Введение
Кодирующий белок ген вида Homo sapiens. Периферин – промежуточный филаментный белок III типа, экспрессируемый главным образом в нейронах периферической нервной системы. Он также обнаруживается в нейронах центральной нервной системы, имеющих проекции к периферическим структурам, таким как спинномоторные нейроны. Его размер, структура и последовательность/расположение белковых мотивов сходны с другими промежуточными филаментными белками III типа, такими как десмин, виментин и глиальный фибриллярный кислый белок. Подобно этим белкам, периферин способен к самосборке с образованием гомополимерных нитевидных сетей (сетей, формирующихся из димеров белка периферина), но также может гетерополимеризоваться с нейрофиламентами в нескольких типах нейронов. Этот белок у человека кодируется геном PRPH. Считается, что периферин играет роль в удлинении нейритов в процессе развития и регенерации аксонов после повреждения, однако его точная функция остается неизвестной. Он также ассоциирован с некоторыми из основных нейропатологий, характеризующих амиотрофический латеральный склероз (АЛС), но, несмотря на обширные исследования вклада нейрофиламентов и периферина в развитие АЛС, их роль в этом заболевании до сих пор не установлена.
Peripherin is a type III intermediate filament protein expressed mainly in neurons of the peripheral nervous system. It is also found in neurons of the central nervous system that have projections toward peripheral structures, such as spinal motor neurons. Its size, structure, and sequence/location of protein motifs is similar to other type III intermediate filament proteins such as desmin, vimentin and glial fibrillary acidic protein. Like these proteins, peripherin can self assemble to form homopolymeric filamentous networks (networks formed from peripherin protein dimers), but it can also heteropolymerize with neurofilaments in several neuronal types. This protein in humans is encoded by the PRPH gene. Peripherin is thought to play a role in neurite elongation during development and axonal regeneration after injury, but its exact function is unknown. It is also associated with some of the major neuropathologies that characterize amyotropic lateral sclerosis (ALS), but despite extensive research into how neurofilaments and peripherin contribute to ALS, their role in this disease is still unidentified.
История
Периферин, впервые получивший такое название в 1984 году, до 1990 года также был известен как нейронный промежуточный филамент 57 кДа. В 1987 году второй, отличный от первого, периферически расположенный белок сетчатки также был назван периферином. Чтобы различать эти два белка, второй из них называют периферином 2 или периферин/RDS (retinal degeneration slow – медленная дегенерация сетчатки) в связи с его локализацией и ролью в заболеваниях сетчатки.
Структура и свойства
Периферин был обнаружен как основной промежуточный филамент в клеточных линиях нейробластомы и клетках феохромоцитомы крысы. Он классифицируется по структуре гена и кодирующей последовательности как промежуточный филамент типа III из-за гомологии с виментином, глиальным фибриллярным кислым белком и десмином. Все промежуточные филаменты имеют общую вторичную структуру, состоящую из трех основных доменов, наиболее консервативным из которых является центральный α-спиральный домен стержня. Эта центральная спираль ограничена не-спиральными доменами головы (N-концевым участком) и хвоста (C-концевым участком). α-спиральный домен стержня содержит повторяющиеся сегменты гидрофобных аминокислот, при этом первый и четвертый остатки каждого набора из семи аминокислот обычно неполярны. Эта специфическая структура позволяет двум полипептидам промежуточного филамента скручиваться вместе, образуя "гидрофобный барьер". Стержень также содержит специфическое расположение чередующихся кислых и основных остатков, многие из которых отстоят друг от друга на 4 аминокислоты. Такое расстояние оптимально для образования ионных связей, которые стабилизируют α-спиральный стержень посредством внутримолекулярных взаимодействий. Исследования сборки сети в расходящихся фибробластах и дифференцирующихся нервных клетках показывают, что частицы перемещаются вдоль микротрубочек в зависимости от кинезина и динеина, и по мере продолжения расхождения частицы полимеризуются в промежуточные филаменты.
Распределение тканей
Периферин широко экспрессируется в теле клетки и аксонах нейронов периферической нервной системы. К ним относятся нейроны спинномозговых ганглиев малого размера, нижние мотонейроны, сенсорные и моторные нейроны черепных нервов, а также автономные нейроны в ганглиях и в энтеральной нервной системе. Он также экспрессируется в центральной нервной системе в небольшом количестве нейронов ствола мозга и спинного мозга, имеющих проекции к периферическим структурам. Некоторые из этих структур включают гипоталамусные магноклетарные ядра, понтинные холинергические ядра, отдельные ядра мозжечка и рассеянные нейроны в коре головного мозга. Сравнение экспрессии периферина в заднем и латеральном гипоталамусе у мышей показало, что в заднем гипоталамусе она в шестьдесят раз выше. Эта повышенная экспрессия обусловлена присутствием периферина в туберомаммилярных нейронах заднего гипоталамуса мыши. Точная функция периферина неизвестна. Экспрессия периферина наиболее высока в период роста аксонов в процессе развития и снижается после рождения, что указывает на его роль в удлинении нейритов и аксональной навигации в процессе развития. Экспрессия также повышается после повреждения аксонов, например, при периферической аксотомии мотонейронов и ганглиев спинномозговых корешков. Это повышение экспрессии позволяет предположить, что периферин также может играть роль в регенерации аксонов.
Регулирующие механизмы
Фактор роста нервов (NGF) играет ключевую роль в регуляции периферина. Он является как индуктором транскрипции, так и посттрансляционным регулятором экспрессии периферина в клетках PC12 и нейробластомы. Механизм активации, индуцированной NGF, осуществляется через 5'-фланкирующие элементы и внутригенные последовательности, включающие TATA-бокс и другие вышерасположенные элементы, а также снижение активности в области отрицательного элемента. Специфические сигналы, регулирующие экспрессию периферина in vivo, остаются неизвестными. Ген периферина транскрипционно активируется как в сенсорных нейронах малого, так и большого размера дорсального коренного ганглия примерно на 10-й день эмбрионального развития (E10), а мРНК обнаруживается в этих клетках после 2-го дня после рождения и на протяжении всей взрослой жизни. Посттранскрипционные механизмы снижают обнаруживаемый уровень периферина только в клетках малого размера; однако, повреждение периферических отростков в нейронах дорсального коренного ганглия приводит к появлению мРНК и обнаруживаемого периферина в клетках большого размера. Второй вариант представлял собой замену аминокислоты аспартата на тирозин в результате одноточечной мутации в экзоне 1. Это также негативно сказывалось на сборке нейрофиламентной сети. Мутации в гене PRPH, наблюдаемые при амиотрофическом боковом склерозе, приводят к изменению трехмерной структуры белка. В результате мутантный периферин образует агрегаты вместо обычной для него нитевидной сети.
Другие клинические значения
Периферин может быть вовлечен в патологию инсулинозависимого сахарного диабета (или сахарного диабета 1 типа) у животных; однако прямая связь с этим заболеванием не была установлена у людей. В модели нежирных диабетических мышей периферин был идентифицирован как известный аутоантиген (см. антиген). Клоны B-клеток, реагирующие на периферин, также были обнаружены на ранних стадиях заболевания. Поскольку периферин экспрессируется как в периферической нервной системе, так и, у молодых животных, в бета-клетках островков Лангерганса, возможно, что разрушение элементов периферической нервной системы и бета-клеток островков при инсулинозависимом сахарном диабете обусловлено иммунным ответом на автореактивный периферин.
Потенциальные применения
В настоящее время изучается возможная роль промежуточных филаментов, таких как периферин, в развитии нейродегенеративных заболеваний. Также исследуются взаимодействия промежуточных филаментов с другими белками. Показано, что периферин ассоциирует с протеинкиназой Cε, вызывая её агрегацию и приводя к усилению апоптоза. Регулирование этой агрегации и апоптоза с помощью siRNA и протеинкиназы Cε представляется возможным. Выявление источника и способов разрешения белковых агрегатов – перспективное направление для разработки потенциальных терапевтических средств.