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.

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.