Введение

Кальциевые каналы, активируемые высвобождением кальция (CRAC) – это специализированные ионные каналы Ca2+ плазматической мембраны. Когда ионы кальция (Ca2+) истощаются из эндоплазматического ретикулума (основного хранилища Ca2+) клеток млекопитающих, канал CRAC активируется для медленного восстановления уровня кальция в эндоплазматическом ретикулуме. Семейство кальциевых каналов, активируемых высвобождением кальция (CRAC C) (TC# 1. A.52) входит в состав суперсемейства облегченных диффузионных переносчиков катионов (CDF). Эти белки обычно содержат от 4 до 6 трансмембранных α-спиральных доменов (TMS). 4-TMS CRAC каналы возникли в результате потери 2 TMS от 6-TMS CDF-переносчиков, что является примером «обратной» эволюции.

Гомология

Существует несколько белков, относящихся к семейству CRAC C. Список членов семейства CRAC C, классифицированных на данный момент, можно найти в Базе данных классификации транспортеров. Эта классификация основана на сходстве последовательностей, которое также соответствует функциональным и структурным сходствам между гомологами.

Структура

Почти все гомологи CRAC имеют длину около 250 аминокислотных остатков, но некоторые достигают 100 остатков больше (например, Olf186 F у Drosophila melanogaster, TC # 1. A.52.1.5). Белки плазменной мембраны "Orai" (ORAI1 и ORAI2 у человека) формируют пору CRAC-канала. Белок ORAI1 является структурным компонентом кальциевого канала CRAC. ORAI1 взаимодействует с белком STIM1. STIM1 – трансмембранный белок эндоплазматического ретикулума (ER). STIM1 способен определять концентрацию Ca2+ внутри ER. Когда концентрация Ca2+ внутри ER снижается, белки STIM1 агрегируют и взаимодействуют с ORAI1, расположенным в плазматической мембране. Когда концентрация Ca2+ внутри ER приближается к верхнему пороговому значению, другой белок, SARAF (TMEM66), связывается с STIM1 для инактивации кальциевого канала, активируемого запасами Ca2+ (SOCE). Кристаллическая структура Orai из Drosophila melanogaster определена с разрешением 3,35 ангстрема. Кальциевый канал состоит из гексамерного комплекса субъединиц Orai, расположенных вокруг центральной ионной поры. Пора пронизывает мембрану и простирается в цитозоль. Кольцо остатков глутаминовой кислоты на ее внеклеточной стороне формирует фильтр селективности. Основной участок вблизи внутриклеточной стороны может связывать анионы, которые могут стабилизировать закрытое состояние. Архитектура канала значительно отличается от других ионных каналов и дает представление о принципах селективной проницаемости для кальция и механизмах открытия и закрытия канала. Распространенный механизм генерации таких цитоплазматических кальциевых сигналов включает рецепторы, связанные с активацией фосфолипазы C. Фосфолипаза C генерирует инозитол 1,4,5-трисфосфат (IP3), который, в свою очередь, опосредует высвобождение Ca2+ из внутриклеточных хранилищ (компонентов эндоплазматического ретикулума), позволяя кальцию высвобождаться в цитозоль. В большинстве клеток снижение концентрации Ca2+ в просвете органелл, хранящих Ca2+, впоследствии активирует кальциевые каналы плазматической мембраны.

Комплекс STIM

STIM1 — это Ca2+ сенсорный белок, специализирующийся на электрической сигнализации в эндоплазматическом ретикулуме (ER). Он взаимодействует и опосредует зависимую от запасов регуляцию как каналов Orai1, так и TRPC1. SOC, зависящий от TRPC1+STIM1, требует функционального Orai1. STIM1 является механистическим «недостающим звеном» между ER и плазматической мембраной. Белки STIM ощущают истощение люминального Ca2+ в ER и запускают активацию CRAC-каналов в плазматической мембране после истощения запасов Ca2+. Процесс включает олигомеризацию, затем транслокацию к участкам, прилегающим к плазматической мембране, посредством чего CRAC-каналы организуются в кластеры и затем открываются, вызывая SOC-вход.

Лимфоциты

Основной механизм поступления внеклеточного Ca2+ в лимфоциты связан с CRAC-каналами. STIM1 является ключевым компонентом механизма CRAC-инфлюкса в лимфоцитах, выступая в качестве сенсора низкой концентрации Ca2+ в эндоплазматическом ретикулуме и активатора Ca2+-селективного канала ORAI1 в плазматической мембране. Yarkoni и Cambier (2011) сообщили, что экспрессия STIM1 различается у мышиных T- и B-лимфоцитов; зрелые T-клетки экспрессируют примерно в 4 раза больше STIM1, чем зрелые B-клетки. В пределах физиологического диапазона экспрессии уровни STIM1 определяют амплитуду Ca2+ инфлюксных ответов, следующих за истощением внутриклеточных запасов, индуцированным BCR.

СКИД

Антигенная стимуляция иммунных клеток запускает поступление Ca2+ через тетрамерные кальций-релиз-активированные кальциевые (CRAC) каналы, способствуя иммунному ответу на патогены посредством активации фактора транскрипции NFAT. Клетки пациентов с одной формой наследственного тяжелого комбинированного иммунодефицита (SCID) демонстрируют дефект при поступлении Ca2+ и функционировании CRAC-каналов. Генетический дефект у этих пациентов, по всей видимости, локализован в гене ORAI1 (трансмембранный белок 142A; TMEM142a), который содержит четыре предполагаемых трансмембранных домена. Пациенты с SCID являются гомозиготами по одной мутации, вызывающей замену аминокислоты в ORAI1, и экспрессия нормального ORAI1 в Т-клетках пациентов с SCID восстанавливает поступление Ca2+ и CRAC-ток (ICRAC).

ОБСЕ

Ввод кальция в хранилище (SOCE) используется для регуляции базального уровня кальция, восстановления внутриклеточных запасов Ca2+ и осуществления широкого спектра специализированных функций. STIM и Orai являются ключевыми компонентами, необходимыми для восстановления Ca2+ релиз-активированных Ca2+ (CRAC) каналов, опосредующих SOCE. Palty et al. (2012) сообщили о молекулярной идентификации SARAF как отрицательного регулятора SOCE. Это резидентный белок мембраны эндоплазматического ретикулума, который ассоциируется с STIM, способствуя медленной Ca2+ зависимой инактивации SOCE. SARAF играет ключевую роль в формировании цитозольных сигналов Ca2+ и определении объема основных внутриклеточных запасов Ca2+, что, вероятно, важно для защиты клеток от избыточного накопления Ca2+.