az energetikailag kedvezőtlen hajlítás minimálisra csökken, amikor a komplex periférián mozog a membrán összeolvadásának helyére. Ennek eredményeként a feszültség enyhítése legyőzi a vezikulum és a sejtmembrán közötti taszító erőket, és összenyomja a két membránt.
A következő lépés - a szár és a fúziós pórus kialakulása - magyarázatára számos modellt javasoltak. E folyamatok pontos jellege azonban vita tárgyát képezi. Összhangban a „cipzár” hipotézist, mivel a SNARE komplex formák, a meghúzási hélix köteg helyezi torziós erő a transzmembrán (TM) domének a szinaptobrevin, és a szintaxin . Ez azt eredményezi, hogy a TM -domének megdőlnek a különálló membránokban, mivel a fehérjék szorosabban tekercselnek. A TM domének instabil konfigurációja végül a két membrán összeolvadását okozza, és a SNARE fehérjék ugyanazon membránon belül összegyűlnek, amelyet " cisz " -SNARE komplexnek neveznek. A lipid átrendeződés eredményeként egy fúziós pórus nyílik ki, és lehetővé teszi a vezikulum kémiai tartalmának a külső környezetbe történő szivárgását.
A szár kialakulásának folytonos magyarázata azt sugallja, hogy a membránfúzió végtelen kicsi sugarú körben kezdődik, amíg sugárirányban szárszerűvé nem tágul. Egy ilyen leírás azonban nem veszi figyelembe a membrán lipidek molekuláris dinamikáját. A legújabb molekuláris szimulációk azt mutatják, hogy a membránok közelsége lehetővé teszi a lipidek szétterjedését, ahol a lipidek egy populációja hidrofób farkukat a szomszédos membránba illeszti - hatékonyan tartva a lábát minden membránban. A kiömlött lipid állapot feloldódása spontán folyik, és a szár szerkezetét hozza létre. Ebben a molekuláris nézetben a szétterített lipid közbülső állapot a sebességet meghatározó akadály, nem pedig a szár kialakulása, amely most a szabad energia minimumává válik. A szétterített lipid konformáció létrehozásának energetikai gátja egyenesen arányos a membránközi távolsággal. A SNARE komplexek és a két membrán egymáshoz préselése tehát biztosíthatja a gát leküzdéséhez szükséges szabad energiát.
Szétszerelés
A SNARE által közvetített fúzió végrehajtásához szükséges energiabevitel a SNARE-komplex szétszereléséből származik. A feltételezett energiaforrás az N-etil-maleimid-érzékeny faktor (NSF) , egy ATPáz , amely részt vesz a membránfúzióban . Az NSF homohexamerek az NSF α-SNAP kofaktorral együtt megkötik és szétválasztják a SNARE komplexet azáltal, hogy az eljárást ATP hidrolízissel kapcsolják össze . Ez az eljárás lehetővé teszi újrafelvétel szinaptobrevin további használatra vezikulumok , míg a másik SNARE fehérje asszociálva maradnak a sejtmembránhoz .
A disszociált SNARE fehérjék magasabb energiaállapotúak, mint a stabilabb cis -SNARE komplexek. Úgy tartják, hogy a fúziót mozgató energia az alacsonyabb energiájú cisz -SNARE komplexbe való átmenetből származik . A SNARE komplexek ATP hidrolízissel összekapcsolt disszociációja energiabefektetés, amelyet a pisztoly felemeléséhez lehet hasonlítani, így a vezikuláris fúzió beindulása után a folyamat spontán és optimális sebességgel megy végbe . Hasonló folyamat zajlik le az izmokban, amelyben a miozinfejeknek először hidrolizálniuk kell az ATP -t annak érdekében, hogy alkalmazkodjanak a szükséges konformációhoz az aktinnal való kölcsönhatáshoz és az azt követő erőütéshez.
Szabályozó hatások az exocitózisra
Szabályozás SNAP-25 palmitoiláción keresztül
A Q-SNARE fehérje A Synaptosomal-asszociált 25 fehérje ( SNAP-25 ) két α-spirális doménből áll, amelyeket véletlen tekercskapcsoló köt össze . A véletlen tekercs -linker régió a legjelentősebb négy cisztein -maradéka miatt. Az α-spirális domének a szintaxin és a szinaptobrevin ( vezikulákkal asszociált membránprotein vagy VAMP néven is ismert) doménjeivel kombinálva alkotják a hatékony exocitózis szempontjából kritikus, 4-α-hélix tekercses tekercsű SNARE komplexet .
Míg syntaxin és synaptobrevin mindkettő tartalmaz transzmembrán domént , amely lehetővé teszi a dokkolás, a megcélzott és vezikulum membránokat rendre, SNAP-25 támaszkodik a palmitoilezés a cisztein maradékok megtalálható a random coil region dokkoló a cél membrán. Egyes tanulmányok azt sugallják, hogy a szintaxinnal való kapcsolat a SNARE kölcsönhatásokon keresztül kizárja az ilyen dokkoló mechanizmusok szükségességét. A szintaxin leütési vizsgálatok azonban nem mutatták ki a membránhoz kötött SNAP-25 csökkenését, ami arra utal, hogy léteznek alternatív dokkolóeszközök. A zsírsavláncok kovalens kötése az SNAP-25- höz tioészter kötéseken keresztül egy vagy több ciszteinmaradékkal, ezért biztosítja a dokkolás és végső soron a SNARE által közvetített exocitózis szabályozását . Ezt a folyamatot a DHHC palmitoil -transzferáz nevű speciális enzim közvetíti . A cisztein -ben gazdag domént a SNAP-25 is kimutatták, hogy gyengén asszociálódnak a plazma membrán esetleg lehetővé teszi, hogy lokalizálható közelében enzimet a későbbi palmitoilezés . Ennek a folyamatnak a fordítottját egy másik enzim, a palmitoil -protein -tioészteráz nevű enzim hajtja végre (lásd az ábrát).
Az SNAP-25 rendelkezésre állása a SNARE komplexben szintén elméletileg úgy van szabályozva, hogy térben szabályozható a lipid mikrodomének lokalizálása révén a célmembránban . A palmitoilezett cisztein-maradékokat a kívánt célmembrán-régióba lehet lokalizálni egy kedvező lipidkörnyezeten keresztül (esetleg koleszterinben gazdag), amely kiegészíti az SNAP-25 cisztein-maradékaihoz kötődő zsírsavláncokat .
A feszültségfüggő Ca2+ csatornák SNAP-25 szabályozása neuronális axon terminálokban
Amint egy akciós potenciál eléri az axon terminált , a depolarizációs események stimulálják a feszültségfüggő kalciumcsatornák (VGCC) megnyitását, lehetővé téve a kalcium gyors beáramlását az elektrokémiai gradiensbe . A kalcium tovább stimulálja az exocitózist a szinaptotagmin 1 -hez való kötődés révén . Az SNAP-25 azonban kimutatták, hogy negatívan szabályozza a VGCC funkciót glutamaterg idegsejtekben. Az SNAP-25 az áramsűrűség csökkenéséhez vezet a VGCC-k révén , és ezáltal a szinaptotagminhoz kötődő kalcium mennyiségének csökkenéséhez, ami a neuronális glutamatergikus exocitózis csökkenését okozza . Ezzel szemben az SNAP-25 alul expressziója lehetővé teszi a VGCC áramsűrűségének növekedését és az exocitózis növekedését.
További vizsgálatok azt sugallták, hogy lehetséges összefüggések vannak az SNAP-25 túl/alul-expressziója és számos agyi betegség között . Figyelemhiányos /hiperaktivitási rendellenesség vagy ADHD esetén az emberekben a SNAP-25 génlókusz polimorfizmusait összefüggésbe hozták a betegséggel, ami potenciális szerepet játszik a megnyilvánulásában. Ezt sugallják továbbá a heterogén SNAP-25 knockout vizsgálatok , amelyeket kolobóma mutáns egereken végeztek , amelyek az ADHD fenotípusos jellemzőihez vezettek . Tanulmányok azt is kimutatták, hogy az SNAP-25 korrelációt mutat a túl/alul-expresszióval és a skizofrénia kialakulásával .
A szintaxis és a Habc tartomány
A szintaxin egy transzmembrán doménből (TMD), alfa-spirális SNARE doménből, egy rövid linker régióból és a Habc doménből áll, amely három alfa-spirális régióból áll. A szintaxisban lévő SNARE tartomány célhelyként szolgál az SNAP-25 és a szinaptobrevin dokkolásához annak érdekében, hogy létrehozza a négy hélix köteget, amely szükséges a SNARE komplexhez és az azt követő fúzióhoz . A Habc domén azonban auto -gátló doménként szolgál a szintaxisban. Kimutatták, hogy összecsukható és összekapcsolódik a szintaxis SNARE doménjével, "zárt" állapotot indukálva, fizikai akadályt képezve a SNARE motívum kialakulása előtt . Ezzel szemben a Habc tartomány ismét elválhat a SNARE doméntől, így a szintaxin szabadon kapcsolódhat mind az SNAP-25-hez, mind a synaptobrevinhez .
Szintaxin 1B és könnyen felszabadítható vezikulák
A szintaxin altípusok rendkívül változatosak , 15 fajta található az emberi genomban. Felmerült, hogy a syntaxin1B szerepet játszik az exocitózisra kész szinaptikus vezikulumok számának szabályozásában az axonterminálban. Ezt a vezikulák könnyen felszabadítható készletének (RRP) is nevezik . Egy 2014 -es knock out tanulmány kimutatta, hogy a szintaxin1B hiánya az RRP méretének jelentős csökkenéséhez vezetett.
Toxinok
Sok neurotoxin közvetlenül befolyásolja a SNARE komplexeket. Az olyan toxinok, mint a botulinum és a tetanusz toxinok a SNARE komponenseket célozzák meg. Ezek a méreganyagok megakadályozzák a hólyagok megfelelő újrahasznosítását, és rossz izomkontrollhoz, görcsökhöz, bénulásokhoz és akár halálhoz is vezethetnek.
Botulinum neurotoxin
A botulinum toxin (BoNT) az egyik legerősebb toxin, amelyet valaha is felfedeztek. Ez egy proteolitikus enzim, amely a SNARE fehérjéket hasítja a neuronokban . A protein szerkezet áll két peptid alegységből, egy nehéz lánc (100kDas) és egy könnyű lánc (50kDas), amelyek tartják össze egy diszulfid kötés . A BoNT hatása négylépéses mechanizmust követ, beleértve a neuronális membránhoz való kötődést, endocitózist , membrán transzlokációt és SNARE fehérjék proteolízisét .
Hatásmechanizmusában a BoNT nehéz láncát először arra használják, hogy megtalálják idegsejtjeit, és kötődjenek a preszinaptikus neuronok gangliozidjaihoz és membránfehérjéihez. Ezután a toxint endocitálják a sejtmembránba. A nehéz lánc konformációs változáson megy keresztül, ami fontos a könnyű láncnak az idegsejt citoszoljába való áthelyezéséhez . Végül, miután a BoNT könnyű lánca bekerült a megcélzott idegsejt citoszoljába, felszabadul a nehéz láncból, hogy elérje a SNARE fehérjék aktív hasítási helyeit. A könnyű lánc a kettőt összetartó diszulfidkötés redukciójával szabadul fel a nehéz láncból. A csökkentés az ezt a diszulfidhidat által médiáit NADPH- tioredoxin-reduktáz - tioredoxin rendszer. A BoNT könnyű lánca metalloproteázként hat a SNARE fehérjékre, amelyek Zn (II) ionoktól függenek, lehasítják és kizárják funkciójukat az exocitózisban .
8 ismert BoNT, BoNT/A - BoNT/H izotípus ismert, amelyek mindegyike különböző specifikus hasítási helyekkel rendelkezik a SNARE fehérjéken. Az SNAP25-t , a SNARE fehérjecsalád egyik tagját, a sejtek membránjában elhelyezkedő BoNT A, C és E izotípusok hasítják. A SNAP-25 ezen BoNT izotípusok által történő hasítása nagymértékben gátolja funkciójukat a SNARE komplex fúziós vezikulák a szinaptikus membránhoz. A BoNT/C célpontja a Syntaxin -1, egy másik SNARE fehérje, amely a szinaptikus membránban található. Ezeket a Syntaxin fehérjéket degenerálja, hasonló eredménnyel, mint az SNAP-25 esetében. Egy harmadik SNARE fehérje, szinaptobrevin (VAMP), található sejt vezikulumok . A VAMP2 -t a BoNT B, D és F izotípusok célozzák és hasítják szinaptikus idegsejtekben. A BoNT, valamint a tetanusz neurotoxin (TeNT) ezen különféle izotípusainak célpontjait a jobb oldali ábra mutatja.
Ezen esetek mindegyikében a botulinum neurotoxin funkcionális károsodást okoz a SNARE fehérjékben, ami jelentős fiziológiai és orvosi következményekkel jár. A SNARE fehérjék károsításával a toxin megakadályozza, hogy a szinaptikus vezikulák összeolvadjanak a szinaptikus membránnal, és neurotranszmittereiket a szinaptikus hasadékba juttassák . A neurotranszmitter szinaptikus hasadékba történő felszabadulásának gátlásával az akciós potenciálok nem terjeszthetők az izomsejtek stimulálására. Ez a fertőzöttek bénulásához vezet, és súlyos esetekben halálhoz vezethet. Bár a Botulinum Neurotoxin hatása végzetes lehet, gyógyászati és kozmetikai kezelésekben is használták terápiás szerként.
Tetanusz neurotoxin
A tetanusz toxin vagy TeNT nehéz láncból (100KDa) és könnyű láncból (50kDa) áll, amelyeket diszulfidkötés köt össze . A nehéz lánc felelős a TeNT neurospecifikus kötődéséért az idegterminális membránhoz, a toxin endocitózisáért és a könnyű lánc citoszolba való transzlokációjáért . A könnyű lánc cink-függő endopeptidáz vagy pontosabban mátrix metalloproteináz (MMP) aktivitással rendelkezik, amelyen keresztül a szinaptobrevin vagy a VAMP hasítása történik.
A könnyű lánc a sátor aktiválni egy atom cink össze kell minden molekula toxin. A cink megkötésekor a diszulfidkötés redukcióját elsősorban a NADPH-tioredoxin-reduktáz-tioredoxin redox rendszeren keresztül kell végrehajtani . Ezután a könnyű lánc szabadon hasítja a szinaptobrevin Gln76-Phe77 kötését. A szinaptobrevin hasítása befolyásolja a SNARE mag stabilitását azáltal, hogy korlátozza annak belépését az alacsony energiájú konformációba, amely az NSF kötődésének célpontja . Ez a szinaptobrevin hasítás a TeNT végső célpontja, és még alacsony dózisokban is a neurotoxin gátolja a neurotranszmitter exocitózist .
Szerep a neurotranszmitter felszabadulásában
A neurotranszmitterek vannak tárolva könnyen szétválasztható medencék a vezikulumok szűk belüli preszinaptikus terminál . A neurosecrete / exocytosis során a SNARE -k kulcsfontosságú szerepet játszanak a vezikulák dokkolásában, feltöltésében, fúziójában és a neurotranszmitter felszabadulásának szinaptikus hasadékba történő szinkronizálásában .
A szinaptikus vezikulafúzió első lépése a kötés, ahol a hólyagok a tartalék medencéből a membránnal való fizikai érintkezésbe kerülnek. A membránnál a Munc-18 kezdetben zárt szerkezetben kötődik az 1A szintaxishoz . Feltételezhető, hogy a Munc-18 disszociációja a komplexből felszabadítja az 1A szintaxint, hogy kötődjön a v-SNARE fehérjékhez. A felszabadulás következő lépése a vezikulumok dokkolása, ahol a v- és t-SNARE fehérjék átmenetileg társulnak kalciumtól független módon. A vezikulákat ezután alapozni kell, ahol a SNARE motívumok stabil kölcsönhatást képeznek a vezikulum és a membrán között. A komplexinek stabilizálják az alapozott SNARE-komplexet, így a hólyagok készen állnak a gyors exocitózisra.
Az alapozott vezikulákat és a SNARE fehérjék sűrű gyűjteményét tartalmazó preszinaptikus membrán fesztávját aktív zónának nevezik . A feszültségfüggő kalciumcsatornák erősen az aktív zónák köré koncentrálódnak, és a szinapszis membrán depolarizációjának hatására megnyílnak . A kalcium beáramlását a szinaptotagmin 1 érzékeli , ami viszont kiszorítja a komplexin fehérjét, és lehetővé teszi a vezikulum összeolvadását a preszinaptikus membránnal, hogy felszabadítsa a neurotranszmittert. Azt is kimutatták, hogy a feszültségfüggő kalciumcsatornák közvetlenül kölcsönhatásba lépnek a t-SNARE 1A és SNAP-25 szintaxissal, valamint a szinaptotagmin 1-gyel. Az interakciók képesek gátolni a kalciumcsatorna aktivitását, valamint szorosan összegyűjtik a környező molekulákat. a kiadás helyét.
Számos olyan klinikai eset történt, amelyek a SNARE géneket idegi rendellenességekkel kapcsolják össze. Az SNAP-25 mRNS hiányát egyes skizofrén betegek hippocampalis szövetében figyelték meg , az SNAP-25 egy nukleotid polimorfizmus összefügg az autizmus spektrumú rendellenességek hiperaktivitásával , és az SNAP-25B túlexpressziója a bipoláris zavar korai megjelenéséhez vezet .
Az autofágia szerepe
Macroautophagy egy katabolikus folyamat kialakításával járó kettős-membránkötött organellumok nevezett autophagosomes , melyek elősegítik lebomlását celluláris komponensek révén fúzió lizoszómákban . Az autofágia során a citoplazma egyes részeit egy csésze alakú kettős membrán szerkezet nyeli el, amelyet fagofornak neveznek, és végül a teljesen összeszerelt autofagoszóma tartalmává válik. Az autofagoszóma biogenezishez a fagoforok elindítására és növekedésére van szükség, amely folyamatról korábban azt hitték, hogy a lipidek de novo hozzáadása révén következik be. A legújabb bizonyítékok azonban azt sugallják, hogy a növekvő fagoforokhoz hozzájáruló lipidek számos membránforrásból származnak, beleértve az endoplazmatikus retikulumot , a Golgi -t , a plazmamembránt és a mitokondriumokat . A SNARE-k fontos szerepet játszanak a vezikulák fúziójának közvetítésében a fagofor iniciáció és expanzió során, valamint az autofagoszóma-lizoszóma fúzióban az autofágia későbbi szakaszaiban.
Annak ellenére, hogy a fagoforok iniciációjának mechanizmusa emlősökben ismeretlen, a SNARE-k részt vettek a fagoforképződésben az Atg16L -t, a v-SNARE VAMP7 -et és partnereit, t- SNARE- t tartalmazó kis, klatrin bevonatú, egy membránú vezikulák homotípusos fúziója révén. 7 , Syntaxin-8 és VTI1B . Az élesztőben a t-SNARE Sec9p és Sso2p szükséges az exocitózishoz, és elősegíti az Atg9 pozitív vezikulák tubulovesicularis bimbózását, amelyek szintén szükségesek az autofagoszóma biogeneziséhez. Ezen SNARE-k bármelyikének kiiktatása kis Atg9 tartalmú vezikulák felhalmozódásához vezet, amelyek nem olvadnak össze, és így megakadályozzák a pre-autofagoszomális szerkezet kialakulását.
A fagofor összeszerelés mellett a SNARE-k is fontosak az autofagoszóma-lizoszóma fúzió közvetítésében. Emlősökben a SNAME-ok VAMP7 , VAMP8 és VTI1B szükségesek az autofagoszóma-lizoszóma fúzióhoz, és ez a folyamat romlik a lizoszomális tárolási rendellenességekben, amikor a koleszterin felhalmozódik a lizoszómában, és megköti a SNARE-kat a membrán koleszterinben gazdag régióiban, megakadályozva ezek újrahasznosítását. A közelmúltban a 17 -es szintaxist ( STX17 ) autofagoszóma társított SNARE -ként azonosították, amely kölcsönhatásba lép a VAMP8 -mal és az SNAP29 -el, és szükséges a lizoszómával való fúzióhoz. Az STX17 az autofagoszómák külső membránján helyezkedik el, de nem a fagoforok vagy más autofagoszóma prekurzorok esetében, ami megakadályozza, hogy idő előtt összeolvadjanak a lizoszómával. Az élesztőben az autofagoszómák vakuolumokkal (a lizoszómák élesztő-ekvivalense) való összeolvadásához SNARE-k és rokon fehérjék szükségesek, például a Vam3 szintaxin homológ, a SNAP-25 homológ Vam7, a Ras-szerű GTPáz Ypt7 és az NSF ortológ, Sec18.
Rugalmas alkatrészcsere
Ismert, hogy számos komplex rugalmasan helyettesíti az egyik fehérjét a másikkal: Az élesztőben lévő két Qa-SNARE bizonyos mértékben helyettesítheti egymást. Élesztő, amelyek elveszítik az R-SNARE - Sec22p - automatikusan szintjének növelése a homológ - Ykt6p - és használja ugyanúgy. Bár a Drosophilae nem tudja túlélni az SNAP-25 komponens elvesztését, az SNAP-24 teljesen helyettesítheti azt. És a Drosophila -ban a szinapszisokban általában nem található R-SNARE helyettesítheti a szinaptobravint .
A növényekben
A SNARE -k a növényekben is előfordulnak, és bizonyos ismereteket szereztek előfordulásukról és szerepükről. Ezeket gyakran elengedhetetlennek találták a hólyagok szállításában , beleértve Zheng és mtsai 1999 -es megállapítását a Golgi - vakuolumkereskedelemről . A tanulmány nagy része Arabidopsisban készült .
Hivatkozások
Külső linkek
- SNARE+fehérjék az Amerikai Egyesült Államok Országos Orvostudományi Könyvtárának orvosi tantárgyaiban (MeSH)
- SNARE+komplex az Amerikai Egyesült Államok Országos Orvostudományi Könyvtárában Orvosi tantárgyi címek (MeSH)