Введение

Класс белков CREB TF (CREB, cAMP response element binding protein) является клеточным фактором транскрипции. Он связывается с определенными последовательностями ДНК, называемыми элементами реакции на cAMP (CRE), тем самым увеличивая или уменьшая транскрипцию генов. CREB был впервые описан в 1987 году как фактор транскрипции, реагирующий на cAMP, регулирующий ген соматостатина. Гены, транскрипция которых регулируется CREB, включают: c-fos, BDNF, тирозингидроксилазу, многочисленные нейропептиды (такие как соматостатин, энкефалин, VGF, кортикотропин-рилизинг-гормон).

CREB тесно связан по структуре и функции с белками CREM (модулятор элемента реакции на cAMP) и ATF 1 (активирующий фактор транскрипции 1). Белки CREB экспрессируются у многих животных, включая человека. CREB играет хорошо документированную роль в нейронной пластичности и формировании долговременной памяти в мозге и, как показано, является важным компонентом формирования пространственной памяти. Снижение экспрессии CREB связано с патологией болезни Альцгеймера, и повышение экспрессии CREB рассматривается как потенциальная терапевтическая мишень для лечения болезни Альцгеймера. CREB также играет роль в фотоэнтрейменте у млекопитающих.

Структура

Белки CREB активируются фосфорилированием различными киназами, включая PKA и Ca2+/кальмодулин-зависимые протеинкиназы на остатке серина 133. При активации белок CREB рекрутирует другие транскрипционные коактиваторы для связывания с 5'-вышележащей областью CRE-промотора. Гидрофобные аминокислоты лейцина расположены вдоль внутреннего края альфа-спирали. Эти остатки лейцина плотно связываются с остатками лейцина другого белка CREB, формируя димер. Эта цепочка остатков лейцина образует мотив "лейцинная молния". Белок также содержит ион магния, который облегчает связывание с ДНК.

элемент ответа cAMP

Элемент ответа на цАМФ (CRE) является элементом ответа для CREB и содержит высококонсервативную нуклеотидную последовательность 5'-TGACGTCA-3'. Сайты CRE обычно располагаются выше по течению генов, в промоторных или энхансерных областях. В геноме человека насчитывается около 750 000 палиндромных и полусайтовых CRE. Однако большинство этих сайтов остаются несвязанными из-за метилирования цитозина, которое физически блокирует связывание белков.

Механизм действия

Обобщенная последовательность событий выглядит следующим образом: сигнал поступает на поверхность клетки, активирует соответствующий рецептор, что приводит к образованию вторичного посредника, такого как цАМФ или Ca2+, который, в свою очередь, активирует протеинкиназу. Эта протеинкиназа транслоцируется в ядро клетки, где активирует белок CREB. Активированный белок CREB затем связывается с CRE-элементом, к которому присоединяется CBP (белок, связывающийся с CREB), коактивируя его и позволяя включать или выключать определенные гены. Связывание CREB с ДНК опосредуется его основным лейцин-застежкообразным доменом (bZIP-доменом), как показано на рисунке. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что β-адренорецептор (G-белок-связанный рецептор) стимулирует сигналинг CREB.

Функции мозга

CREB выполняет множество функций в различных органах, и некоторые из этих функций были изучены в контексте работы мозга. Считается, что белки CREB в нейронах участвуют в формировании долговременной памяти; это было продемонстрировано на морской улитке Aplysia, плодовой мушке Drosophila melanogaster, крысах и мышах (см. CREB в молекулярной и клеточной когниции). Существуют активаторные и репрессорные формы CREB. Плодовые мушки, генетически модифицированные для сверхэкспрессии неактивной формы CREB, теряют способность к сохранению долговременной памяти. CREB также играет важную роль в выживании нейронов, что было показано на генетически модифицированных мышах, у которых CREB и CREM были удалены в мозге. Если CREB отсутствует в развивающемся эмбрионе мыши, мыши погибают сразу после рождения, что еще раз подчеркивает критическую роль CREB в обеспечении выживания нейронов.

Связь заболеваний

Нарушение функции CREB в мозге может способствовать развитию и прогрессированию болезни Гентингтона. Аномалии белка, взаимодействующего с доменом KID CREB, белка, связывающего CREB (CBP), связаны с синдромом Рубинштейна — Тайби. Имеются некоторые данные, свидетельствующие о том, что недостаточная функция CREB ассоциирована с большим депрессивным расстройством. Депрессивные крысы с гиперэкспрессией CREB в зубчатой извилине вели себя схожим образом с крысами, получавшими антидепрессанты. Посмертные исследования также показали, что коры головного мозга пациентов с нелеченым большим депрессивным расстройством содержат сниженные концентрации CREB по сравнению как со здоровыми контрольными группами, так и с пациентами, получавшими антидепрессанты. Эти киназы затем фосфорилируют CREB в соответствии с циркадными ритмами, что дополнительно регулирует экспрессию генов ниже по течению. Фосфорилированный CREB распознает cAMP-реактивный элемент и служит фактором транскрипции для Per1 и Per2, двух генов, регулирующих циркадные часы млекопитающих. Эта индукция белка PER может синхронизировать циркадные часы со свето-темновыми циклами и ингибировать собственную транскрипцию посредством петли обратной связи транскрипция-трансляция, которая может опережать или запаздывать циркадные часы. Однако чувствительность к индукции белков PER1 и PER2 значима только в субъективную ночь. Эксперименты Гюнтера Шютца в 2002 году показали, что мутантные мыши, у которых отсутствует сайт фосфорилирования Ser142, не смогли индуцировать регуляторный ген часов mPer1 в ответ на световой импульс. Более того, этим мутантным мышам было трудно синхронизироваться со свето-темновыми циклами.