Введение
Семья белков Арестины (сокращенно Arr) - небольшое семейство белков, важных для регулирования передачи сигнала на рецепторах, связанных с белком G. Арестины были впервые обнаружены как часть консервативного двухступенчатого механизма регулирования активности рецепторов, связанных с белком G (GPCRs) в визуальной системе родопсина Германом Кюном, Скотом Холлом и Урсулой Уайлден, а в β-адренергической системе Мартином Дж. Лохсе и его соавторами.
Arrestins (abbreviated Arr) are a small family of proteins important for regulating signal transduction at G protein coupled receptors. Arrestins were first discovered as a part of a conserved two step mechanism for regulating the activity of G protein coupled receptors (GPCRs) in the visual rhodopsin system by Hermann Kühn, Scott Hall, and Ursula Wilden and in the β adrenergic system by Martin J. Lohse and co workers.
Функция
В ответ на стимул GPCR активируют гетеротримерные G- белки. Чтобы отключить эту реакцию или адаптироваться к постоянному стимулу, активные рецепторы должны быть обезчувствительны. Первым шагом в процессе десенсибилизации является фосфорилирование рецептора классом серин/треонинкиназ, называемых G-протеиносоединенными рецепторными киназами (GRK). Фосфорилирование ГРК специально подготавливает активированный рецептор к связыванию с аррестином. Связывание арестина с рецептором блокирует дальнейшую передачу сигналов, опосредованную белком G, и направляет рецепторы для интернализации, а также перенаправляет сигналы на альтернативные независимые от белка G пути, такие как передача сигналов β арестина. Подтипы У млекопитающих четыре подтипа аррестина, и каждый из них известен под несколькими псевдонимами. Систематическое название аррестина (1 4) плюс наиболее широко используемые псевдонимы для каждого подтипа аррестина приведены в черном шрифте ниже: Arrestin 1 первоначально был идентифицирован как S- антиген (SAG), вызывающий увеит (автоиммунное заболевание глаз), затем независимо описан как 48- кДа белок, который связывает светоактивированный фосфорилированный родопсин, прежде чем стало ясно, что оба они одно и то же. Позже он был переименован в визуальный арестин, но когда был клонирован другой специфический визуальный подтип конуса, был придуман термин "стальной арестин". Это также оказалось неправильным названием: аррестин 1 экспрессируется на сопоставимых очень высоких уровнях как в клетках с photoreceptors стержня, так и в клетках с photoreceptors с cones. Арестин 2 был первым клонированным невизуальным арестином. Вначале он был назван β-аррестин просто потому, что два GPCR, доступных в очищенной форме в то время, родопсин и β2 адренергический рецептор, он показал предпочтение последнему. Арест 3. Второй клонированный невизуальный арестин сначала назывался β-аррестин 2 (ретроактивно меняя название β-аррестина на β-аррестин 1), хотя к тому времени было ясно, что невизуальные арестины взаимодействуют со сотнями различных GPCR, а не только с β2-адренергическим рецептором. Вскоре после этого были предложены систематические названия - арретин 2 и арретин 3. Арестин 4 был клонирован двумя группами и назван конусовым арестином, по типу фоторецептора, который его экспрессирует, и X арестином, по хромосоме, где находится его ген. В базе данных HUGO его ген называется аррестин 3'. Рыбы и другие позвоночные, по-видимому, имеют только три арестина: до сих пор не было клонировано эквивалента арестина 2, который является наиболее распространенным невизуальным подтипом у млекопитающих. У протокордального Ciona intestinalis (морской сорочки) есть только один арестин, который служит визуальным в его мобильной личинке с высокоразвитыми глазами и становится общим невидимым у слепого сессивного взрослого. Сохраненные позиции нескольких интронов в его гене и в наших подтипах аррестина предполагают, что они все эволюционировали из этого предка аррестина. Нижние беспозвоночные, такие как Caenorhabditis elegans, также имеют только один аррестин. У насекомых есть arr1 и arr2, первоначально названные "визуальными арестин", потому что они экспрессируются в фоторецепторах, и один невизуальный подтип (курц в Drosophila '). Позже было обнаружено, что arr1 и arr2 играют важную роль в обонятельных нейронах и переименованы в "сенсорные". Грибки имеют далеких родственников аррестин, участвующих в определении рН.
Mammals express four arrestin subtypes and each arrestin subtype is known by multiple aliases. The systematic arrestin name (1 4) plus the most widely used aliases for each arrestin subtype are listed in bold below:
Arrestin 1 was originally identified as the S antigen (SAG) causing uveitis (autoimmune eye disease), then independently described as a 48 kDa protein that binds light activated phosphorylated rhodopsin before it became clear that both are one and the same. It was later renamed visual arrestin, but when another cone specific visual subtype was cloned the term rod arrestin was coined. This also turned out to be a misnomer: arrestin 1 expresses at comparable very high levels in both rod and cone photoreceptor cells. Arrestin 2 was the first non visual arrestin cloned. It was first named β arrestin simply because of the two GPCRs available in purified form at the time, rhodopsin and β2 adrenergic receptor, it showed preference for the latter. Arrestin 3. The second non visual arrestin cloned was first termed β arrestin 2 (retroactively changing the name of β arrestin into β arrestin 1), even though by that time it was clear that non visual arrestins interact with hundreds of different GPCRs, not just with β2 adrenergic receptor. Systematic names, arrestin 2 and arrestin 3, respectively, were proposed soon after that. Arrestin 4 was cloned by two groups and termed cone arrestin, after photoreceptor type that expresses it, and X arrestin, after the chromosome where its gene resides. In the HUGO database its gene is called arrestin 3'. Fish and other vertebrates appear to have only three arrestins: no equivalent of arrestin 2, which is the most abundant non visual subtype in mammals, was cloned so far. The proto chordate Ciona intestinalis (sea squirt) has only one arrestin, which serves as visual in its mobile larva with highly developed eyes, and becomes generic non visual in the blind sessile adult. Conserved positions of multiple introns in its gene and those of our arrestin subtypes suggest that they all evolved from this ancestral arrestin. Lower invertebrates, such as roundworm Caenorhabditis elegans, also have only one arrestin. Insects have arr1 and arr2, originally termed “visual arrestins” because they are expressed in photoreceptors, and one non visual subtype (kurtz in Drosophila''). Later arr1 and arr2 were found to play an important role in olfactory neurons and renamed “sensory”. Fungi have distant arrestin relatives involved in pH sensing.
Распределение тканей
Один или несколько арестин экспрессируются практически в каждой эукариотической клетке. У млекопитающих арестин 1 и арестин 4 в основном ограничены фоторецепторами, тогда как арестин 2 и арестин 3 повсеместно присутствуют. Нейроны имеют самый высокий уровень экспрессии обоих невизуальных подтипов. В нейронных прекурсорах оба экспрессируются на сопоставимых уровнях, тогда как в зрелых нейронах арстеин 2 присутствует в 10 - 20 раз выше, чем арстеин 3.
Механизм
Арестины блокируют связь GPCR с G- белками двумя способами. Во-первых, связывание аррестина с цитоплазматической поверхностью рецептора перекрывает связывающее место для гетеротримерного белка G, предотвращая его активацию (десенсибилизацию). Во-вторых, аррестин связывает рецептор с элементами механизма интернализации, клатрином и клатриновым адаптером AP2, который способствует интернализации рецептора через покрытые ямы и последующей транспортировке во внутренние отсеки, называемые эндосомами. Впоследствии рецептор может быть направлен в отделения деградации (лизосомы) или переработан обратно в плазменную мембрану, где он снова может подавать сигнал. Сила взаимодействия аррестин-рецептора играет роль в этом выборе: более жесткие комплексы, как правило, увеличивают вероятность деградации рецептора (класс В), тогда как более преходящие комплексы способствуют рециркуляции (класс А), хотя это правило далеко не абсолютное. Эти недавние результаты представляют собой механизм сигнализации GPCR, отличный от канонической активации белка G и десенсибилизации β-аррестина, при которой GPCR вызывают образование комплексов сигнализации Gαi:β-аррестина.
Структура
Арестины представляют собой удлиненные молекулы, в которых несколько внутримолекулярных взаимодействий сохраняют относительную ориентацию двух доменов. Нестимулированные клеточные арестины локализуются в цитоплазме в базальной конформации неактивные. Активные фосфорилированные GPCR привлекают арстеин к плазменной мембране. Связывание с рецептором вызывает глобальное конформационное изменение, которое включает в себя перемещение двух доменов арестина и высвобождение его C- терминального хвоста, содержащего клатрина и AP2- связывающие участки. Повышенная доступность этих участков в связанном с рецептором аррестине направлена на комплекс рецепторов аррестина в покрытую ямку. Арестины также связывают микротубулы (часть клеточного "скелета"), где они принимают еще одну конформацию, отличную от свободной и связанной с рецепторами формы. Арестин, связанный с микротубулами, привлекает определенные белки к цитоскелету, что влияет на их активность и/или перенаправляет их на связанные с микротубулами белки. Задерживает перемещение между клеточным ядром и цитоплазмой. Их ядерные функции не полностью изучены, но было показано, что все четыре подтипа арестина у млекопитающих удаляют некоторых из своих партнеров, таких как белковая киназа JNK3 или убиквитинлигаза Mdm2, из ядра. Арестины также модифицируют экспрессию генов, усиливая транскрипцию определенных генов.