Кіріспе
Паркин – 465 аминқышқылы қалдығынан тұратын E3 убиквитин лигазасы, адамдар мен егешқұйрықтарда PARK2 генімен кодталатын белок. Паркин убиквитинация процесінде маңызды рөл атқарады – бұл процесте молекулалар ковалентті түрде убиквитинмен (Ub) белгіленеді және протеазомалар немесе лизосомаларда ыдырауға бағытталады. Убиквитинация үш ферменттің тізбектей әрекет етуін қамтиды. Біріншіден, E1 убиквитин белсендіретін фермент тиоэстер байланысы арқылы эукариоттық жасушалардағы инерт Ub-мен байланысады және оны АТФ-ге тәуелді процесте қосады. Содан кейін Ub E2 убиквитин конъюгациялайтын ферментке беріледі, ал одан кейін E3 убиквитин лигазасы арқылы мақсатты белокқа конъюгацияланады. Клеткаішілік ыдырау үшін белоктарды таңдап бағыттауға мүмкіндік беретін құрылымы мен субстратқа қатысты ерекшелігімен ерекшеленетін көптеген E3 лигазалары бар. Атап айтқанда, паркин жасуша зардап шеккен кезде митохондрияның сыртқы мембранасындағы белоктарды таниды және автофагия және протеасомалық механизмдер арқылы зақымдалған митохондрияны жоюға көмектеседі. Паркин сондай-ақ митохондрияға тәуелді және тәуелсіз апоптозды басу арқылы жасушалардың тірі қалуын жақсартады. Мутациялар митохондриялық дисфункциямен байланысты, Паркинсон ауруында нейрон қатарының өліміне және ісік пайда болу кезінде метаболизмнің бұзылуына алып келеді.
Құрылымы
Паркиннің нақты функциясы белгісіз, бірақ бұл белок көп белокты E3 убиквитин лигаза кешенінің құрамына кіреді, ол өз кезегінде белоктардың ыдырауына бағытталуына қатысатын убиквитин протеазомалық жүйенің бөлігі болып табылады. Бұл гендегі мутациялар Паркинсон ауруының отбасылық түрін – аутосомдық рецессивті жасөспірімдер Паркинсон ауруын (AR JP) тудырады. Сонымен қатар, паркин митофагия үшін қажет (митохондрияның аутофагиясы). Алайда, паркин белгісіз функциясының жоғалуы осы ауруда дофаминергиялық жасушалардың өліміне қалай әкелетіндігі белгісіз. Басты гипотеза бойынша, паркин дофаминергиялық нейрондарға зиянды бір немесе бірнеше белоктарды ыдыратады. Паркиннің ықтимал субстраттары: синфилин 1, CDC rel1, циклин E, p38 tRNA синтетазасы, Pael R, синаптотагмин XI, sp22 және паркиннің өзі (сонымен қатар убиквитин лигазасын қараңыз). Паркиннің құрамында PDZ домендерін байланыстыратын C-терминалды мотив бар. Паркиннің CASK және PICK1 ақуыздарын қамтитын PDZ домендерімен PDZ-тәуелді түрде байланысқа түсетіні көрсетілген. E3 лигазаларының RING-RING (RBR) отбасының басқа мүшелері сияқты, паркинде екі RING саусақ домені және аралық RING (IBR) аймағы бар. RING1 E2 Ub конъюгациялық ферментіне байланысу орны, ал RING2 катализдік цистеин қалдығын (Cys431) қамтиды, ол Ub-ді E2-ден бөліп, тиоэстер байланысы арқылы E3-ке уақытша байланыстырады. Бұл элементтер бірге катализдік триаданы құрайды, олардың жиналуы паркиннің белсендірілуі үшін қажет. Паркинде сонымен қатар N-терминалды Ub-ге ұқсас домен (Ubl) бар, ол белгілі бір субстратты таниды, бірегей RING0 домені және лигаза белсенділігін тоқтаусыз басатын репрессорлық (REP) аймақ бар. Тынығу кезінде паркиннің тығыз оралған конформациясы оны белсенді емес етеді, себебі RING0 катализдік RING2 қалдығына кіруге кедерілгісіз, ал Ubl және REP RING1-дегі E2 байланысу доменін жабады. Ser65Ala мутациялары Ub-мен паркин байланысын жояды және зақымдалған митохондрияларға паркиннің қосылуын тежейді. PINK1 сонымен қатар Ub-ді Ser65 орнында фосфорилдейді, оның E2-ден босалуын жеделдетеді және паркинге аффинитетін арттырады. RING0 паркинге тән екенін және оның RING1-мен гидрофобтық интерфейсі Cys431-ді белсенді емес паркинге көмеді екенін ескерсек, митофагия – автофагосомаларда зақымдалған митохондрияларды жою және паркин мен PINK1-дің синергиялық әрекетіне байланысты оң кері байланыс циклына тәуелді. Клеткалық зақымданудан кейін митохондриялық мембраналық потенциалдың төмендеуі PINK1-ді митохондриялық матрицаға импорттауға кедерілгісіз, оның сыртқы митохондриялық мембранада (OMM) жиналуына әкеледі. Паркин деполяризациядан кейін митохондрияларға тартылады және PINK1 фосфорилдейді, ол митохондриялық мембрана ақуыздарына преконъюгацияланған Ub-ді бір мезгілде фосфорилдейді. PINK1 және Ub фосфорилирлеуі паркиннің белсендірілуін және моно- және поли-Ub тізбектерін құрастыруын жеңілдетеді. Алайда, митохондриялық зақымдану кезінде синтездік ақуыздарды митохондриялық бөліну арқылы желіден бөлу және сау митохондриялардың бүлінуін болдырмау үшін оларды ыдырату қажет. Сондықтан паркин митофагиядан бұрын қажет, өйткені ол Mfn1/2-ні барлық жерде қызады, оны протеасомалық ыдырау үшін белгілейді. Протеомдық зерттеулер қосымша OMM ақуыздарын паркин субстраттары ретінде анықтады, оның ішінде бөліну ақуыздары FIS, оның адаптері TBC1D15 және ПИНК1 сияқты OMM арқылы ақуыздардың қозғалысын жеңілдететін TOMM20 және TOMM70 транслоказалары. Миро (немесе RHOT1/RHOT2) – аксоналдық тасымалдау үшін маңызды OMM ақуызы, ол барлық жерде кездеседі және паркиннің протеасомалық ыдырауына бағытталған болуы мүмкін. Мироның бұзылуы митохондриялық дисфункцияның кеңістікте таралуын шектеу үшін митохондриялық дисфункцияның миопатиялық функциясының бұзылуына әкеледі. Митофагия кезінде паркин митохондриялық мембрананың поляралық ажырауы кезінде конформациялық өзгеріске ұшыраған, цитозольдік доменді барлық жерде кездесетін убиквитиндеуге ұшырату үшін кернеулі анион арнасы VDAC1-ді нысаналайды, митохондриялық зақымданудың селективті маркері және митофагияның бастауышы ретінде VDAC1-дің маңызды рөлін көрсетеді. Ub конъюгациясынан кейін паркин p62, TAX1BP1 және CALCOCO2 сияқты аутофагия рецепторларын тартады, бұл бұзылған митохондрияларды қоректенетін автофагосомалардың құралуын жеңілдетеді. ОПА1 трансляциясының жоғарылауы кристалық құрылымды сақтайды және митохондриядан цитохром С шығуының төмендеуіне, каспазамен шақырылған апоптозды тежейді. Маңыздысы, паркин HOIP-ті басқа LUBAC-қа байланысты факторлар HOIL 1 және sharpin-нен гөрі күштірек белсендіреді, паркиннің мобилизациясы орташа стрессорларға төзімділікті едәуір арттырады. Паркин ДНК байланыстыруға қабілетті және p53 проапоптоздық факторының транскрипциясы мен белсенділігін дозаға тәуелді түрде төмендетеді. SH-SY5Y нейрондарына паркиннің уақытынан бұрынғы нұсқаларын p53 промоторымен трансфекциялау паркиннің RING1 домені арқылы p53 промоторына тікелей байланысатынын көрсетті. Керісінше, паркин H460 өкпе жасушаларында p53-тің транскрипциялық мақсаты болуы мүмкін, онда ол p53-тің ісікке қарсы әрекетін ортадастадырады. Паркин сонымен қатар цитозольдік глутатион деңгейін көтереді және тотығу стресінен қорғайды, оны антигликолиттік және антиоксидантты қабілеттері бар маңызды ісікке қарсы фактор ретінде сипаттайды. Паркинсонның аутосомдық рецессивті отбасылық анамнезі бар пациенттерде жасы 20-дан кіші болса, паркин мутацияларын тасу ықтималдығы жоғары (80% 40 жастан асқандармен салыстырғанда 28%). Паркин мутациялары (PARK2) бар пациенттерде Льюи денелері жоқ. Мұндай пациенттерде спорадикалық ПД сияқты синдром дамиды, бірақ олар симптомдарды әлдеқайда жас жаста дамытады. Адамдарда паркин PARK2 геніндегі функциялық жоғалу мутациялары Паркинсон ауруының (ПД) 50% мұралық және 15% жасөспірімдерде басталатын спорадикалық түрлеріне қатысты. Алайда, оның симптомдары тұрақты тремор, дене күйінің бұзылуы және брадикинезиямен қатар, идиопатиялық ПД-ға ұқсас. Митохондриялық геномдағы жойылған фрагменттер SNpc-де табылған. Митохондриялық сапаны бақылаудағы маңызды рөліне сәйкес, паркинде 120-дан астам патогендік, ПД-ды тудыратын мутациялар сипатталған. Соңғысы, Cys431Phe және Gly430Asp мутациялары катализдік орында лигаза белсенділігін нашарлатады және паркиннің функциясын едәуір төмендетеді. Паркин альфа-синуклеин және синфилин 1-дің Льюи денелеріне жиналуын ынталандыруы мүмкін, олар Lys63 байланысқан поли-Ub тізбектерімен конъюгацияланады және автофагиялық ыдырауға бағытталады. Паркин мутациялары осы механизмді тежейді, нәтижесінде протеасоманы жүктемелейтін уытты еритін ақуыздар жиналады. Ақуыз агрегациясы нейрондық уыттылықты тудырады, паркин мутантты ПД-де убиквитинделген Льюи денелерінің жоқтығын түсіндіреді. Сонымен қатар, табиғи паркин p38 аминоацил tRNA синтетазасы кешенінің және алыс ағын элементін байланыстырушы ақуыз 1 сияқты Льюи денелерінің басқа құраушыларын убиквитиндеу арқылы SH-SY5Y нейрондарының өлімін азайтады, Lys48 байланысқан поли-Ub тізбектерін қосып, оларды протеасомалық ыдырауға бағыттайды. Паркин сонымен қатар тубулин және синаптотагмин XI (SYT11) убиквитиндеуі арқылы аксоналдық тасымалдауға және везикулалық бірігуге әсер етеді, бұл оған синапс функциясын модуляциялауда рөл береді. Паркин мутантты ПД пациенттерінде p53 иммунореактивтілігінің төрт есеге артуы байқалады, паркин тапшылығы инфрақызыл сәулеленген егешқұйрықтарда ісік инциденттілігін арттырмастан аурудан босатылу мерзімін қысқартады, паркин тапшылығы ісікке қарсы оқиғаларға сезімталдықты арттырады, ісік пайда болуын бастамайды. Паркиннің азайтылған көшірме саны немесе ДНК гиперметилденуіне байланысты жеткіліксіз PARK2 экспрессиясы спонтанды ішек қатерлі ісігінде анықталды, онда ол егешқұйрықтардың моделінде ішек аденомасының дамуының барлық сатыларын жеделдетті. Паркин ісікке қарсы модулятор болып табылады...