Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Фосфатидилинозитол (3,4) бисфосфат (PtdIns(3,4)P2) является малым фосфолипидным компонентом клеточных мембран, но важным вторым посредником. Образование PtdIns(3,4)P2 на плазматической мембране активирует ряд важных клеточных сигнальных путей. Из всех фосфолипидов, содержащихся в мембране, инозитолфосфолипиды составляют менее 10%. Фосфоинозитиды (ФИ), также известные как фосфатидилинозитольные фосфаты, синтезируются в эндоплазматическом ретикулуме клетки белком фосфатидилинозитольной синтазой (ФИС). ФИ сильно компартментализированы; их основные компоненты включают глицериновый остов, две жирнокислотные цепи, обогащенные стеариновой и арахидоновой кислотами, и инозитольное кольцо, регуляция фосфатных групп которого различается между органеллами в зависимости от специфических ПИ и ПИП-киназ и ПИП-фосфатаз, присутствующих в органелле. Эти киназы и фосфатазы осуществляют фосфорилирование и дефосфорилирование в позициях 3’, 4’ и 5’ головных групп инозитольного сахара, образуя различные фосфоинозитиды, включая PtdIns(3,4)P2. [1] ПИ-киназы катализируют связывание фосфатных групп, в то время как ПИ-фосфатазы удаляют фосфатные группы в трех позициях инозитольного кольца, получая семь различных комбинаций ФИ. PtdIns(3,4)P2 дефосфорилируется фосфатазой INPP4B в 4’-положении инозитольного кольца и семейством фосфатаз TPTE (трансмембранные фосфатазы с гомологией с тензином) в 3-м положении инозитольного кольца. PH-домен в ряде белков связывается с PtdIns(3,4)P2, включая PH-домен в PKB. Образование PtdIns(3,4)P2 на плазматической мембране при активации киназ PI3 класса I и фосфатаз SHIP приводит к транслокации этих белков на плазматическую мембрану, тем самым влияя на их активность. Фосфоинозитидные 3-киназы I и II классов (PI3K) синтезируют PtdIns(3,4)P2 путем фосфорилирования 3’-OH позиции фосфоинозида PI4P. Фосфатазы SHIP1 и SH2-содержащие инозитол 5’-полифосфатазы (SHIP2) производят PtdIns(3,4)P2 посредством дефосфорилирования 5’-позиции инозитольного кольца PtdIns(3,4,5)P3. В дополнение к этим положительным регуляторам на плазматической мембране (ПМ), 3-фосфатаза-тензин-гомолог (PTEN) действует как отрицательный регулятор продукции PtdIns(3,4)P2, истощая уровни PtdIns(3,4,5)P3 на ПМ посредством дефосфорилирования 3’-позиции инозитольного кольца PtdIns(3,4,5)P3, что приводит к образованию PtdIns(4,5)P2. Изоферменты инозитолполифосфат 4-фосфатазы, INPP4A и INPP4B, также действуют как отрицательные регуляторы PtdIns(3,4)P2, хотя и посредством более прямого взаимодействия, гидролизуя 4-фосфат PtdIns(3,4)P2, образуя PI3P. Показано, что PtdIns(3,4)P2 играет критическую роль в активации AKT (протеинкиназы B, PKB) в рамках PI3K-пути посредством регуляции ФИ фосфатазами SHIP1 и 2. Akt рекрутируется и впоследствии активируется посредством взаимодействия его PH-доменов с PtdIns(3,4)P2 и PtdIns(3,4,5)P3, оба из которых демонстрируют высокую аффинность к PH-домену Akt. После связывания с ПМ посредством взаимодействия с PtdIns(3,4)P2 и PtdIns(3,4,5)P3, Akt активируется путем высвобождения его аутоингибирующего взаимодействия между PH- и киназными доменами. После этого высвобождения T308 в петле активации белка и S437 в гидрофобном домене белка фосфорилируются фосфоинозидозависимой киназой 1 (PDK1) и механистической мишенью комплекса рапамицина 2 (mTORC2) соответственно. Эксперименты in vitro показали, что основная рекрутация PDK1 для активации Akt на ПМ может быть обусловлена взаимодействием как с PtdIns(3,4)P2, так и с PtdIns(3,4,5)P3. Первоначально предполагалось, что дефосфорилирование PI(3,4,5)P3 5-фосфатазой будет противоопухолевым, подобно опухолевому супрессору PTEN. Однако синтез PI(3,4)P2 5-фосфатазными белками SHIP был связан с выживаемостью опухолевых клеток из-за связывания липида и последующей активации Akt. Активация Akt вызывает изменения в метаболизме ниже по течению, подавление апоптоза и увеличение пролиферации клеток. Этот путь и его эффекты были обнаружены в 50% случаев рака. В сочетании с этим исследователи показали повышение уровня PI(3,4)P2 и мутацию 4-фосфатазы INPP4B, которая продемонстрировала трансформацию эпителия молочной железы. Недавно было показано, что PtdIns(3,4)P2 играет важную роль в созревании везикул во время клатрин-опосредованной эндоцитозы (CME). Фосфатазы SHIP2 и синаптожанин, синтезирующие PtdIns(4)P, рекрутируются к клатриновым структурам в начале процесса CME. Это производство PtdIns(4)P впоследствии приводит к синтезу PtdIns(3,4)P2 через PI3K C2α11, а вновь синтезированные PtdIns(3,4)P2 затем рекрутируют белки домена SNX9 и SNX18 PX BAR, которые сужают шейку зарождающихся везикул, чтобы в конечном итоге быть разрезанными и высвобожденными динамином, формируя везикулы. PI(3,4)P2 играет еще одну возможную роль на ПМ, способствуя перестройке цитоскелета посредством регуляторных белков актина, таких как ламеллиподин. Ламеллиподин рекрутируется к ПМ, где, как полагают, взаимодействует с PI(3,4)P2 через свой PH-домен. Оказавшись на ПМ, он может регулировать сети актина ламеллиподий и миграцию клеток, взаимодействуя с белками, связывающими актин, такими как Ena/VASP.
Phosphatidylinositol (3,4) bisphosphate (PtdIns(3,4)P2) is a minor phospholipid component of cell membranes, yet an important second messenger. The generation of PtdIns(3,4)P2 at the plasma membrane activates a number of important cell signaling pathways. Of all the phospholipids found within the membrane, inositol phospholipids make up less than 10%. Phosphoinositide’s (PI’s), also known as phosphatidylinositol phosphates, are synthesized in the cell's endoplasmic reticulum by the protein phosphatidylinositol synthase (PIS). PI’s are highly compartmentalized; their main components include a glycerol backbone, two fatty acid chains enriched with stearic acid and arachidonic acid, and an inositol ring whose phosphate groups' regulation differs between organelles depending on the specific PI and PIP kinases and PIP phosphatases present in the organelle. These kinases and phosphatases conduct phosphorylation and dephosphorylation at the inositol sugar head groups 3’, 4’, and 5’ positions, producing differing phosphoinositides, including PtdIns(3,4)P2. [1] PI kinases catalyze phosphate groups binding while PI phosphatases remove phosphate groups at the three positions on the PI inositol ring, giving seven different combinations of PI’s. PtdIns(3,4)P2 is dephophosphorylated by the phosphatase INPP4B on the 4' position of the inositol ring and by the TPTE (transmembrane phosphatases with tensin homology) family of phosphatases on the 3 position of the inositol ring. The PH domain in a number of proteins binds to PtdIns(3,4)P2 including the PH domain in PKB. The generation of PtdIns(3,4)P2 at the plasma membrane upon the activation of class I PI 3 kinases and SHIP phosphatases causes these proteins to translocate to the plasma membrane, thereby affecting their activity. Class I and II phosphoinositide 3 kinases (PI3Ks) synthesize PtdIns(3,4)P2 by phosphorylating the phosphoinositide PI4P’s 3' OH position. Phosphatases SHIP1 and SH2 containing inositol 5’ polyphosphatases (SHIP2) produce PtdIns(3,4)P2 through desphosphorylation of PtdIns(3,4,5)P3’s 5’ inositol ring position. In addition to these positive regulators at the plasma membrane (PM), 3 phosphatase tensin homolog (PTEN) acts as a negative regulator of PtdIns(3,4)P2 production by depleting PtdIns(3,4,5)P3 levels at the PM through dephosphorylation of PtdIns(3,4,5)P3’s 3’ inositol ring position, giving rise to PtdIns(4,5)P2. Inositol polyphosphate 4 phosphatase isozymes, INPP4A and INPP4B, also act as negative PtdIns(3,4)P2 regulators, though through a more direct interaction by hydrolyzing PtdIns(3,4)P2’s 4 phosphate, producing PI3P. PtdIns(3,4)P2 has been indicated to be critical for AKT (Protein kinase B, PKB) activation within the PI3K pathway through the PI’s regulation by the SHIP1 and 2 phosphatases. Akt is recruited and subsequently activated through its PH domains interaction with PtdIns(3,4)P2 and PtdIns(3,4,5)P3 both of which have shown to have high affinity with the Akt PH domain. Once bound to the PM through its interaction with PtdIns(3,4)P2 and PtdIns(3,4,5)P3, Akt is activated through release of its auto inhibitory interaction between the PH and kinase domains. Following this release, T308 in the proteins activation loop and S437 in the proteins hydrophobic domain are phosphorylated by Phosphoinositide dependent kinase 1 (PDK1) and mechanistic target of Rapamycin Complex 2 (mTORC2), respectively. Test tube experiments have shown that the essential recruitment of PDK1 for Akt activation at the PM can be driven through interactions with both PtdIns(3,4)P2 and PtdIns(3,4,5)P3. It was originally presumed that 5 phosphatases dephosphorylation of PI(3,4,5)P3 would be anti tumoral, similar to tumor suppressor PTEN. Yet the 5 phosphatase SHIP proteins synthesis of PI(3,4)P2 has been linked to tumor cell survival due to the lipid’s binding and subsequent activation of Akt. Akt activation causes downstream metabolism alterations, apoptosis suppression and a rise in cell proliferation. This pathway and its effects have shown up in 50% of cancers. In conjunction, investigators have shown a rise in PI(3,4)P2 levels and mutation of 4 phosphatase INPP4B has shown mammary epithelial transformation. Recently, PtdIns(3,4)P2 has been shown to play an important role in vesicle maturation during clathrin mediated endocytosis (CME). PtdIns(4)P synthesizing phosphatases SHIP2 and synaptojanin are recruited to clathrin structures at the beginning of the CME process. This production of PtdIns(4)P subsequently leads to PtdIns(3,4)P2 synthesis through PI3K C2α11, and the newly synthesized PtdIns(3,4)P2 then recruits SNX9 and SNX18 PX BAR domain proteins which narrow the nascent vesicles neck to eventually be cut and released by dynamin, forming vesicles. PI(3,4)P2 plays another possible role at the PM, promoting cytoskeletal rearrangements through actin regulatory proteins like Lamellipodin. Lamellipodin is recruited to the PM where it is believed to interact with PI(3,4)P2 through its PH domain. Once at the PM, it can regulate lamellipodia actin networks and cell migration by interacting with actin binding proteins like Ena/VASP.