Введение
Белок млекопитающих, обнаруженный у человека (Homo sapiens).
L1, также известный как L1CAM, — это трансмембранный белок, входящий в семейство белков L1 и кодируемый геном L1CAM. Этот белок массой 200–220 кДа является молекулой клеточной адгезии нейронов и играет важную роль в миграции клеток, адгезии, росте нейритов, миелинизации и дифференцировке нейронов.
Распределение в тканях и клетках
Белок L1 расположен по всей нервной системе на поверхности нейронов. Он встроен в клеточную мембрану таким образом, что один конец белка находится внутри нервной клетки, а другой – на внешней поверхности нейрона. Такое расположение позволяет белку активировать химические сигналы, распространяющиеся по нейрону. Белок L1 экспрессируется в широком спектре клеток, как в нейронных, так и в не-нейронных. К клеткам, экспрессирующим белок L1, относятся: незрелые олигодендроциты и клетки Шванна – не-нейронные клетки, обеспечивающие поддержку и защиту нейронов и формирующие миелиновую оболочку; Т-клетки – лимфоциты, участвующие в клеточном иммунитете; другие типы лимфоцитов, такие как В-клетки и моноциты. Он также экспрессируется в прогениторных клетках кишечного эпителия, нейронах мозжечка, включая зернистые клетки мозжечка и клетки Пуркинье. Наконец, экспрессия белка L1 наблюдается в различных опухолевых клетках, например, в клетках меланомы и рака легких.
Ген
Ген L1CAM человека расположен в областях Х-хромосомы, вовлеченных в развитие различных нейромышечных заболеваний, а также вблизи области, связанной с умственной отсталостью. Ген L1CAM находится в длинном плече Х-хромосомы в позиции Xq28.
Структура
Молекула клеточной адгезии L1 (L1CAM) – это гликопротеин клеточной поверхности, обнаруженный у человека (и других форм жизни, таких как мыши, например), который состоит из белковой последовательности в 1253 аминокислоты. Внеклеточная часть образована шестью иммуноглобулиновыми доменами, за которыми следуют пять доменов фибронектина типа III, соединенных с небольшим внутриклеточным доменом посредством трансмембранной спирали. Человеческий белок очень похож на белок, обнаруженный у мышей (они идентичны на 92% на уровне аминокислот, что позволяет ученым изучать его структуру). Существуют и другие белки CAM, такие как Ng CAM (обнаруженный у курицы), которые имеют меньшее сходство с человеческим белком (они идентичны на 40% на уровне аминокислот). Сравнение последовательностей у человека, мыши, цыпленка и дрозофилы и их хорошая консервация указывают на то, что L1 иммуноглобулиновый домен 2 и фибронектиновый домен типа III 2, вероятно, функционально важны.
Функция
L1 — важный белок, необходимый для развития нервной системы, влияющий как на адгезию клеток, так и на их подвижность.
Клеточная адгезия
L1 выполняет статическую функцию молекулы клеточной адгезии, соединяя различные клетки. Он участвует в адгезии нейронов, а также в росте и объединении нейритов, известном как фасцикуляция нейритов.
Моторичность клеток
Функции, способствующие подвижности, связаны с регуляцией перемещения нервных клеток в процессе нервного развития. L1 присутствует в развивающихся нейронах и играет важную роль в направляющей миграции новых нейронов в правильное положение и способствуя росту аксонов и установлению связей с другими нейронами. L1 также участвует в синаптической пластичности – способности синапсов усиливаться или ослабевать – и играет роль в регенерации после повреждений. Ряд исследований показал, что L1 участвует в росте опухолей, инвазии опухолевых клеток и метастазировании меланомы, рака яичников и рака толстой кишки из-за сверхэкспрессии белка L1, которая усиливает подвижность злокачественных клеток. Домены этого белка способствуют гомофильным взаимодействиям, при которых молекулы адгезии на одной клетке взаимодействуют с идентичными молекулами на другой клетке, а также гетерофильным взаимодействиям, при которых молекула адгезии на одной клетке функционирует как рецептор, связывающийся с другой молекулой на другой клетке. Эти взаимодействия способствуют клеточной адгезии и регуляции передачи сигналов. Кроме того, L1 участвует в процессах миелинизации, связанных с пролиферацией миелина в нервной системе (в частности, прогрессирующей миелинизацией нервных аксонов), посредством медиации удлинения клеток Шванна вдоль аксона.
Нервная система
L1 участвует в адгезии нейронов, фасцикуляции нейритов, росте нейритов, миграции клеток зернистого слоя мозжечка, росте нейритов на клетках Шванна и взаимодействиях между эпителиальными клетками кишечных крипт. Как следствие, мутации в гене L1CAM приводят к нарушению функции нервной системы. Основные расстройства, связанные с этой мутацией, известны под аббревиатурой CRASH или также называются синдромом L1. К ним относятся такие состояния, как HSAS, синдром MASA, агенезия мозолистого тела и спастическая параплегия. Спастичность нижних конечностей, умственная отсталость, гидроцефалия и сгибательная деформация больших пальцев – некоторые из симптомов, проявляющихся преимущественно у мужчин, страдающих этим заболеванием. Хотя патологические механизмы, лежащие в основе синдрома L1, до сих пор не выяснены, было идентифицировано около 200 мутаций гена L1CAM, которые были связаны с этим синдромом. Эти мутации в основном затрагивают структурно важные ключевые аминокислотные остатки во внеклеточном домене L1, вызывая изменения в свойствах связывания белков, что коррелирует с нарушением нейронных физиологических механизмов, таких как клеточная адгезия или специфическое взаимодействие с другими молекулами. Взаимодействие анкирина с L1CAM является примером нарушения связывания белка у пациентов с CRASH из-за мутации, приводящей к замене серина и тирозина на лейцин и гистидин соответственно в мотиве SFIGQY, где анкирин должен связываться с цитоплазматическим концом семейства L1CAM. Взаимодействие анкирина с L1CAM участвует в инициации конуса роста, следовательно, нарушение этого взаимодействия приводит к тому, что нейриты не достигают синаптической цели. Кроме того, существуют данные, указывающие на связь между фетальным алкогольным синдромом и белком L1, поскольку этанол ингибирует адгезию, опосредованную L1, и рост нейритов. Болезнь Гиршпрунга также связана с дисфункцией L1CAM.
Транскрипция и синтез
Ген, регулирующий транскрипцию L1CAM, находится в X-хромосоме. Длина гена L1CAM составляет 24 657 пар оснований и он состоит из 28 экзонов. Альтернативный сплайсинг этого гена приводит к образованию множества вариантов транскриптов (существует 7 различных транскриптов гена), включая некоторые, содержащие альтернативный экзон, который считается специфичным для нейронов. Транскрипция L1 происходит в мозге человеческого плода, а также в клеточных линиях нейробластомы и ретинобластомы. L1 также экспрессируется в клеточных линиях рабдомиосаркомы RD и A 204. У человека обнаружены две формы L1, отличающиеся наличием или отсутствием 12-нуклеотидного цитоплазматического сегмента. Регуляция экспрессии L1CAM на уровне транскрипции изучена не полностью. Два сайта были идентифицированы в клеточных линиях эндометриальной карциномы и, по-видимому, используются специфическим образом в зависимости от типа клеток. Существуют два сайта начала транскрипции, расположенные в двух различных экзонах (перед нетранслируемым экзоном 0 и рядом с первым кодирующим экзоном 1). SLUG (SNAI2), являющийся фактором транскрипции, повышает экспрессию L1CAM.
Взаимодействия
Было показано, что L1 (белок) взаимодействует с NUMB.
Взаимодействие Ig-подобных доменов
L1CAM способен формировать подковообразную конформацию за счет установления гомофильных взаимодействий в Ig-подобных доменах одной и той же молекулы белка (первый и второй Ig-мотивы складываются, взаимодействуя с четвертым и третьим мотивами). Эта конформация необходима для взаимодействия L1CAM с другими молекулами и, как следствие, для реализации ряда его важнейших функций. Ig-подобные домены участвуют во множестве гомофильных взаимодействий с другими молекулами L1CAM, расположенными в соседних клетках. Молекулы L1CAM взаимодействуют посредством Ig-подобных доменов (1-4), обеспечивая межклеточную адгезию. Они также играют важную роль в формировании гетерофильных взаимодействий с NCAM, TAG-1, F11 и рецепторными тирозинкиназами (особенно в процессе развития нервной системы). Шестой Ig-мотив белка L1 содержит последовательность Arg-Gly-Asp, обеспечивающую связывание с различными поверхностными клеточными интегранами. Это взаимодействие запускает сигнальный каскад, который активирует очаговые адгезионные киназы (FAK), которые затем переходят в активное состояние и формируют комплекс FAK/SRC. Последний выступает в качестве активатора митоген-активированных протеинкиназ. Другим следствием связывания с интегранами является активация NF-κB, что повышает подвижность и инвазивность клеток.
Взаимодействие с доменом фибронектина
Домены фибронектина белка L1 также способны связываться с интегранами клеточной поверхности. Они взаимодействуют с рецептором фактора роста фибробластов 1, что позволяет предположить связь с модуляцией дифференцировки нейронов. Повышенная регуляция этого белка не обязательно связана с мутациями в факторах транскрипции L1. Установлено, что этот белок играет ключевую роль в воспалительных реакциях, таких как те, что происходят в ткани, окружающей опухоль. Это может объяснить внезапное увеличение продукции этого белка в опухолевых клетках. Разнообразные функции L1CAM делают опухолевые клетки более агрессивными и устойчивыми. Их функции, связанные с миграцией и подвижностью, могут играть ключевую роль в эпителиально-мезенхимальном переходе (EMT), позволяя клеткам терять межклеточные статические соединения и апикобазальную полярность, что приводит к их миграции и независимости. Кроме того, его способность формировать адгезивные взаимодействия между различными типами клеток может давать опухолевым клеткам преимущество при внедрении и инвазии в окружающие ткани или капилляры. Как только опухолевые клетки становятся нечувствительными к анкерированию и мигрирующими из-за повышенной регуляции L1, они покидают свою исходную ткань и мигрируют через капилляры в другие органы. Мозг является одним из частых мест назначения опухолевых клеток. Чтобы закрепиться в мозге, опухолевым клеткам необходимо преодолеть гематоэнцефалический барьер, где они подвергаются воздействию плазмина, секретируемого астроцитами. Плазмин разрушает L1CAM и подавляет миграционную способность злокачественных клеток. Однако недавние исследования показали, что эти раковые клетки сверхэкспрессируют анти-ПА-серпины, которые обычно ингибируют плазмин, что позволяет им преодолевать гематоэнцефалический барьер и успешно метастазировать. Малая интерферирующая РНК, заключенная в липосомы, также оказалась эффективным ингибитором экспрессии L1CAM, поскольку ее функция заключается в деградации определенного диапазона пар оснований мРНК (в данном случае, кодирующих аминокислотную последовательность L1CAM) после транскрипции, предотвращая синтез белка. Тем не менее, эти потенциальные методы лечения, нацеленные на L1CAM при раке человека, все еще находятся на стадии доклинических исследований.