Введение

Белок скрамблаза — это белок, ответственный за перемещение фосфолипидов между двумя монослоями липидного бислоя клеточной мембраны. У человека фосфолипидные скрамблазы (PLSCR) составляют семейство из пяти гомологичных белков, обозначаемых как hPLSCR1–hPLSCR5. Скрамблазы относятся к общему семейству трансмембранных липидных транспортеров, известных как флиппазы. Скрамблазы отличаются от флиппаз и флоппаз. Скрамблазы, флиппазы и флоппазы — это три различных типа ферментативных групп, осуществляющих транспорт фосфолипидов. Внутренний листок, обращенный внутрь клетки, содержит отрицательно заряженные аминофосфолипиды и фосфатидилэтаноламин. Внешний листок, обращенный к внешней среде, содержит фосфатидилхолин и сфингомиелин. Скрамблаза — это фермент, присутствующий в клеточной мембране, который способен транспортировать (перемешивать) отрицательно заряженные фосфолипиды из внутреннего листка во внешний листок и наоборот.

Выражение

В то время как hPLSCR1, 3 и 4 экспрессируются в самых разных тканях с небольшими исключениями, экспрессия hPLSCR2 ограничена исключительно яичками. hPLSCR4 не экспрессируется в лимфоцитах периферической крови, в то время как hPLSCR1 и 3 не были обнаружены в головном мозге. Однако функциональное значение этой дифференциальной экспрессии генов пока не установлено. Несмотря на наличие гена и мРНК hPLSCR5, подтверждающих его существование, сам белок до сих пор не описан в литературе.

Структура

Протеины скрамблазы содержат консервативный участок, представляющий собой 12-нитевый бета-баррель, окружающий центральную альфа-спираль. Эта структура демонстрирует сходство с белком Tubby.

Активация ферментов

Энзиматическая активность скрамблазы зависит от концентрации кальция внутри клетки. Концентрация кальция внутри клеток в нормальных условиях очень низкая, поэтому активность скрамблазы в состоянии покоя невелика. Перераспределение фосфолипидов запускается повышением концентрации кальция в цитозоле и, по-видимому, зависит от скрамблазы, что приводит к симметричному распределению отрицательно заряженных фосфолипидов между обоими слоями липидного бислоя. Все скрамблазы содержат Ca2+-связывающий домен, подобный EF-руке, который, вероятно, отвечает за активацию фермента кальцием. Активность скрамблазы не требует затрат энергии, то есть в этом процессе не участвует аденозинтрифосфат. Скрамблазы – белки, богатые пролином, содержащие множество цистеинилсульфгидрильных групп, склонных к модификациям. Окисление, нитрозилирование и блокирование этих сульфгидрильных групп приводят к увеличению активности скрамблазы. У пациентов с серповидноклеточной анемией наблюдается доля эритроцитов с аномально повышенной экспозицией фосфатидилсерина на их поверхности. Поскольку эритроциты этих пациентов подвержены повышенному окислительному стрессу, вероятно, что повышенная активность скрамблазы может играть роль в этиологии этого заболевания. Кроме того, хорошо известно, что как реактивные формы кислорода, так и внутриклеточные потоки Ca2+ влияют на митохондрии на начальных этапах апоптоза. Сульфгидрильная модификация PLSCR3 в митохондриях во время апоптоза может быть ключевым регулятором, инициирующим внутриклеточные апоптотические пути.

Последовательность ядерной локализации

Фосфолипидскрамблаза 1 (PLSCR1) — липид-связывающий белок, который проникает в ядро через неклассический NLS (257)GKISKHWTGI(266). Структура последовательности ядерной локализации скрамблазы PLSCR1, комплексированной с импортином, была определена методом рентгеноструктурного анализа с разрешением 2,20 ангстрема. Поскольку кардиолипин синтезируется на люминальной стороне внутренней митохондриальной мембраны, значительная часть этого вновь синтезированного пула кардиолипина должна быть перенесена из внутренней во внешнюю митохондриальную мембрану. Предполагается, что PLSCR3 участвует в этой транслокации из внутренней во внешнюю мембрану, что необходимо для поддержания архитектуры митохондрий, их массы и трансмембранного потенциала.

Метаболизм липидов

Недавние исследования показывают, что PLSCR3 и, в меньшей степени, PLSCR1 играют критическую роль в нормальной регуляции накопления жира у мышей. Помимо клеток крови, PLSCR3 экспрессируется в значительно более высокой степени в жировых и мышечных клетках, которые активно вовлечены в метаболизм жиров. Мыши с нокаутом по гену PLSCR3 демонстрировали аномальное накопление жира в брюшной полости, непереносимость глюкозы, инсулинорезистентность и дислипидемию по сравнению с контрольной группой. Культивируемые жировые клетки мышей с нокаутом PLSCR3 были переполнены нейтральными липидами. В плазме крови этих мышей были повышены уровни липопротеинов низкой плотности, холестерина, триглицеридов, свободных жирных кислот и лептина, при этом содержание адипонектина было снижено. Накопление жира в брюшной полости с образованием увеличенных, насыщенных липидами адипоцитов, стало ключевым фактором риска развития сахарного диабета 2 типа, который часто является проявлением более широкого основного метаболического нарушения, известного как метаболический синдром. Для понимания риска развития аналогичных заболеваний у людей при мутациях генов PLSCR, приводящих к дефектной экспрессии и/или функции белков PLSCR, необходимы дальнейшие исследования регуляции липидного метаболизма с помощью PLSCR.

Тромбоз

При активации (в тромбоцитах) или повреждении (в эритроцитах, тромбоцитах, эндотелии и других клетках) некоторые клетки экспрессируют фосфолипид фосфатидилсерин на своей поверхности и выступают в роли катализаторов, индуцируя каскад свертывания. Считается, что поверхностная экспозиция фосфатидилсерина обусловлена активацией скремблаз. Несколько ферментных комплексов каскада свертывания крови, таких как теназа и протромбиназа, активируются при экспозиции фосфатидилсерина на поверхности клетки. Однако наиболее изученный представитель семейства скремблаз, PLSCR1, оказался дефектным в транслокации фосфолипидов при реконституции в протеолипосомы in vitro. Хотя недавние исследования показывают, что PLSCR1 не является ни достаточным, ни необходимым условием для экстернализации фосфатидилсерина, роль PLSCR1 в свертывании крови остается неясной, что ставит вопрос о дополнительных мембранных компонентах в пути экстернализации. На сегодняшний день не сообщалось о вовлечении каких-либо других идентифицированных представителей семейства PLSCR в процесс свертывания крови.

Апоптоз

Апоптотическая гибель клеток характеризуется протеолитическим каскадом каспаз, исходящим либо из внешнего, либо из внутреннего пути. Внешний путь инициируется мембранно-связанными рецепторами смерти, что приводит к активации каспазы 8, в то время как внутренний путь запускается препаратами, повреждающими ДНК, и ультрафиолетовым излучением, что приводит к деполяризации митохондрий и последующей активации каспазы 9. Считается, что PLSCR играют важную роль как во внутреннем, так и во внешнем апоптотических ответах, которые связаны друг с другом посредством активации каспазы 8. Активированная каспаза 8 вызывает расщепление аминотерминальной части цитозольного белка Bid с образованием t Bid, который транслоцируется в митохондрии во время апоптоза. hPLSCR1 и его митохондриальный аналог hPLSCR3 фосфорилируются PKCδ во время апоптоза, индуцированного PKCδ. Хотя последствия фосфорилирования hPLSCR1 и механизм его действия при клеточном апоптотическом ответе остаются неясными, предполагается, что фосфорилированный hPLSCR3 способствует митохондриальному нацеливанию t Bid, что является важным требованием для апоптоза, опосредованного каспазой 8. Показано, что активный фрагмент t Bid локализуется в митохондриях посредством положительного взаимодействия с кардиолипином. Этот активированный t Bid индуцирует активацию белков Bax и Bak для формирования каналов цитохрома c, что облегчает высвобождение цитохрома c во время апоптоза. Ранним морфологическим событием как во внешнем, так и во внутреннем апоптотических путях является экспозиция на поверхности фосфолипида фосфатидилсерина, около 96% которого обычно находится в цитозольной листовке плазматической мембраны. Фосфатидилсерин транслоцируется в экзоплазматическую листовку посредством активации скремблаз, что приводит к прокоагулянтным свойствам и обеспечивает фагоцитарный сигнал для макрофагов, которые поглощают и удаляют апоптотические клетки. Нельзя исключать участие других ассоциированных белков, способствующих активности скремблирования.