Введение
Белок, обнаруженный у человека. Тафаззин – это белок, кодируемый у людей геном TAFAZZIN. Тафаззин высоко экспрессируется в сердечной и скелетной мышцах и функционирует как фосфолипидный лизофосфолипидный трансацилаз (он относится к фосфолипидным: диацилглицерольным ацилтрансферазам). Он катализирует ремоделирование незрелого кардиолипина в его зрелый состав, содержащий преобладающее количество тетралинолеоильных фрагментов. Из гена TAFAZZIN продуцируются несколько различных изоформ белка тафаззин. Для каждой из этих изоформ производится длинная и короткая формы; короткая форма лишена гидрофобной сигнальной последовательности и может существовать как цитоплазматический белок, а не быть связанным с мембраной. Описаны и другие альтернативно сплайсированные транскрипты, но полная длина всех этих транскриптов неизвестна. Большинство изоформ обнаруживаются во всех тканях, но некоторые – только в определенных типах клеток. Важно отметить, что ген TAZ часто путали с белком TAZ (транскрипционным коактиватором с PDZ-связывающим мотивом, белком 50 кДа), который является частью сигнального пути Hippo и совершенно не связан с геном, представляющим интерес. Белок TAZ, участвующий в сигнальном пути Hippo, имеет официальный генный символ WWTR1.
Tafazzin is a protein that in humans is encoded by the TAFAZZIN gene. Tafazzin is highly expressed in cardiac and skeletal muscle, and functions as a phospholipid lysophospholipid transacylase (it belongs to phospholipid:diacylglycerol acyltransferases). It catalyzes remodeling of immature cardiolipin to its mature composition containing a predominance of tetralinoleoyl moieties. Several different isoforms of the tafazzin protein are produced from the TAFAZZIN gene. A long form and a short form of each of these isoforms is produced; the short form lacks a hydrophobic leader sequence and may exist as a cytoplasmic protein rather than being membrane bound. Other alternatively spliced transcripts have been described but the full length nature of all these transcripts is not known. Most isoforms are found in all tissues, but some are found only in certain types of cells. It is important to note that the TAZ gene was frequently confused with a protein called TAZ (transcriptional coactivator with PDZ binding motif, a 50 kDA protein). which is a part of the Hippo pathway and entirely unrelated to the gene of interest. The Hippo pathway TAZ protein has an official gene symbol of WWTR1.
Структура
Ген TAFAZZIN расположен на q-плече хромосомы X в позиции 28 и занимает 10 208 пар оснований. Структура кодируемого белка отличается в N-концевом участке и центральной области, которые являются двумя функционально важными регионами. Гидрофобный участок из 30 аминокислотных остатков в N-конце может функционировать как мембранный якорь, отсутствующий в самых коротких формах тафацинов. Второй регион представляет собой вариабельную петлю, расположенную между аминокислотами 124 и 195 в центральной области. Известно, что этот гидрофильный регион взаимодействует с другими белками. TAZ не проявляет известного сходства с другими белками. Время полураспада тафацина составляет всего 3–6 часов, что значительно меньше, чем у большинства митохондриальных белков, и может объяснять трудности, возникающие при изучении его структуры. Предполагаемый сайт связывания фосфолипидов, являющийся активным центром тафацина, представляет собой щель из 57 аминокислот с двумя открытыми концами и положительно заряженными остатками. Кроме того, тафацин локализуется в мембранных листовках, обращенных к межмембранному пространству (МПП), что критически важно для ремоделирования. Тафацин отличается от фосфолипаз наличием консервативного остатка гистидина, His 77, входящего в состав консервативного мотива HX4D, характерного для ацилтрансфераз. Этот мотив отвечает за облегчение механизма Asp-His дияды, наблюдаемого во многих сериновых протеазах. Было идентифицировано множество уникальных форм тафацина длиной от 129 до 292 аминокислот. Ген TAFAZZIN содержит два пептида, независимых от его активного центра, которые направляют белок в митохондрии: остатки 84–95 в экзоне 3 и остатки 185–200 в экзоне 7/8. Тафацин локализуется с периферической ассоциацией к мембранным листовкам между внутренней митохондриальной мембраной (ВММ) и внешней митохондриальной мембраной (НММ), обращенной к межмембранному пространству (МПП). Наконец, транслоказа внешней мембраны (TOM) и транслоказа внутренней мембраны (TIM) опосредуют перемещение и внедрение тафацина в НММ и его закрепление на ВММ.
Трансацилаза (ремоделирование)
После синтеза кардиолипин не может выполнять свои функции, пока он не подвергнется активному ремоделированию. Тафаззин, ацил-специфическая трансфераза, катализирует реакцию ацилпереноса между фосфолипидами и лизофосфолипидами без участия CoA. Процесс ремоделирования кардиолипина включает достижение конечного ацильного состава, состоящего преимущественно из линолеоил-остатков. TAZ взаимодействует с незрелым кардиолипином, присоединяя жирную кислоту линолевую кислоту, что катализирует ремоделирование кардиолипина. Ремоделирование осуществляется посредством трансацилирования или цикла деацилирования-реацилирования. Цикл деацилирования-реацилирования, также известный как цикл Ландса, начинается с деацилирования, опосредованного фосфолипазой Cld1, с образованием монолизокардиолипина (MLCL). MLCL реацилируется тафаззином в одностадийной реакции, в ходе которой группа линолевой кислоты переносится из фосфатидилхолина (PC), завершая цикл деацилирования-реацилирования CL. В отличие от этого, трансацилирование включает перенос группы линолевой кислоты из фосфатидилхолина (PC) в MLCL. Эта ферментативная активность образует лизо-PC и CL, и обогащает специфическую ацильную цепь кардиолипина. Показано, что процесс специфичен для PC, содержащего линолеоил. Такие процессы ремоделирования превращают кардиолипин в зрелый состав, содержащий преобладание тетралинолеоил-фрагментов. Ремоделирование CL у млекопитающих требует дополнительных ферментов, таких как монолизокардиолипин ацилтрансфераза (MLCLAT), ацил-CoA:лизокардиолипин ацилтрансфераза (ALCAT) и фосфолипаза. Этот процесс обеспечивает надлежащее функционирование кардиолипина.
Ациловая специфичность и кривизна датчика
Было показано, что тафаззин при ремоделировании кардиолипина (КЛ) проявляет выраженное предпочтение к фосфатидилхолину, содержащему линолеоил, при формировании зрелого КЛ. Эта специфичность приводит к формированию зрелого состава КЛ, обогащенного тетралинолеоильными фрагментами, что, в свою очередь, ведет к увеличению содержания тетралинолеоил-кардиолипина (CL4). Это может быть обусловлено либо предпочтением тафаззина к определенным ацильным остаткам, либо поддержанием формирования суперкомплексов дыхательной цепи с белками, локализованными во внутренней митохондриальной матрице, включая транслоказу АТФ/АДФ, переносчик пирувата, переносчик карнитина и все комплексы дыхательной цепи (I, III, IV, V). Во время апоптоза и подобных процессов КЛ известен своей роль в качестве платформы для белков и других молекулярных механизмов, взаимодействующих с членами семейства Bcl-2, каспазами, Bid, Bax и Bak.
Клиническое значение
Мутации в гене *TAFAZZIN* ассоциированы с рядом митохондриальных дефицитов и связанных с ними расстройств, включая синдром Барта, дилатационную кардиомиопатию (ДКМП), гипертрофическую ДКМП, эндокардиальный фиброэластоз и некомпактность левого желудочка (НЛЖ). С этим заболеванием связано более 160 мутаций в гене *TAFAZZIN*. Это редкое заболевание, встречающееся у 1 из 300 000–400 000 живорожденных, хотя известно, что заболеваемость значительно ниже фактической из-за недостаточной диагностики. Хотя СБ чаще всего встречается у мужчин, зафиксирован один случай СБ у женщины. Тафаззин отвечает за ремоделирование фосфолипида кардиолипина (КЛ), ключевого липида внутренней мембраны митохондрий. Мутации гена *TAFAZZIN*, вызывающие синдром Барта, приводят к продукции тафаззина с низкой или отсутствующей функцией. В результате линолевая кислота не включается в кардиолипин, что нарушает нормальную структуру и функцию митохондрий, включая выработку энергии и транспорт белков. У пациентов с синдромом Барта наблюдаются нарушения метаболизма кардиолипина, включая аномальный жирнокислотный состав кардиолипина, накопление монолизокардиолипина (МЛКЛ) и снижение общего уровня кардиолипина. Это может привести к острой метаболической декомпенсации и внезапной смерти. Ткани с высокими энергетическими потребностями, такие как сердце и другие мышцы, наиболее уязвимы к гибели клеток из-за снижения выработки энергии в митохондриях и транспорта белков. Кроме того, у лейкоцитов наблюдаются митохондрии аномальной формы, что может нарушить их способность к пролиферации и дифференцировке, приводя к ослаблению иммунной системы и рецидивирующим инфекциям. Дисфункциональные митохондрии, вероятно, являются причиной других признаков и симптомов синдрома Барта. Типичные клинические проявления включают: у пациента с мутацией сдвига рамки с.227delC наблюдались симптомы нейтропении, кардиомегалии и другие распространенные симптомы синдрома Барта. Другая мутация c.C153G привела к тяжелому метаболическому ацидозу, кардиомегалии и другим основным симптомам синдрома Барта. Специального лечения СБ не существует, а лечение затруднено и откладывается из-за разнообразия фенотипов заболевания и его сложности. Диетические жирные кислоты используются для улучшения биоэнергетики и функции сердца при СБ. Однако тяжелые проявления симптомов у пациентов с СБ могут потребовать трансплантации сердца. По последним данным, из 73 пациентов, перенесших трансплантацию сердца, выжили 9 (12%). В качестве альтернативы, реактивные формы кислорода (РФК) были предложены в качестве основной причины сердечно-сосудистых нарушений при СБ. Кардиомиопатия при СБ проявляется в различной степени. Когортное исследование пациентов с СБ показало, что у 41,5% всех диагностированных случаев кардиомиопатия была диагностирована в возрасте от рождения до одного месяца, а у 95% в анамнезе была кардиомиопатия. Кроме того, встречаются случаи легкой или поздней кардиомиопатии, например, у двух младенцев без кардиомиопатических признаков на момент постановки диагноза. Кардиомиопатия при синдроме Барта проявляется в основном в нескольких формах, включая дилатационную кардиомиопатию (ДКМП), состояние, при котором сердце ослаблено и увеличено, и поэтому не может эффективно перекачивать кровь. Снижение кровотока может привести к отекам ног и живота, жидкости в легких и повышенному риску образования тромбов. Некомпактность левого желудочка (НЛЖ) возникает, когда нижняя левая камера сердца (левый желудочек) не развивается должным образом. При НЛЖ сердечная мышца ослаблена и не может эффективно перекачивать кровь, что часто приводит к сердечной недостаточности. Дополнительные симптомы со стороны опорно-двигательного аппарата включают гипотонию, задержку моторного развития, низкий рост и дисморфию лица различной степени выраженности. Кроме того, у пациентов с СБ наблюдается снижение показателей веса, роста и длины тела по сравнению с нормальной популяцией. Для коррекции задержек развития используется добавление кукурузного крахмала в качестве альтернативного источника глюкозы. Однако формальной оценки эффективности добавления карнитина и аргинина не проводилось, и их применение было эффективно только у пациентов с определенными дефицитами. Также наблюдаются легкие нарушения обучения и речи. Одно исследование показало, что мозг имеет специфический состав КЛ, более разнообразный и менее зависимый от тетралинолеоил-КЛ. Этот состав снижает потребность в ремоделировании КЛ, что делает его менее зависимым от тафаззина. Кроме того, мозг обладает более высокой способностью нейтрализовать РФК, что позволяет избежать их вредного воздействия.
Расстройства обмена веществ
Метаболические нарушения при БТГС проявляются в виде 3-метилглютаконовой ацидурии (3 МГА) – состояния, характеризующегося повышенным уровнем органических кислот в моче, включая 3-метилглютаконовую кислоту, 3-метилглютаровую кислоту и 2-этилгидракриловую кислоту. Хотя 3 МГА в основном выводится у пациентов с БТГС, у некоторых пациентов наблюдаются нормальные уровни органических кислот в моче. Для лечения 3 МГА и метаболических дефицитов применяли рибофлавин или коэнзим Q10, которые показали значительное улучшение состояния пациентов. Наиболее неблагоприятной формой является абсолютное количество нейтрофилов менее 500/мкл, определяемое как тяжелая хроническая нейтропения (SCN).
Рак
Было обнаружено, что TAFAZZIN высоко экспрессируется в раковых клетках желудка, устойчивых к цисплатину. Эта устойчивость была определена как результат приобретенной способности раковых клеток к эпителиально-мезенхимальному переходу (ЭМП). Данные о вовлеченности TAFAZZIN в индукцию ЭМП, а также его высокие уровни в этих раковых клетках, могут указывать на его роль в развитии рака желудка, рака предстательной железы, новообразований щитовидной железы и рака шейки матки.