Адам ағзасындағы кальнексин ақуызының құрылымы мен қызметі

Кіріспе

Homo sapiens-те кездесетін сүтқоректілер ақуызы – эндоплазмалық тордың (ЭР) 67 кДа интегралды ақуызы (антидене көзіне байланысты вестерн блоттингте 90 кДа, 80 кДа немесе 75 кДа жолағы түрінде әртүрлі көрінеді). Ол үлкен (50 кДа) N-терминалды кальций байланысатын люмендік доменнен, бір трансмембраналық спиральдан және қысқа (90 аминқышқылы), қышқыл цитоплазмалық құйрықтан тұрады. Адамдарда кальнексин CANX генімен кодталады.

Функция

Кальнексин – белоктың бүлінуіне және сапалық бақылауға көмектесетін шаперон, тек дұрыс бүлінген және жиналған белоктардың секреторлық жолмен әрі қарай өтуін қамтамасыз етеді. Ол әсіресе ER-де бүлінбеген немесе жиналмаған N-байланысты гликопротеиндерді ұстап қалуға қатысады. Кальнексин тек GlcNAc2Man9Glc1 олигосахаридтері бар N-гликопротеиндермен ғана байланысады. Бұл моноглюкозильденген олигосахаридтер I және II глюкозидазалардың тізбектей әрекетінен екі глюкоза қалдығын кесу нәтижесінде пайда болады. Глюкозидаза II үшінші және соңғы глюкоза қалдықтарын да алып тастай алады. Егер гликопротеин дұрыс бүлінбесе, UGGT (UDP-глюкоза:гликопротеин глюкозилтрансфераза) ферменті глюкоза қалдығын олигосахаридке қайта қосып, гликопротеиннің кальнексинмен байланысу қабілетін қалпына келтіреді. Осылайша, дұрыс бүлінбеген гликопротеин тізбегі ER-де қалады және EDEM/Htm1p экспрессиясының артуына себеп болады, бұл ақырында нашар өнімді гликопротеиннің тоғыз маноза қалдығының біреуін алып тастау арқылы ыдырауына әкеледі. Манноза лектині Yos 9 (адамдарда OS 9) бүлінбеген гликопротеиндерді белгілеп, ыдырауға сұрыптайды. Yos 9 α-манозидазаның әсерінен сыртқы маноза алынғаннан кейін ашық қалған маноза қалдықтарын таниды. Кальнексин белокты бүру ферменті ERp57-мен байланысып, гликопротеинге тән дисульфидтік байланыстардың қалыптасуын катализдейді, сондай-ақ ER мембранасындағы MHC I классының α-тізбегінің бүлінуіне шаперон ретінде қызмет етеді. Жаңа синтезделген MHC I классының α-тізбектері эндоплазмалық ретикулумға енгенде, кальнексин олармен байланысып, жартылай бүлінген күйде ұстайды. β2-микроглобулин MHC I класты пептидтік жүктеу кешеніне (PLC) байланысқаннан кейін, кальретикулин және ERp57 MHC I классының белгісіз белокқа қызмет етеді, ал тапазин кешенді антигенді өңдеумен (TAP) байланысты тасымалдаушы кешенімен байланыстырады. Бұл байланыс MHC I класын жасуша бетінде антигенді байланыстыруға дайындайды. Кальнексиннің мутацияланған, дұрыс бүлінбеген PMP22-мен ұзақ уақыт байланысуы Шарко-Мари тіс ауруын тудыратын PMP22-нің тоқтатылуына, ыдырауына және миелинді қалыптастыру үшін Шванн жасушасының бетіне өту қабілетінің жоқтығына әкеледі. Кальнексинмен бірнеше рет байланысқаннан кейін мутантты PMP22 протеасомамен ыдырау үшін убиквитинмен модификацияланады, сондай-ақ ER-ден Гольджи аппаратына қайтару жолымен өтеді, бұл ER-ден Гольджи аппаратына қашып кеткен кез келген дұрыс бүлінбеген PMP22-ні қайтару үшін қолданылады. Кальнексиннің рентгендік кристалдық құрылымы шар тәрізді лектин домені мен ұзын гидрофобтық қолды көрсетті.

Calnexin is a chaperone, characterized by assisting protein folding and quality control, ensuring that only properly folded and assembled proteins proceed further along the secretory pathway. It specifically acts to retain unfolded or unassembled N linked glycoproteins in the ER. Calnexin binds only those N glycoproteins that have GlcNAc2Man9Glc1 oligosaccharides. These monoglucosylated oligosaccharides result from the trimming of two glucose residues by the sequential action of two glucosidases, I and II. Glucosidase II can also remove the third and last glucose residue. If the glycoprotein is not properly folded, an enzyme called UGGT (for UDP glucose:glycoprotein glucosyltransferase) will add the glucose residue back onto the oligosaccharide thus regenerating the glycoprotein's ability to bind to calnexin. The improperly folded glycoprotein chain thus loiters in the ER and the expression of EDEM/Htm1p which eventually sentences the underperforming glycoprotein to degradation by removing one of the nine mannose residues. The mannose lectin Yos 9 (OS 9 in humans) marks and sorts misfolded glycoproteins for degradation. Yos 9 recognizes mannose residues exposed after α mannosidase removal of an outer mannose of misfolded glycoproteins. Calnexin associates with the protein folding enzyme ERp57 to catalyze glycoprotein specific disulfide bond formation and also functions as a chaperone for the folding of MHC class I α chain in the membrane of the ER. As newly synthesized MHC class I α chains enter the endoplasmic reticulum, calnexin binds on to them retaining them in a partly folded state. After the β2 microglobulin binds to the MHC class I peptide loading complex (PLC), calreticulin and ERp57 take over the job of chaperoning the MHC class I protein while the tapasin links the complex to the transporter associated with antigen processing (TAP) complex. This association prepares the MHC class I for binding an antigen for presentation on the cell surface. A prolonged association of calnexin with mutant misfolded PMP22 known to cause Charcot Marie Tooth Disease leads to the sequestration, degradation and inability of PMP22 to traffic to the Schwann cell surface for myelination. After repeated rounds of calnexin binding, mutant PMP22 is modified by ubiquitin for degradation by the proteasome as well as a Golgi to ER retrieval pathway to return any misfolded PMP22 that escaped from the ER to the Golgi apparatus. The x ray crystal structure of calnexin revealed a globular lectin domain and a long hydrophobic arm extending out.

Кофакторлар

АТФ және кальций иондары кальнексиннің субстраттармен байланысуындағы кофакторлар болып табылады.