[albert52]

Продолжим.

В сигнальных каскадах очень важную роль играют каркасные белки. Они позволяют образовывать белковые комплексы, взаимодействующие с широким спектром клеточных мишеней. Они объединяют два или более белков, например мембранные рецепторы/транспортеры и цитоплазматические сигнальные молекулы, в относительно стабильной конфигурации, образуя макромолекулярные комплексы. Белки каркаса оказывают свое влияние посредством простого связывания сигнальных белков, правильной ориентации целевых белков или аллостерической сборки компонентов сигнального пути. Они могут усиливать специфичность передачи сигналов путем секвестрации белков, предотвращая нежелательное перекрестное влияние между белками в различных путях передачи сигналов. Они также могут повысить эффективность передачи сигналов за счет увеличения локальной концентрации каждого компонента передачи сигналов.

Каркасы способствуют координации и положительной или отрицательной регуляции специфических сигнальных путей. В этом отношении, в зависимости от субклеточной локализации, из которой исходят активирующие сигналы, определенные каркасы определяют, какие субстраты могут быть фосфорилированы (киназы активируют белки - мишени путем фосфорилирования). Было высказано предположение, что каркасы могут защищать киназы от дефосфорилирования, что может быть связано с тем, что фосфатазы свободно диффундируют и, следовательно, присутствуют в гораздо более низких локальных концентрациях, или фосфатазы могут быть в каркасе стерически затруднены. Отметим, что терминальная киназа должна быть связана довольно свободно, чтобы искать мишени в цитоплазме и ядре после ее активации. Так, в клетках млекопитающих путь MAPK через терминальную киназу ERK запускает различные и часто противоположные клеточные исходы, которые включают пролиферацию, апотоз, миграцию и дифференцировку клеток.

Отметим, что среди регуляторных белков, которые связаны с составляющими сигнального каскада, общепринятым условием для рассмотрения белка как «каркаса» является его способность одновременно связываться по крайней мере с двумя членами такого каскада, образуя функционально стабильный комплекс (затвор для белков). Список белков млекопитающих, которые квалифицируются как каркасы для пути RAS-ERK, постепенно расширился до 15 с лишним членов (всего известно 78 каркасных белков для сигнальных киназных путей, причем 60% каркасных белков связаны с более чем одним путем).

Некоторые частично перекрывающиеся пути участвуют в различных биологических процессах и могут регулироваться различными белками каркаса. Например, один сигнальный путь, а именно PLK1 → WEE1 → CDC2 → CDC25C, связан с каркасным белком PIN1. Этот путь частично перекрывается с путем CDC2 → CSNK2A1 → AKT1, который связан с каркасным белком тирозин-протеин-фосфатазой нерецепторного типа 1 (PTPN1). Хотя CDC2 участвует в обоих путях, два каркасных белка могут обеспечивать специфичность сигнальных путей и предотвращать возможные нежелательные перекрытия между путями.

Также они играют центральную роль в качестве пространственных регуляторов сигналов ERK. Концептуально, если мы рассмотрим клетку, в которой сигналы ERK настраиваются независимо с помощью 15 белков каркаса, большинство из которых действуют специфично для сублокализации, любое изменение экспрессии одного из них должно влиять на общую активность ERK только примерно на одну пятнадцатую. Однако, похоже, это не так. Это можно легко представить, учитывая, что сверхэкспрессия любого каркаса должна оказывать влияние на другие виды каркасов, которые конкурируют за те же пулы киназ, что приводит к увеличению количества неполных комплексов каркасов для каждого каркаса и, следовательно, к менее эффективным. сигнализация в целом. Точно так же истощение каркаса A может даже способствовать передаче сигналов, опосредованной каркасом B, за счет уменьшения конкуренции за те же киназы и тем самым увеличения количества полных комплексов каркаса B.

Таким образом, можно предположить, что, контролируя флуктуации концентраций каркаса, биологическая система найдет эффективный режим для регулирования выходного сигнала MAPKs. Следовательно наклонная экспрессия каркасов вверх или вниз может быть действенным средством ослабления сигналов MAPK. Примечательно, что экспрессия большинства белков каркаса довольно стабильна и не подвержена серьезным немедленным изменениям в ответ на внешние стимулы и другие факторы, которые управляют активацией MAPKs. Здесь интригующий аспект белков каркаса ERK заключается в том, что истощение или избыточная экспрессия любого из них оказывает драматическое влияние на общую интенсивность сигнала ERK (например, при мутациях или амплификации).

Так, стимуляция клеток с помощью EGF загружает B-Raf в KSR1 каркас, также ERK локализуется в этом комплексе и после этого фосфорилируется. Когда стыковка ERK нарушается мутацией, комплекс KSR1-MEK-B-Raf сохраняется даже после стимуляции, в то время как в противном случае почти весь B-Raf покинул бы комплекс. И KSR1, и B-Raf являются мишенями фосфорилирования по обратной связи для ERK, и эти обратные связи усиливаются за счет стыковки ERK. Это фосфорилирование, по-видимому, связано с диссоциацией сигнального комплекса, поскольку показано, что опосредованное ERK фосфорилирование по обратной связи предотвращает устойчивую передачу сигналов ERK.

Т.о. каркасы не только обеспечивают платформу, на которой может происходить передача сигналов, но также регулируют пространственную и временную передачу сигналов MAPK путем направления сигнала в специфические субклеточные компартменты. Например, β-аррестин 2 в основном направляет ERK1 / 2 к ямкам, покрытым клатрином, а Sef захватывает активированный ERK в аппарате Гольджи, предотвращая ядерную транслокацию, но позволяя фосфорилировать субстраты в цитоплазме.
Другой пример - KSR1 (см. выше), который может перемещаться динамически: в покоящихся клетках KSR1 изолируется цитоплазмой. При стимуляции KSR1 перемещается к мембране клетки для облегчения передачи сигналов MAPK, приводя MEK в тесный контакт с его киназой Raf.

Вообще, стержневой концепцией теории каркасов является то, что для любого заданного каркаса существует оптимальная концентрация, которая дает максимальную эффективность сигнала, приводящую к колоколообразной кинетике активации MAPK. В этом процессе субоптимальная активация MAPK происходит как тогда, когда нет достаточных каркасов для объединения всех доступных MAPK, MAPKK и MAPKKK, так и когда чрезмерная концентрация каркасов разбрасывает MAPK, MAPKK и MAPKKK в неполных каркасах, что приводит к непродуктивности комплексов. Это явление получило название «комбинаторное торможение» и «эффект прозоны». Также каркас, который объединяет MEK и ERK, при высоких уровнях экспрессии будет образовывать в основном комплексы только с MEK или только ERK, но только несколько комплексов с MEK и ERK.

В случае каркасов для пути ERK ассоциации между различными объектами были продемонстрированы для: IQGAP1 и MP1, MP1 и MORG1, IQGAP1 и β-аррестина2, паксиллин и GAB1. И такое взаимодействие кажется важным для определенных клеточных процессов. Например, связь между IQGAP1 и MP1, по-видимому, имеет решающее значение для регуляции динамики очаговой адгезии во время клеточной миграции.
Регуляция пути PI3K/AKT с помощью каркасного белка NHERF1 (Na + /H + обменный регуляторный фактор 1) при стимуляции тромбоцитарным фактором роста (PDGF) является одним из наиболее изученных путей. Считается, что особенно слабые сигналы передаются только в присутствии каркасов, так как динамическое перемещение каркаса из цитоплазмы к рецептору на мембране увеличивает шанс успешной инициации сигнала.

NHERF1 может взаимодействовать как с AKT, так и с его негативными регуляторами PTEN и PHLPP. С-концевой хвост PTEN содержит PDZ-связывающий мотив, способный взаимодействовать с доменом PDZ1 NHERF1. NHERF1 связывается с PDGFRβ и рекрутирует PTEN в компартмент мембраны рядом с PDGFR, формируя каркас комплекса между PDGFRβ и PTEN. Этот тройной комплекс регулирует передачу сигналов PI3K/AKT в ответ на лиганд PDGF, избегая сверхактивации пути.
Так, взаимодействие PTEN-NHERF1 повышает стабильность белка PTEN и зависит от статуса фосфорилирования PTEN, поскольку фосфорилирование PTEN уменьшает его привлечение к плазматической мембране. Обычно PTEN деградирует с помощью убиквитинового протеасомного пути, но взаимодействие PTEN-NHERF1 предотвращает связывание PTEN с NEDD4, убиквитин-E3 лигазой, тем самым предотвращая убиквитин-зависимую деградацию PTEN.
Также β-Catenin является хорошо зарекомендовавшим себя партнером NHERF1, который может действовать как позитивный регулятор передачи сигналов Wnt, связываясь как с β-катенином, так и с TCF-1ß, образуя тройной комплекс, усиливающий активность этих факторов транскрипции.