ДНКаза, активируемая каспазой - Caspase-activated DNase

DFFB
Белок DFFB PDB 1ibx.png
Доступные конструкции
PDBПоиск ортолога: PDBe RCSB
Идентификаторы
ПсевдонимыDFFB, Фактор фрагментации ДНК, 40 кДа, бета-полипептид (ДНКаза, активируемая каспазой), CAD, CPAN, DFF-40, DFF2, DFF40, субъединица фактора фрагментации ДНК бета
Внешние идентификаторыOMIM: 601883 MGI: 1196287 ГомолоГен: 3241 Генные карты: DFFB
Расположение гена (человек)
Хромосома 1 (человек)
Chr.Хромосома 1 (человек)[1]
Хромосома 1 (человек)
Геномное расположение DFFB
Геномное расположение DFFB
Группа1п36.32Начинать3,857,267 бп[1]
Конец3,885,429 бп[1]
Экспрессия РНК шаблон
PBB GE DFFB 206752 s в формате fs.png
Дополнительные данные эталонного выражения
Ортологи
РазновидностьЧеловекМышь
Entrez

1677

13368

Ансамбль

ENSG00000169598

ENSMUSG00000029027

UniProt

O76075

O54788

RefSeq (мРНК)

NM_007859

RefSeq (белок)

NP_001269598
NP_001307061
NP_001307065
NP_004393

NP_031885

Расположение (UCSC)Chr 1: 3.86 - 3.89 МбChr 4: 153.96 - 153.98 Мб
PubMed поиск[3][4]
Викиданные
Просмотр / редактирование человекаПросмотр / редактирование мыши
Фактор фрагментации ДНК 40 кДа
PDB 1v0d EBI.jpg
Кристаллическая структура ДНКазы, активируемой каспазой (CAD)
Идентификаторы
СимволDFF40
PfamPF09230
ИнтерПроIPR015311
SCOP21v0d / Объем / СУПФАМ

ДНКаза, активируемая каспазой (CAD) или же Субъединица фактора фрагментации ДНК бета это белок что у людей кодируется DFFB ген.[5][6][7] Он расщепляет ДНК во время апоптоза и способствует дифференцировке клеток. Обычно это неактивный мономер, ингибируемый ICAD. Это расщепляется перед димеризацией.

Функция

Апоптоз - это процесс самоуничтожения клетки, который удаляет токсичные и / или бесполезные клетки во время развития млекопитающих и других жизненных процессов. Апоптотический процесс сопровождается сжатием и фрагментацией клеток и ядер и деградацией хромосомной ДНК на нуклеосомные единицы. Фактор фрагментации ДНК (DFF) представляет собой гетеродимерный белок 40 кДа (DFFB) и 45 кДа (DFFA ) субъединицы. DFFA является субстратом для каспазы-3 и запускает фрагментацию ДНК во время апоптоза. DFF активируется, когда DFFA расщепляется каспазой-3. Расщепленные фрагменты DFFA диссоциируют от DFFB, активного компонента DFF. Было обнаружено, что DFFB запускает как фрагментацию ДНК, так и конденсацию хроматина во время апоптоза. Для этого гена было обнаружено множество альтернативно сплайсированных вариантов транскриптов, кодирующих различные изоформы, но биологическая ценность некоторых вариантов не была определена.[7]

CAD и ICAD формы

Несмотря на то, что этот ген присутствует в каждой клетке, этот белок экспрессируется только в различных тканях и различных клетках, таких как поджелудочная железа, сердце, толстая кишка, лейкоциты, простата, яичник, плацента, почки, селезенка и тимус.[8]

Он также известен как нуклеаза, активируемая каспазой (CPAN), фактор фрагментации ДНК 40 (DFF-40), DFF2 и DFFB. Кроме того, существуют другие номенклатуры в результате объединения предыдущих.[8][9][10][11]

Структура

Этот гетеродимер - эндонуклеаза[9][12][13] с высоким содержанием цистеин остатки.[11] Он остается неактивным в растущих клетках, пока связан со своим ингибитором (ICAD, субъединица 45 кДа фактора фрагментации ДНК, DFFA или DFF45), что приводит к сложному ICAD-CAD.[8][9][11][12][14][15][16][17] Их диссоциация позволяет DFF40 олигомеризоваться с образованием большого функционального комплекса, который сам по себе является активной ДНКазой.[11][12][15][16][17]

Субблок DFF40 или CAD

Он весит 40 кДа. Более того, он содержит три домена, составляющих мономер CAD: C1 или N-концевой CAD; C2, которые соответствуют трем отдельным α-цепочкам, и, наконец, C3, которая является самой большой и функционально самой важной. Более того, объединение аминокислот C3 приводит к образованию 5 α-спиралей, 4 β-пластинок и петли на каталитическом C-конце, которые взаимодействуют друг с другом. Таким образом, образуется полость (активный центр), в которую может поместиться ДНК, даже несмотря на то, что существует еще одна связывающая область, ответственная за стабильный комплекс ДНК во время его фрагментации.[8][14][18]

Субблок DFF45 или ICAD

DFFA кодируется альтернативно зашифрованной мРНК, образующей две разные формы: короткую (ICAD-S) и длинную (ICAD-L), которые действуют как специфический шаперон, обеспечивающий правильное сворачивание CAD[10][11][17] Кроме того, он содержит два остатка аспарагиновой кислоты (Asp117 и Asp224), по которым идентифицируется CAD, и, следовательно, он остается связанным до тех пор, пока Каспаза-3 раскалывает этот союз.[10][14]

Процесс активации

Обычно в неапоптотических растущих клетках ДНК, активированная каспазой, находится под контролем и инактивирована в цитоплазме благодаря ассоциации с ее ингибитором, ингибитором ДНКазы, активируемой каспазой (ICAD), также известной как фактор фрагментации ДНК 45 кДа (DFF45).

ICAD кодируется альтернативно сплайсированными мРНК, которые генерируют длинные (ICAD-L) и короткие (ICAD-S) формы ICAD. Следовательно, ICAD выполняет двойную функцию; он действует как ингибитор CAD, а также как сопровождающий для синтеза CAD, способствующего правильной сборке белка.[19]

ICAD имеет два сайта распознавания каспаз в Asp117 и Asp224. Освобождение CAD от ингибирования ICAD достигается расщеплением ICAD по этим остаткам Asp с помощью каспаза-3.[20]

Каспаза-3 активируется в апоптотической клетке.[9] Активация каспазы-3 необходима клеткам на ранних стадиях дифференцировки скелетных миобластов. Его каталитический сайт включает сульфогидрильную группу Cys-285 и имидазольное кольцо его His-237. Caspase-3 His-237 стабилизирует целевой аспартат, вызывая разрыв ассоциации ICAD и CAD, оставляя эндонуклеазу CAD активной, позволяя ей разрушать хромосомную ДНК.

После высвобождения ингибитора и для правильного функционирования два мономера CAD должны объединиться, чтобы сформировать функциональный димер, обладающий вертикальной симметрией.

Взаимодействия

DFFB был показан взаимодействовать с DFFA.[21][22]

Дифференциация клеток

Caspase 3 отвечает за клеточная дифференциация, хотя неясно, как этот вид белка может способствовать клетке апоптоз. Сигналы каспазы, возникающие в результате активации нуклеазы CAD, указывают на то, что дифференцировка клеток происходит из-за модификации CAD в структуре хроматина.

CAD приводит к инициированию разрыва цепи ДНК, который происходит во время терминальной дифференцировки некоторых клеток, таких как клетки скелетных мышц. Нацеливание на промотор p21 отвечает за индукцию дифференцировки клеток, чему способствует изменение ядерного микроокружения ДНК.[23]

Разнообразие клеток возникает из-за дифференцировки клеток, которую связывают с активацией определенных факторов транскрипции. Это также зависит от активности белка или общего сигнала. Фактором, который, по-видимому, способствует большей дифференцировке клеток, является протеаза каспаза-3.[24] Это было идентифицировано как предпоследняя стадия пути апоптоза клетки.

Некоторые исследования показали, что эта дифференциация происходит из-за многих субстратов киназы CAD. Что касается примера скелетных клеток, их дифференцировка связана с расщеплением киназы MST1.[25]

Более того, было замечено, что CAD участвует в формировании генома, ДНК которого разрывается на ранних стадиях дифференцировки клеток. Кроме того, каспаза 3 индуцирует разрывы ДНК в промоторе фактора p21, и этот разрыв цепи связан с экспрессией гена p21.

Апоптотическая смерть клеток

Протеин-каспаза-ДНКаза - это эндонуклеаза, участвующая в процессе апоптоза клетки, которая способствует разрушению ДНК.[26] Апоптотическая смерть клетки - это процесс, выполняемый цистеин протеазы[27] что позволяет животным сохранять гомеостаз, также регулируется другими механизмами, такими как рост и дифференцировка клеток. Этот биологический ответ характеризуется хромосомным ДНК Распад на крошечные фрагменты внутри ядра клетки.[28] После многих исследований и исследований удалось убедиться, что активируемая каспазой ДНКаза является основной причиной этого разрушения из-за длинного списка стимулов.

Один из экспериментов, проведенных исследователями с целью доказать, что теория основана на введении мутированной формы этого белка как внутрь человеческих клеток TF-1, так и Клетки Jurkat, которые уже прореагировали на обычную (не мутировавшую) форму эндонуклеазы, и они умерли от апоптоза. В результате эти клетки погибли с учетом этой генетической модификации, но не показали разрыва ДНК. Это было ключевым доказательством того, что CAD-форма участвует в этой части процесса, поскольку без ее участия фрагментация не происходила бы.[29]

Позже было обнаружено, что способ, которым этот белок индуцирует разрыв ДНК, объясняется его формами CAD и ICAD, которые облегчают как вход, так и выход в ядре клетки.[28]

Рекомендации

  1. ^ а б c ГРЧ38: Ансамбль выпуск 89: ENSG00000169598 - Ансамбль, Май 2017
  2. ^ а б c GRCm38: выпуск Ensembl 89: ENSMUSG00000029027 - Ансамбль, Май 2017
  3. ^ "Справочник человека по PubMed:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США.
  4. ^ "Ссылка на Mouse PubMed:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США.
  5. ^ Лю X, Zou H, Slaughter C, Ван X (апрель 1997 г.). «DFF, гетеродимерный белок, который функционирует ниже каспазы-3, чтобы вызвать фрагментацию ДНК во время апоптоза». Клетка. 89 (2): 175–84. Дои:10.1016 / S0092-8674 (00) 80197-X. PMID  9108473. S2CID  14800864.
  6. ^ Халенбек Р., Макдональд Х., Рулстон А., Чен Т. Т., Конрой Л., Уильямс Л. Т. (апрель 1998 г.). «CPAN, человеческая нуклеаза, регулируемая чувствительным к каспазе ингибитором DFF45». Текущая биология. 8 (9): 537–40. Дои:10.1016 / S0960-9822 (98) 79298-X. PMID  9560346. S2CID  9837862.
  7. ^ а б «Ген Entrez: фактор фрагментации ДНК DFFB, 40 кДа, бета-полипептид (ДНКаза, активируемая каспазой)».
  8. ^ а б c d Дэвидсон-колледж. «Дезоксирибонуклеаза, активированная каспазой (CAD)». Получено 21 янв 2016.
  9. ^ а б c d Юсте В.Дж., Санчес-Лопес И., Соле С., Мубарак Р.С., Баяскас Дж. Р., Дольче Х и др. (Октябрь 2005 г.). «Вклад фактора, вызывающего апоптоз, ДНКазы, активируемой каспазой, и ингибитора ДНКазы, активируемой каспазой, в ядерный фенотип и деградацию ДНК во время апоптоза». Журнал биологической химии. 280 (42): 35670–83. Дои:10.1074 / jbc.M504015200. PMID  16049016.
  10. ^ а б c Сакахира Х., Ивамацу А., Нагата С. (март 2000 г.). «Специфическая шапероноподобная активность ингибитора каспазо-активируемой ДНКазы для каспазо-активируемой ДНКазы». Журнал биологической химии. 275 (11): 8091–6. Дои:10.1074 / jbc.275.11.8091. PMID  10713130.
  11. ^ а б c d е Сакахира Х., Энари М., Нагата С. (май 1999 г.). «Функциональные различия двух форм ингибитора каспазо-активируемой ДНКазы, ICAD-L и ICAD-S». Журнал биологической химии. 274 (22): 15740–4. Дои:10.1074 / jbc.274.22.15740. PMID  10336474.
  12. ^ а б c Джог Н.Р., Фрисони Л., Ши К., Монестиер М., Эрнандес С., Крафт Дж., Прак ЕТ, Кариккио Р. (апрель 2012 г.). «Каспазо-активируемая ДНКаза необходима для поддержания толерантности к ядерным аутоантигенам волчанки». Артрит и ревматизм. 64 (4): 1247–56. Дои:10.1002 / арт.33448. ЧВК  3292632. PMID  22127758.
  13. ^ Видлак П., Ланушевска Дж., Кэри Р. Б., Гаррард В. Т. (июль 2003 г.). «Субъединичные структуры и стехиометрия белков фактора фрагментации ДНК человека до и после индукции апоптоза». Журнал биологической химии. 278 (29): 26915–22. Дои:10.1074 / jbc.M303807200. PMID  12748178.
  14. ^ а б c Reh S, Korn C, Gimadutdinow O, Meiss G (декабрь 2005 г.). «Структурная основа для образования стабильного комплекса ДНК с помощью каспазо-активируемой ДНКазы». Журнал биологической химии. 280 (50): 41707–15. Дои:10.1074 / jbc.m509133200. PMID  16236713.
  15. ^ а б Видлак П., Ли П., Ван Х, Гаррард В. Т. (март 2000 г.). «Предпочтение расщепления апоптотической эндонуклеазой DFF40 (ДНКаза или нуклеаза, активируемая каспазой) на голой ДНК и субстратах хроматина». Журнал биологической химии. 275 (11): 8226–32. Дои:10.1074 / jbc.275.11.8226. PMID  10713148.
  16. ^ а б Шариф-Аскари Е., Алам А., Реом Е., Бересфорд П. Дж., Скотто К., Шарма К., Ли Д., ДеВольф В. Е., Наттолл М. Е., Либерман Дж., Секали Р. П. (июнь 2001 г.). «Прямое расщепление фактора фрагментации ДНК человека-45 гранзимом В вызывает высвобождение активируемой каспазой ДНКазы и фрагментацию ДНК». Журнал EMBO. 20 (12): 3101–13. Дои:10.1093 / emboj / 20.12.3101. ЧВК  150191. PMID  11406587.
  17. ^ а б c Лю X, Zou H, Widlak P, Garrard W, Wang X (май 1999). «Активация апоптотической эндонуклеазы DFF40 (активируемая каспазой ДНКаза или нуклеаза). Олигомеризация и прямое взаимодействие с гистоном H1». Журнал биологической химии. 274 (20): 13836–40. Дои:10.1074 / jbc.274.20.13836. PMID  10318789.
  18. ^ Уэгаки К., Отомо Т., Сакахира Х., Симидзу М., Юмото Н., Кёгоку Ю., Нагата С., Ямадзаки Т. (апрель 2000 г.). «Структура домена CAD каспазо-активируемой ДНКазы и взаимодействие с доменом CAD ее ингибитора». Журнал молекулярной биологии. 297 (5): 1121–8. Дои:10.1006 / jmbi.2000.3643. PMID  10764577.
  19. ^ PDB: 1V0D​; Woo EJ, Kim YG, Kim MS, Han WD, Shin S, Robinson H и др. (Май 2004 г.). «Структурный механизм инактивации и активации CAD / DFF40 в апоптотическом пути». Молекулярная клетка. 14 (4): 531–9. Дои:10.1016 / S1097-2765 (04) 00258-8. PMID  15149602.
  20. ^ «CASP3 каспаза 3 [Homo sapiens (человек)] - Ген - NCBI».
  21. ^ Юинг Р.М., Чу П., Элизма Ф., Ли Х., Тейлор П., Клими С. и др. (2007). «Крупномасштабное картирование белок-белковых взаимодействий человека с помощью масс-спектрометрии». Молекулярная системная биология. 3 (1): 89. Дои:10.1038 / msb4100134. ЧВК  1847948. PMID  17353931.
  22. ^ Маккарти Дж. С., Тох С. Ю., Ли П. (октябрь 1999 г.). «Изучение DFF45 в его роли шаперона и ингибитора: два независимых домена ингибирования нуклеазной активности DFF40». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 264 (1): 176–80. Дои:10.1006 / bbrc.1999.1497. PMID  10527860.
  23. ^ Ларсен Б.Д., Рампалли С., Бернс Л. Э., Брюнет С., Дилворт Ф. Дж., Мегени Л. А. (март 2010 г.). «Каспаза 3 / ДНКаза, активируемая каспазой, способствуют дифференцировке клеток, вызывая разрывы цепи ДНК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 107 (9): 4230–5. Bibcode:2010ПНАС..107.4230Л. Дои:10.1073 / pnas.0913089107. ЧВК  2840077. PMID  20160104.
  24. ^ Фернандо П., Мегени Л.А. (январь 2007 г.). «Является ли каспазозависимый апоптоз только клеточной дифференцировкой, доведенной до крайности?». Журнал FASEB. 21 (1): 8–17. Дои:10.1096 / fj.06-5912hyp. PMID  17093139.
  25. ^ Фернандо П., Келли Дж. Ф., Балажи К., Slack RS, Мегени Л.А. (август 2002 г.). «Активность каспазы 3 необходима для дифференциации скелетных мышц». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 99 (17): 11025–30. Bibcode:2002PNAS ... 9911025F. Дои:10.1073 / pnas.162172899. ЧВК  123204. PMID  12177420.
  26. ^ Лай СК, Вонг CH, Ли Ю.П., Ли Хай (июнь 2011 г.). «Опосредованная каспазой-3 деградация конденсина Cap-H регулирует гибель митотических клеток». Гибель клеток и дифференциация. 18 (6): 996–1004. Дои:10.1038 / cdd.2010.165. ЧВК  3131938. PMID  21151026.
  27. ^ Марсден В.С., О'Коннор Л., О'Рейли Л.А., Силке Дж., Меткалф Д., Экерт П.Г., Хуанг Д.К., Чеккони Ф., Куида К., Томаселли К.Дж., Рой С., Николсон Д.В., Во Д.Л., Булье П., Адамс Дж.М., Штрассер А (октябрь 2002 г.). «Апоптоз, инициированный Bcl-2-регулируемой активацией каспазы независимо от апоптосомы цитохрома с / Apaf-1 / каспаза-9». Природа. 419 (6907): 634–7. Bibcode:2002Натура.419..634М. Дои:10.1038 / природа01101. PMID  12374983. S2CID  4415828.
  28. ^ а б Энари М., Сакахира Х., Йокояма Х., Окава К., Ивамацу А., Нагата С. (январь 1998 г.). «Активированная каспазой ДНКаза, которая разрушает ДНК во время апоптоза, и ее ингибитор ICAD». Природа. 391 (6662): 43–50. Bibcode:1998Натура 391 ... 43Э. Дои:10.1038/34112. PMID  9422506. S2CID  4407426.
  29. ^ Макилрой Д., Сакахира Х., Таланян Р. В., Нагата С. (август 1999 г.). «Участие активированной каспазой 3 ДНКазы в межнуклеосомном расщеплении ДНК, вызванном различными апоптотическими стимулами». Онкоген. 18 (31): 4401–8. Дои:10.1038 / sj.onc.1202868. PMID  10442630.

дальнейшее чтение