Фосфатидилинозитол 5-фосфат - Phosphatidylinositol 5-phosphate

Фосфатидилинозитол 5-фосфат (PtdIns5P) представляет собой фосфоинозитид, одно из фосфорилированных производных фосфатидилинозитола (PtdIns), которые представляют собой хорошо зарекомендовавшие себя регуляторные молекулы, заякоренные в мембране. Фосфоинозитиды участвуют в сигнальных событиях, которые контролируют динамику цитоскелета, перемещение внутриклеточной мембраны, пролиферацию клеток и многие другие клеточные функции. Обычно фосфоинозитиды передают сигналы, рекрутируя специфические фосфоинозитид-связывающие белки на внутриклеточные мембраны.[1]

Фосфатидилинозитол-5-фосфат является одним из 7 известных клеточных фосфоинозитидов с менее изученными функциями. Он фосфорилируется в положении D-5 головной группы инозита, которая связана через фосфодиэфирную связь с диацилглицерином (с различным химическим составом ацильных цепей, часто с 1-стеароил-2-арахидоноильной цепью). В покоящихся клетках в среднем PtdIns5P имеет такое же или более высокое содержание по сравнению с PtdIns3P и в ~ 20-100 раз ниже уровней PtdIns4P (Фосфатидилинозитол 4-фосфат и PtdIns (4,5) P2 (Фосфатидилинозитол 4,5-бисфосфат ).[2]Примечательно, что стабильные уровни PtdIns5P более чем в 5 раз выше, чем у PtdIns (3,5) P2.[3][4]

PtdIns5P был впервые продемонстрирован методом ВЭЖХ (жидкостная хроматография высокого давления ) в фибробластах мыши в качестве субстрата для синтеза PtdIns (4,5) P2 киназами PIP II типа (1-фосфатидилинозитол-5-фосфат 4-киназа ).[5] Однако во многих типах клеток PtdIns5P не обнаруживается с помощью ВЭЖХ из-за технических ограничений, связанных с его плохим отделением от обильного PtdIns4P.[6] Скорее, PtdIns5P измеряется с помощью «анализа массы», где PtdIns5P (как часть экстрагированных клеточных липидов) превращается in vitro очищенной 4-киназой PtdIns5P в PtdIns (4,5) P2, который впоследствии определяется количественно.[7]

На основании исследований с использованием массового анализа[6] и улучшенный метод ВЭЖХ,[8] PtdIns5P обнаружен во всех исследованных клетках млекопитающих. Большая часть клеточного PtdIns5P находится на цитоплазматических мембранах, тогда как меньшая часть находится в ядре.[9] Цитоплазматический и ядерный пулы имеют разные функции и регуляцию.[10]

Метаболизм

Клеточный PtdIns5P может быть продуцирован D-5-фосфорилированием фосфатидилинозитола или дефосфорилированием PtdIns (3,5) P2 или PtdIns (4,5) P2. Каждая из этих возможностей подтверждена экспериментально. PtdIns5P синтезируется in vitro с помощью PIKfyve, фермент, ответственный за производство PtdIns (3,5) P2,[11][12] а также от [PIP5K] s.[13] Основная роль PIKfyve в синтезе клеточного PtdIns5P подтверждается данными о снижении уровней массы PtdIns5P при гетерологичной сверхэкспрессии ферментативно неактивного точечного мутанта PIKfyve (PIKfyveK1831E).[6][14] и подавление PIKfyve малыми интерферирующими РНК.[15] Такая роль подтверждается данными о трансгенных фибробластах с одним генетически нарушенным аллелем PIKfyve, демонстрируя одинаковое снижение устойчивых уровней PtdIns5P и PtdIns (3,5) P2. [3]

Аналогичным образом, аналогичное снижение PtdIns5P и PtdIns (3,5) P2 обнаруживается в фибробластах с нокаутом активатора PIKfyve.[16] АрПИКфыв /VAC14.[4] Это экспериментальное свидетельство в сочетании с тем фактом, что клеточные уровни PtdIns5P более чем в 5 раз превышают уровни PtdIns (3,5) P2, указывают на преобладающую роль PIKfyve в поддержании стабильных уровней PtdIns5P посредством фосфорилирования фосфатидилинозитола D-5. .

Роль семейства белков миотубулярина в продукции PtdIns5P была предложена на основании дефосфорилирования PtdIns (3,5) P2 за счет сверхэкспрессии миотубуларин 1. [17] Соответственно, генетическое устранение миотубулярного белка 2 (MTMR2 ) вызывает повышение клеточного PtdIns (3,5) P2 и снижение PtdIns5P.[18]Низкие клеточные уровни PtdIns (3,5) P2 позволяют предположить, что активность миотубуляринфосфатазы играет второстепенную роль в поддержании стабильных уровней PtdIns5P. Важно отметить, что PtdIns (3,5) P2 синтезируется из PtdIns3P комплексом PIKfyve, который включает ArPIKfyve и Sac3 /Рис4.[19] Примечательно, что комплекс PIKfyve лежит в основе как синтеза PtdIns (3,5) P2, так и превращения в PtdIns3P. [20] Относительная доля оборота PtdIns (3,5) P2 с помощью миотубулярных фосфатаз по сравнению с Sac3 неизвестна.

PtdIns5P также может быть продуцирован дефосфорилированием PtdIns (4,5) P2. Такая фосфатазная активность проявляется для Шигелла флекснери эффектор IpgD[21] и две фосфатазы млекопитающих - PtdIns (4,5) P2 4-фосфатаза типа I и типа II.[22]

В настоящее время неизвестна фосфатаза млекопитающих, специфически дефосфорилирующая PtdIns5P. Путь к клиренсу PtdIns5P включает синтез PtdIns (4,5) P2.[10]

Функции

Уровни PtdIns5P значительно изменяются в ответ на физиологические и патологические раздражители. Инсулин,[8][23] тромбин,[7] Активация Т-клеток,[24] и трансформация клеток тирозинкиназой анапластической лимфомы нуклеофозмина (NPM-ALK),[15] вызывают повышение клеточных уровней PtdIns5P. Напротив, гипоосмотический шок[6] и лечение гистамином[25] снизить уровни PtdIns5P. В Т-клетках два белка «ниже тирозинкиназы» DOK1 и DOK2 предлагаются как PtdIns5P-связывающие белки и эффекторы.[24]

Как и другие фосфоинозитиды, PtdIns5P также присутствует в ядре клеток млекопитающих.[26] Ядерный пул PtdIns5P контролируется ядерной PtdIns (4,5) P2 4-фосфатазой I типа, которая в сочетании с киназой PIPKIIbeta играет роль в УФ-стрессе, апоптозе и развитии клеточного цикла.[9][27][28]

Функция PtdIns5P в передаче ядерных сигналов, вероятно, включает ING2, член семьи ING. Белки этого семейства связывают и модулируют активность гистон ацетилазы и деацетилазы, а также индуцируют апоптоз через p53 ацетилирование. ING2 взаимодействует с PtdIns5P через его мотив пальца гомеодомена растения (PHD).[29]

Таким образом, имеющиеся данные указывают на то, что активность PIKfyve является основным источником стабильного клеточного PtdIns5P. При определенных условиях PtdIns5P продуцируется дефосфорилированием бис-фосфоинозитидов. PtdIns5P участвует в регуляции как основных клеточных функций, так и ответов на множество физиологических и патологических стимулов с помощью еще не определенных молекулярных механизмов.

Рекомендации

  1. ^ Ди Паоло Г., Де Камилли П. Фосфоинозитиды в регуляции клеток и мембранной динамике. Природа. 2006 г., 12 октября; 443 (7112): 651-7. PMID  17035995
  2. ^ Шишева А. Регулирование динамики везикул Glut4 с помощью фосфоинозитидкиназ и фосфоинозитидфосфатаз. Front Biosci. 1 сентября 2003 г .; 8: s945-6. Рассмотрение. PMID  12957825
  3. ^ а б Икономов О.К., Сбрисса Д., Дельвекчио К., Се Й., Джин Дж. П., Рапполи Д., Шишева А. Фосфоинозитидкиназа PIKfyve жизненно важна для раннего эмбрионального развития: доимплантационная летальность PIKfyve - / - эмбрионов, но нормальность PIKfyve +/- мышей. J Biol Chem. 2011 15 апреля; 286 (15): 13404-13. Epub 2011 24 февраля. PMID  21349843
  4. ^ а б Чжан Ю., Золов С.Н., Чоу С.Ю., Слуцкий С.Г., Ричардсон С.К., Пайпер Р.С., Янг Б., Нау Дж.Дж., Вестрик Р.Дж., Моррисон С.Дж., Мейслер М.Х., Вайсман Л.С. Потеря Vac14, регулятора сигнального липида фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфата, приводит к нейродегенерации у мышей. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2007 30 октября; 104 (44): 17518-23. Epub 2007 23 октября. PMID  17956977
  5. ^ Рамех Л.Е., Толиас К., Дакворт, Британская Колумбия, Кэнтли, LC. Новый путь синтеза фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата. Природа. 1997 13 ноября; 390 (6656): 192-6. PMID  9367159
  6. ^ а б c d Sbrissa D, Ikonomov OC, Deeb R, Shisheva A. Биосинтез фосфатидилинозитол-5-фосфата связан с PIKfyve и участвует в пути осмотического ответа в клетках млекопитающих. J Biol Chem. 2002 6 декабря; 277 (49): 47276-84. Epub 2002 20 сентября. PMID  12270933
  7. ^ а б Моррис Дж. Б., Хинчлифф К. А., Сируэла А., Летчер А. Дж., Ирвин РФ. Стимуляция тромбина тромбоцитов вызывает повышение уровня фосфатидилинозитол-5-фосфата, выявленное при массовом анализе. FEBS Lett. 2000, 9 июня; 475 (1): 57-60. PMID  10854858
  8. ^ а б Саркес Д., Рамех Л.Е. Новый подход на основе ВЭЖХ делает возможным пространственную характеристику клеточного PtdIns5P и других фосфоинозитидов. Biochem J. 2010, 27 мая; 428 (3): 375-84. PMID  20370717
  9. ^ а б Zou J, Marjanovic J, Kisseleva MV, Wilson M, Majerus PW. Фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат-4-фосфатаза I типа регулирует индуцированный стрессом апоптоз. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2007 23 октября; 104 (43): 16834-9. Epub 2007 16 октября. PMID  17940011
  10. ^ а б Грейнджер Д.Л., Тавелис С., Райан А.Дж., Хинчлифф К.А. Возникающая роль PtdIns5P: его место занимает другой сигнальный фосфоинозитид. Biochem Soc Trans. 2012 1 февраля; 40 (1): 257-61. PMID  22260701
  11. ^ Сбрисса Д., Иконов О.К., Шишева А. ПИКфив, ортолог дрожжевой липидкиназы Fab1p, синтезирует 5-фосфоинозитиды. Эффект инсулина. J Biol Chem. 1999 30 июля; 274 (31): 21589-97. PMID  10419465
  12. ^ Шишева А. ПИКфыве: дорога на ПТДИНС 5-П и ПТДИНС 3,5-П (2). Cell Biol Int. 2001; 25 (12): 1201-6. PMID  11748912.
  13. ^ Толиас К.Ф., Рамех Л.Э., Исихара Х., Шибасаки Ю., Чен Дж., Прествич Г.Д., Кэнтли Л.К., Карпентер К.Л. Фосфатидилинозитол-4-фосфат-5-киназы типа I синтезируют новые липиды: фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфат и фосфатидилинозитол-5-фосфат. J Biol Chem. 1998 17 июля; 273 (29): 18040-6. PMID  9660759
  14. ^ Шишева А. П.ИКфыве: Партнеры, значение, споры и парадоксы. Cell Biol Int. 2008 июн; 32 (6): 591-604. Epub 2008 25 января. Обзор.PMID  18304842
  15. ^ а б Coronas S, Lagarrigue F, Ramel D, Chicanne G, Delsol G, Payrastre B, Tronchère H. Повышенные уровни PtdIns5P в клетках, трансформированных NPM-ALK: значение PIKfyve. Biochem Biophys Res Commun. 25 июля 2008 г .; 372 (2): 351-5. Epub 2008 22 мая. PMID  18501703
  16. ^ Sbrissa D, Ikonomov OC, Strakova J, Dondapati R, Mlak K, Deeb R, Silver R, Shisheva A. Ортолог Saccharomyces cerevisiae Vac14 у млекопитающих, который ассоциирует и регулирует активность фосфоинозитид-5-киназы PIKfyve. Сбрисса Д., Иконов О.К., Стракова Дж., Дондапати Р., Млак К., Диб Р., Сильвер Р., Шишева А. Mol Cell Biol. 2004 декабрь; 24 (23): 10437-47.PMID  15542851
  17. ^ Tronchère H, Laporte J, Pendaries C, Chaussade C, Liaubet L, Pirola L, Mandel JL, Payrastre B. Производство фосфатидилинозитол-5-фосфата фосфоинозитид-3-фосфатазой миотубулярином в клетках млекопитающих. J Biol Chem. 2004 20 февраля; 279 (8): 7304-12. Epub 2003 1 декабря. PMID  14660569
  18. ^ Vaccari I, Dina G, Tronchère H, Kaufman E, Chicanne G, Cerri F, Wrabetz L, Payrastre B, Quattrini A, Weisman LS, Meisler MH, Bolino A. Генетическое взаимодействие между фосфолипидными фосфатазами MTMR2 и FIG4, участвующими в развитии Charcot-Marie- Зубные невропатии. PLoS Genet. 2011 Октябрь; 7 (10): e1002319. Epub 2011 20 октября. PMID  22028665
  19. ^ Сбрисса Д., Иконов О.К., Фу З., Иджуин Т., Грюнберг Дж., Такенава Т., Шишева А. Аппарат основного белка для синтеза и обмена фосфатидилинозитол-3,5-бисфосфата у млекопитающих, который регулирует прогрессирование эндосомного транспорта. Новая Sac-фосфатаза присоединяется к комплексу ArPIKfyve-PIKfyve. J Biol Chem. 2007, 17 августа; 282 (33): 23878-91. Epub 2007 7 июня. PMID  17556371
  20. ^ Икономов О.К., Сбрисса Д., Феннер Х., Шишева А. Основной комплекс PIKfyve-ArPIKfyve-Sac3: места контакта и их последствия для активности фосфатазы Sac3 и гомеостаза эндоцитарной мембраны. J Biol Chem. 18 декабря 2009 г .; 284 (51): 35794-806. PMID  19840946
  21. ^ Niebuhr K, Giuriato S, Pedron T., Philpott DJ, Gaits F, Sable J, Sheetz MP, Parsot C, Sansonetti PJ, Payrastre B. Преобразование PtdIns (4,5) P (2) в PtdIns (5) P Эффекторный IpgD S.flexneri реорганизует морфологию клетки-хозяина. EMBO J. 1 октября 2002; 21 (19): 5069-78. PMID  12356723
  22. ^ Ungewickell A, Hugge C, Kisseleva M, Chang SC, Zou J, Feng Y, Galyov EE, Wilson M, Majerus PW. Идентификация и характеристика двух фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат-4-фосфатаз. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2005 27 декабря; 102 (52): 18854-9. Epub 2005 19 декабря. PMID  16365287
  23. ^ Sbrissa D, Ikonomov OC, Strakova J, Shisheva A. Роль нового промежуточного промежуточного звена, фосфатидилинозитол-5-фосфата, в регулируемом инсулином разрушении стрессовых волокон F-актина и транслокации GLUT4. Эндокринология. 2004 ноя; 145 (11): 4853-65. Epub 2004 29 июля. PMID  15284192.
  24. ^ а б Guittard G, Gérard A, Dupuis-Coronas S, Tronchère H, Mortier E, Favre C, Olive D, Zimmermann P, Payrastre B, Nunès JA. Передний край: адаптерные молекулы Док-1 и Док-2 регулируются производством фосфатидилинозитол-5-фосфата в Т-клетках. J Immunol. 2009 г., 1 апреля; 182 (7): 3974-8. PMID  19299694
  25. ^ Робертс Х.Ф., Кларк Дж. Х., Летчер А. Дж., Ирвин Р. Ф., Хинчлифф К. А.. Влияние экспрессии липидкиназы и клеточных стимулов на уровни фосфатидилинозитол-5-фосфата в линиях клеток млекопитающих. FEBS Lett. 2005 23 мая; 579 (13): 2868-72. PMID  15876433
  26. ^ Барлоу Калифорния, Лайшрам Р.С., Андерсон Р.А. Ядерные фосфоинозитиды: сигнальная загадка, заключенная в компартментальную головоломку. Trends Cell Biol. 2010 Янв; 20 (1): 25-35. Epub 2009 19 октября. PMID  19846310.
  27. ^ Clarke JH, Letcher AJ, D'santos CS, Halstead JR, Irvine RF, Divecha N. Липиды инозита регулируются во время развития клеточного цикла в ядрах мышиных клеток эритролейкемии. Biochem J., 1 августа 2001; 357 (Pt 3): 905-10. PMID  11463365
  28. ^ Джонс Д.Р., Бульцма Ю., Кеуне В.Дж., Холстед Д.Р., Элуаррат Д., Мохаммед С., Хек А.Дж., Д'Сантос С.С., Дивеча Н. Nuclear PtdIns5P как преобразователь стрессовой сигнализации: роль PIP4Kbeta in vivo. Mol Cell. 2006 сентябрь 1; 23 (5): 685-95. PMID  16949365
  29. ^ Гозани О, Каруман П., Джонс Д.Р., Иванов Д., Ча Дж., Луговской А.А., Бэрд К.Л., Чжу Х., Филд С.Дж., Лессник С.Л., Вилласенор Дж., Мехротра Б., Чен Дж., Рао В.Р., Брюгге Д.С., Фергюсон К.Г., Пайрастре Б. , Myszka DG, Cantley LC, Wagner G, Divecha N, Prestwich GD, Yuan J. Палец PHD ассоциированного с хроматином белка ING2 функционирует как ядерный фосфоинозитидный рецептор. Клетка. 11 июля 2003 г .; 114 (1): 99-111. PMID  12859901