Введение

Домен PDZ - это общий структурный домен 80-90 аминокислот, обнаруженных в сигнальных белках бактерий, дрожжей, растений, вирусов и животных. Белки, содержащие домены PDZ, играют ключевую роль в закреплении рецепторных белков в мембране к компонентам цитоскелета. Белки с этими доменами помогают держаться вместе и организовывать сигнальные комплексы на клеточных мембранах. Эти домены играют ключевую роль в формировании и функционировании комплексов передачи сигналов. PDZ - инициализм, объединяющий первые буквы первых трех белков, обнаруженных для совместного домена постсинаптического белка плотности (PSD95), крупного опухолевого супрессора диска дрозофилы (Dlg1) и белка окклюденса зонулы 1 (zo 1). Домены PDZ ранее назывались доменами DHR (гомологичная область Dlg) или GLGF (глицин лейцин глицин фенилаланин). В общем, домены PDZ связываются с короткой областью конца С других специфических белков. Эти короткие области связываются с доменом PDZ путем увеличения бета-листов. Это означает, что бета-лист в домене PDZ расширяется путем добавления дополнительной бета-цепи из хвоста связывающего партнёрского белка. К концу карбоксилатная группа С связана с гнездом (структурным мотивом белка) в домене PDZ, т. е. с мотивом связывания PDZ.

Истоки открытия

PDZ - это аббревиатура, полученная из названий первых белков, в которых был обнаружен домен. Постсинаптический плотность белка 95 (PSD 95) является синаптический белок, который находится только в мозге. С момента открытия доменов PDZ более 20 лет назад были идентифицированы сотни дополнительных доменов PDZ. Первое опубликованное использование фразы "PDZ domain" было не в статье, а в письме. В сентябре 1995 года доктор Мэри Кеннеди из Калифорнийского технологического института написала письмо в редакцию журнала "Тенденции в биомедицинских науках". Ранее в том же году другой группа ученых заявила об открытии нового белкового домена, который они назвали доменом DHR. При изучении домены PDZ обычно изолируются в виде мономеров, однако некоторые белки PDZ образуют димеры. Функция димеров PDZ по сравнению с мономерами пока не известна.

Функции

Домены PDZ имеют две основные функции: локализация клеточных элементов и регулирование клеточных путей. Первой обнаруженной функцией доменов PDZ было закрепление рецепторных белков в мембране к компонентам цитоскелета. Домены PDZ также имеют регуляторные функции на различных сигнальных путях. Любой белок может иметь один или несколько доменов PDZ, которые могут быть идентичными или уникальными (см. рисунок справа). Это разнообразие позволяет этим белкам быть очень универсальными в их взаимодействиях. Различные домены PDZ в одном и том же белке могут выполнять разные роли, каждый из которых связывает разную часть белка-мишени или совсем другой белок.

Локализация

Домены PDZ играют жизненно важную роль в организации и поддержании сложных строительных лесов. Домены PDZ встречаются в различных белках, но все они помогают в локализации клеточных элементов. Домены PDZ в основном участвуют в закреплении рецепторных белков к цитоскелету. Для правильной работы клеток важно, чтобы компоненты - белки и другие молекулы - находились в нужном месте в нужное время. Белки с доменами PDZ связывают различные компоненты для обеспечения правильного расположения. Без такого взаимодействия рецепторы диффундировали бы из синапса из-за жидкой природы липидной мембраны. Домены PDZ также используются для локализации элементов, отличных от рецепторных белков. В мозге человека оксид азота часто действует в синапсе, изменяя уровни cGMP в ответ на активацию рецептора NMDA. Для обеспечения благоприятного пространственного расположения нейронная оксид азота синтеза (nNOS) приближается к рецепторам NMDA через взаимодействие с доменами PDZ на PSD 95, которые одновременно связывают рецепторы nNOS и NMDA. Домены PDZ также играют регуляторную роль в механическом сенсорном сигнализировании в проприоцепторах и вестибулярных и слуховых волосковых клетках. Белок Whirlin (WHRN) локализуется в постсинаптических нейронах волосковых клеток, которые преобразуют механическое движение в потенциалы действия, которые организм может интерпретировать. Белки WHRN содержат три домена PDZ. Домены, расположенные вблизи окончания N, связываются с рецепторными белками и другими сигнальными компонентами. Когда одна из этих доменов PDZ подавлена, сигнальные пути нейронов нарушаются, что приводит к нарушениям слуха, зрения и вестибулярных функций. Считается, что это регулирование основано на физическом расположении WHRN и селективности его домена PDZ. Регуляция белков рецепторов происходит, когда домен PDZ на белке EBP50 связывается с концом C бета- 2 адренергического рецептора (β2 AR). EBP50 также ассоциируется с комплексом, который соединяется с актином, таким образом, служа связующим звеном между цитоскелетом и β2 AR. В конечном итоге β2 АР-рецептор эндоцитозируется, где он либо передается в лизосому для разложения, либо перерабатывается обратно в клеточную мембрану. Ученые показали, что когда серум 411 остатка связывающего домена β2 AR PDZ, который взаимодействует непосредственно с EBP50, фосфорилируется, рецептор деградирует. Если сер 411 не модифицирован, рецептор перерабатывается. Роль, которую играют домены PDZ и их места связывания, указывает на регулятивную значимость, выходящую за рамки простой локализации белка рецептора. Домены PDZ изучаются далее, чтобы лучше понять роль, которую они играют в различных сигнальных путях. Исследования увеличились, поскольку эти области были связаны с различными заболеваниями, включая рак, как обсуждалось выше.

Регулирование деятельности в области ПЗД

Функция домена PDZ может быть как ингибирована, так и активирована различными механизмами. Два наиболее распространенных включают аллостерические взаимодействия и посттрансляционные модификации. Эта модификация в первую очередь является ингибитором домена PDZ и активности лигандов. В некоторых случаях фосфорилирование боковых цепей аминокислот устраняет способность домена PDZ образовывать водородные связи, нарушая нормальные связующие паттерны. Конечным результатом является потеря функции домена PDZ и дальнейшая передача сигналов. Другой способ, которым фосфорилирование может нарушить регулярную функцию домена PDZ, - это изменение соотношения заряда и дальнейшее влияние на связывание и передачу сигналов. В редких случаях исследователи видели, как посттрансляционные модификации активируют активность домена PDZ, но эти случаи редки. Еще одна посттрансляционная модификация, которая может регулировать домены PDZ, - это образование дисульфидных мостов. Многие домены PDZ содержат цистеины и подвержены образованию дисульфидных связей в окислительных условиях. Эта модификация действует в основном как ингибитор функции домена PDZ.