Введение
Белки
Кальбиндины – это три различных белка, связывающих кальций: кальбидин, кальретинин и S100G. Изначально они были описаны как белки, связывающие кальций, зависимые от витамина D, в кишечнике и почках цыплят и млекопитающих. В настоящее время они классифицируются в разные подсемейства, поскольку различаются по числу EF-руков, связывающих Ca2+.
Калбидин 1
Впервые кальбиндин 1, или просто кальбиндин, был обнаружен в кишечнике птиц, а затем в почках млекопитающих. Он также экспрессируется в ряде нейронных и эндокринных клеток, особенно в мозжечке. Это белок массой 28 кДа, кодируемый у человека геном CALB1. Кальбиндин содержит 4 активных домена, связывающих кальций, и 2 модифицированных домена, утративших способность связывать кальций. Кальбиндин действует как буфер и сенсор кальция, способный удерживать четыре иона Ca2+ в EF-руках петель EF1, EF3, EF4 и EF5. Структура крысиного кальбидина была впервые определена методом ядерного магнитного резонанса и являлась одним из крупнейших белков, структура которых была определена этим методом. Он состоит на 44% из α-спиралей, содержащих 14 спиралей по 117 аминокислотных остатков каждая, и на 4% из β-листов, содержащих 9 нитей по 13 аминокислотных остатков каждая. В 2018 году была опубликована рентгеноструктурная кристаллическая структура человеческого кальбидина (PDB ID 6FIE). Несмотря на 98% идентичность последовательностей крысиного и человеческого кальбидина, между структурами, полученными методами ядерного магнитного резонанса и рентгеновской дифракции, были обнаружены различия. Рассеяние рентгеновских лучей под малыми углами показало, что кристаллическая структура лучше предсказывает свойства кальбидина в растворе, чем структура, определенная методом ядерного магнитного резонанса. Кальбиндин является геном, чувствительным к витамину D во многих тканях, в частности в кишечнике цыплят, где он играет важную роль в опосредованном всасывании кальция. В мозге его синтез не зависит от витамина D.
Кальбидин 2 (кальретинин)
Калретинин, также известный как кальбиндин 2, — это белок массой 29 кДа, обладающий 58% гомологией с кальбиндином 1 и преимущественно встречающийся в нервных тканях. У человека он кодируется геном CALB2 и ранее назывался кальбиндином D29k.
Кальбидин 3 (S100G)
S100G, ранее известный как кальбиндин 3 и кальбиндин D9k, присутствует в энтероцитах млекопитающих (эпителиальных клетках кишечника). S100G также может быть обнаружен в почках и матке у некоторых видов млекопитающих. У человека он кодируется геном S100G, который также называют CALB3. Тем не менее, за исключением областей связывания кальция (EF-руки), между кальбидином 1 и S100G нет гомологии: S100G имеет две EF-руки, а кальбидин 1 – шесть. В отличие от кальбидинов 1 и 2, S100G является членом семейства S100 белков, связывающих кальций. S100G опосредует транспорт кальция через энтероциты с апикальной стороны, где поступление регулируется кальциевым каналом TRPV6, на базалатеральную сторону, где кальциевые насосы, такие как PMCA1, используют внутриклеточный аденозинтрифосфат для перекачки кальция в кровь. Транспорт кальция через цитоплазму энтероцитов, по-видимому, является лимитирующим фактором для всасывания кальция в кишечнике; присутствие кальбидина увеличивает количество кальция, проходящего через клетку, не повышая его свободную концентрацию. S100G также может стимулировать базалатеральные кальциевые АТФазы. Экспрессия S100G, как и кальбидина 1, стимулируется активным метаболитом витамина D, кальцитриолом, хотя точные механизмы до сих пор остаются предметом дискуссий. У мышей, у которых не экспрессируется рецептор витамина D, S100G присутствует в меньшем количестве, но не отсутствует.
Открытие
Белки, зависимые от витамина D и связывающие кальций, были впервые обнаружены в цитозольных фракциях кишечника цыплят, а затем – в кишечнике и почках млекопитающих, исследователями, в том числе Робертом Вассерманом из Корнелльского университета. Эти белки связывали кальций в микромолярном диапазоне и значительно снижались в количестве у животных с дефицитом витамина D. Их экспрессия могла быть индуцирована обработкой этих животных метаболитами витамина D, такими как кальцитриол. Было установлено, что они существуют в двух различных размерах с молекулярной массой приблизительно 9 кДа и 28 кДа, и впоследствии были переименованы в кальбиндины.