Введение
Домен эффектора смерти (DED) – это домен взаимодействия белков, встречающийся только у эукариот и регулирующий разнообразные пути клеточной сигнализации. Домен DED обнаружен в неактивных прокаспазах (цистеиновых протеазах) и белках, регулирующих активацию каспаз в каскаде апоптоза, таких как белок, содержащий FAS-ассоциированный домен смерти (FADD). FADD рекрутирует прокаспазу 8 и прокаспазу 10 в комплекс индуцированной смерти (DISC). Эта рекрутация опосредована гомотипическим взаимодействием между DED прокаспазы и вторым DED, являющимся доменом эффектора смерти в адапторном белке, непосредственно связанном с активированными TNF-рецепторами. Образование комплекса позволяет протеолитической активации прокаспазы в активную форму каспазы, что приводит к запуску апоптоза (клеточной смерти). Структурно домен DED является подклассом белкового мотива, известного как «склад смерти», и содержит 6 альфа-спиралей, которые тесно напоминают структуру домена смерти (DD).
The death effector domain (DED) is a protein interaction domain found only in eukaryotes that regulates a variety of cellular signalling pathways. The DED domain is found in inactive procaspases (cysteine proteases) and proteins that regulate caspase activation in the apoptosis cascade such as FAS associating death domain containing protein (FADD). FADD recruits procaspase 8 and procaspase 10 into a death induced signaling complex (DISC). This recruitment is mediated by a homotypic interaction between the procaspase DED and a second DED that is death effector domain in an adaptor protein that is directly associated with activated TNF receptors. Complex formation allows proteolytic activation of procaspase into the active caspase form which results in the initiation of apoptosis (cell death). Structurally the DED domain are a subclass of protein motif known as the death fold and contains 6 alpha helices, that closely resemble the structure of the Death domain (DD).
Структура
DED является подсемейством суперсемейства DD (другими узнаваемыми доменами в этом суперсемействе являются: домен рекрутирования каспазы (CARD), домен пирина (PYD) и домен смерти (DD)). Подсемейства структурно схожи друг с другом, все они (и DED в частности) состоят из пучка из 6 альфа-спиралей, но различаются по особенностям поверхности. Полная первичная структура этого белкового домена пока не определена однозначно. В некоторых исследованиях описаны остатки с 2 по 184, но N- и C-концевые остатки пока не идентифицированы. Наличие аминокислот, определяющих растворимость и агрегацию DED, позволило идентифицировать DED в различных белках, таких как каспаза-8 и MC159. Вторичная структура домена, как уже упоминалось, состоит из 6 альфа-спиралей. Третичная структура домена была описана на основе кристаллизации каспазы-8 человека. Для описания структуры был использован метод рентгеноструктурного анализа с разрешением 2,2 Å. DED в этом белке образует асимметричный димер, интерфейс которого содержит две сети водородных связей, формирующие нитевидную структуру. Функция DED определяется его структурой. Насколько известно, гомотипические взаимодействия, активирующие каспазу и запускающие апоптоз, опосредуются асимметричными поверхностными контактами между партнерами (например, DED1 и DED2 в случае каспазы-8). Остатки, формирующие эти поверхности, обычно представляют собой заряженные аминокислоты, но на интерактивной поверхности домена также можно наблюдать небольшой гидрофобный участок.
Функция
Домен DED наиболее известен своей ролью в апоптозе. Однако белки, содержащие DED, также участвуют в других клеточных процессах, таким образом контролируя как решения о жизни, так и о смерти клеток.
Внешний апоптоз
Апоптоз – это контролируемая и запрограммированная гибель клеток, обеспечивающая преимущества на протяжении жизненного цикла организма. Внешний путь запускается семейством протеаз, которые активируются в ответ на стимулы, вызывающие гибель клеток. Для понимания роли DED в этом процессе важно наблюдать за формированием мультипротеинового комплекса гибели, включающего сигнальный комплекс (DISC). DR4, TRAIL R2 и CD95 являются рецепторами смерти (членами семейства рецепторов фактора некроза опухоли – TNF), которые взаимодействуют друг с другом посредством своих внутриклеточных доменов смерти (DD). DD белка FADD, содержащего DED, может взаимодействовать с описанными выше DD. Функция FADD DED в данном случае заключается в создании стабилизированной структуры за счет самоассоциации FADD. Эти взаимодействия определяются спиралями α1/α4 и α2/α3: остатки Ser1, Val6, His9, Leu43, Asp44 и Glu51 из α1/α4 контактируют с Thr21, Phe25, Lys33, Arg34, Glu37 и Glu51 из α2/α3 второй молекулы. Каждое взаимодействие охватывает площадь 1062 Å2 и включает вклад гидрофобных боковых цепей, водородных связей и солевых мостиков. Конечный гомодимер имеет структуру, ориентированную таким образом, что каждая субъединица обладает двумя участками взаимодействия. Прокаспаза 8, также содержащая DED, проявляет сродство к FADD DED. Именно поэтому они рекрутируются к FADD в виде мономеров через свои DED. Эти взаимодействия определяются спиралями α1/α4 DED A прокаспазы 8 и α2/α3 FADD DED, или спиралями α1/α4 FADD DED и α2/α5 DED B прокаспазы 8. DED B прокаспазы 8 взаимодействует с FADD, а DED A опосредует формирование цепи каспазы 8, или наоборот. Однако в обоих случаях взаимодействие приводит к образованию димера прокаспаз, что вызывает конформационные изменения. Эта димеризация необходима для создания активного центра; высвобождается субъединица p12, которая впоследствии подвергается процессингу с образованием малой субъединицы p10. Две молекулы прокаспазы 8 ассоциируются с этими субъединицами p10, формируя активную протеазу 8, индуцирующую гибель клеток.
Флэш
FLICE ассоциирован с крупным белком. Содержит домен, схожий с DED, но гомология очень слабая, и его функция пока не установлена.
Терапевтическая эксплуатация DED
Было показано, что комплексы DED функционируют на ключевых этапах, контролирующих процессы жизни и смерти клеток. Эти знания особенно полезны в терапии, поскольку существует множество патологий, связанных с нарушенным контролем клеточной жизни. Отсутствие апоптоза является характерной чертой рака. В некоторых случаях ген, кодирующий прокаспазу 8, заблокирован метилированием, поэтому для активации протеазы необходимо активировать ген с помощью эпигенетических методов лечения. В других случаях наблюдается сверхэкспрессия FLIP, антиапоптотической молекулы, предотвращающей формирование активной каспазы. В таких случаях существуют противораковые препараты, снижающие экспрессию FLIP. Однако, аномальный апоптоз встречается не только при раке, но и при других патологиях, таких как воспаление и нейродегенеративные заболевания, которые также могут быть успешно лечены подобными терапевтическими средствами.