Анионный канал, зависящий от напряжения - Voltage-dependent anion channel

Эукариотический порин
Человеческий потенциал-зависимая структура белка анионного канала.png
Кристаллическая структура человеческого потенциалзависимого анионного канала. Стрелками обозначены антипараллельные бета-листы, образующие характерный бета-бочонок.
Идентификаторы
СимволПорин_3
PfamPF01459
ИнтерПроIPR001925
PROSITEPDOC00483
TCDB1.B.8
OPM суперсемейство189
Белок OPM3emn
CDDcd07306

Анионные каналы, зависящие от напряжения, или митохондриальные порины, являются классом порин ионный канал расположен на внешняя митохондриальная мембрана.[1][2] Ведутся споры относительно того, экспрессируется ли этот канал в мембране клеточной поверхности.[3][4][5]

Этот главный белок внешнего митохондриальный мембрана эукариоты образует зависимый от напряжения анион-селективный канал (VDAC), который ведет себя как общая диффузионная пора для небольших гидрофильный молекулы.[6][7][8][9] Канал принимает открытую конформацию при низком или нулевом мембранном потенциале и закрытую конформацию при потенциалах выше 30-40 мВ. VDAC облегчает обмен ионами и молекулами между митохондриями и цитозолем и регулируется взаимодействием с другими белками и небольшими молекулами.[10]

Структура

Этот белок содержит около 280 аминокислот и образует бета-баррель который охватывает внешнюю мембрану митохондрий.[11][12]

С момента его открытия в 1976 году был проведен обширный анализ функций и структуры белков VDAC. Выявлена ​​характерная особенность поры: когда ее реконструировали в плоскую липидные бислои, имеется зависимый от напряжения переключатель между анион-селективным состоянием с высокой проводимостью и высоким метаболит поток и катион-селективное состояние низкой проводимости с ограниченным прохождением метаболитов.

Спустя более 30 лет после его первоначального открытия, в 2008 году, были завершены три независимых структурных проекта VDAC-1. Первое было решено многомерная ЯМР-спектроскопия. Во втором был применен гибридный подход с использованием кристаллографических данных. Третий - для мышиных кристаллов VDAC-1, определяемых Рентгеновский кристаллографический техники. Три проекта трехмерных структур VDAC-1 выявили многие конструктивные особенности. Во-первых, VDAC-1 представляет новый структурный класс β-цилиндрических белков внешней мембраны с нечетным числом цепей. Другой аспект заключается в том, что отрицательно заряженная боковая цепь остатка E73 ориентирована в сторону гидрофобной мембранной среды. 19-ниточная трехмерная структура, полученная из разных экспериментальных источников в трех разных лабораториях, соответствует данным EM и AFM из природных мембранных источников и представляет биологически релевантное состояние VDAC-1.[10]

Механизм

При потенциалах мембраны, превышающих 30 мВ (положительных или отрицательных), VDAC переходит в закрытое состояние и переходит в открытое состояние после Напряжение падает ниже этого порога. Хотя оба штата допускают прохождение простых солей, VDAC гораздо более строг в отношении органических анионов, категории, в которую большинство метаболиты падать.[13] Точный механизм связывания изменений напряжения с конформационными изменениями в белке еще не разработан, но исследования Thomas et al. предполагают, что, когда белок переходит в закрытую форму, изменения напряжения приводят к удалению большой части белка из канала и уменьшению эффективного радиуса поры.[14] Несколько лизин Остатки, а также Glu-152, считаются особенно важными сенсорными остатками в белке.[15]

Биологическая функция

Зависимый от напряжения ионный канал играет ключевую роль в регулировании метаболического и энергетического потока через внешнюю митохондриальную мембрану. Он участвует в транспортировке АТФ, ADP, пируват, малат, и другие метаболиты, и, таким образом, широко связывается с ферментами метаболических путей.[13] АТФ-зависимые цитозольные ферменты гексокиназа, глюкокиназа, и глицеринкиназа, а также митохондриальный фермент креатинкиназа, все были обнаружены для связывания с VDAC. Это связывание помещает их в непосредственной близости от АТФ, высвобождаемого из митохондрий. В частности, предполагается, что связывание гексокиназы играет ключевую роль в связывании гликолиз к окислительного фосфорилирования.[14] Кроме того, VDAC является важным регулятором Ca2+ транспорт в митохондрии и из них. Потому что Ca2+ является кофактором метаболических ферментов, таких как пируватдегидрогеназа и изоцитратдегидрогеназа, на производство энергии и гомеостаз влияет проницаемость VDAC для Ca2+.[16]

Актуальность болезни

Также было показано, что VDAC играет роль в апоптоз.[17]Во время апоптоза VDAC изменяет Митохондриальная проницаемость переходной поры к высвобождению апоптогенных факторов, таких как цитохром с. Однако VDAC не являются основными компонентами поры перехода митохондриальной проницаемости. Хотя cyt. c играет важную роль в окислительном фосфорилировании в митохондриях, в цитозоле он активирует протеолитические ферменты, называемые каспасы, которые играют важную роль в гибели клеток.[18] Хотя механизм cyt. c высвобождение еще полностью не выяснено, некоторые исследования предполагают, что олигомеризация между отдельными субъединицами может создавать большую гибкую пору, через которую cyt. c может пройти.[19] Более важным фактором является высвобождение cyt c. также регулируется Bcl-2 семейство белков: Bax непосредственно взаимодействует с VDAC, увеличивая размер пор и способствуя развитию cyt. c высвобождают, в то время как антиапоптотические Bcl-xL производит прямо противоположный эффект.[20] Фактически, было показано, что антитела, которые ингибируют VDAC, также мешают Bax-опосредованному cyt. c высвобождение как в изолированных митохондриях, так и в целых клетках.[21] Эта ключевая роль в апоптозе предполагает, что VDAC является потенциальной мишенью для химиотерапевтических препаратов.

Примеры

Дрожжи содержат два члена этого семейства (гены POR1 и POR2); позвоночные имеют по крайней мере три члена (гены VDAC1, VDAC2 и VDAC3).[11]

Люди, как и большинство высших эукариот, кодируют три разных VDAC; VDAC1, VDAC2, и VDAC3. Вместе с TOMM40 и TOMM40L они представляют собой семейство эволюционно связанных β-стволов.[22]

У заводов самое большое количество VDAC. Arabidopsis кодирует четыре разных VDAC, но у других видов это число может быть больше.[23]

использованная литература

  1. ^ Hoogenboom BW, Suda K, Engel A, Fotiadis D (2007). «Супрамолекулярные сборки потенциал-зависимых анионных каналов в нативной мембране». J. Mol. Биол. 370 (2): 246–55. Дои:10.1016 / j.jmb.2007.04.073. PMID  17524423.
  2. ^ Blachly-Dyson, E; Форте, М. (сентябрь 2001 г.). «Каналы VDAC». IUBMB Life. 52 (3–5): 113–8. Дои:10.1080/15216540152845902. PMID  11798022.
  3. ^ Сабиров Р.З., Мерзляк П.Г. (июнь 2012 г.). "Разногласия по поводу плазмалеммы VDAC и загадка макси-анионного канала". Биохим. Биофиз. Acta. 1818 (6): 1570–80. Дои:10.1016 / j.bbamem.2011.09.024. PMID  21986486.
  4. ^ Де Пинто, В .; Мессина, А .; Lane, D. J. R .; Лоуэн, А. (2010). «Напряжение-зависимый анион-селективный канал (VDAC) в плазматической мембране». Письма FEBS. 584 (9): 1793–1799. Дои:10.1016 / j.febslet.2010.02.049. PMID  20184885. S2CID  3391282.
  5. ^ Niehage, C .; Steenblock, C .; Pursche, T .; Bornhäuser, M .; Corbeil, D .; Хофлак, Б. (2011). Борлонган, Чезарио V (ред.). «Протеом клеточной поверхности мезенхимальных стромальных клеток человека». PLOS ONE. 6 (5): e20399. Bibcode:2011PLoSO ... 620399N. Дои:10.1371 / journal.pone.0020399. ЧВК  3102717. PMID  21637820.
  6. ^ Benz R (1994). «Проникновение гидрофильных растворенных веществ через наружные мембраны митохондрий: обзор митохондриальных поринов». Биохим. Биофиз. Acta. 1197 (2): 167–196. Дои:10.1016/0304-4157(94)90004-3. PMID  8031826.
  7. ^ Маннелла CA (1992). «Входы и выходы каналов митохондриальной мембраны». Trends Biochem. Наука. 17 (8): 315–320. Дои:10.1016 / 0968-0004 (92) 90444-Е. PMID  1384178.
  8. ^ Диханич М (1990). «Биогенез и функция эукариотических поринов». Experientia. 46 (2): 146–153. Дои:10.1007 / BF02027310. PMID  1689252. S2CID  2199583.
  9. ^ Forte M, Guy HR, Mannella CA (1987). «Молекулярная генетика ионного канала VDAC: структурная модель и анализ последовательности». J. Bioenerg. Биомер. 19 (4): 341–350. Дои:10.1007 / BF00768537. PMID  2442148. S2CID  10219032.
  10. ^ а б Хиллер С., Абрамсон Дж., Маннелла С., Вагнер Дж., Зет К. (сентябрь 2010 г.). «Трехмерные структуры VDAC представляют собой естественную конформацию». Trends Biochem. Наука. 35 (9): 514–21. Дои:10.1016 / j.tibs.2010.03.005. ЧВК  2933295. PMID  20708406.
  11. ^ а б Сэмпсон MJ, Ловелл RS, Дэвисон DB, Крейген WJ (1996). «Новый ген митохондриального потенциал-зависимого анионного канала мышей локализован на 8-й хромосоме». Геномика. 36 (1): 192–196. Дои:10.1006 / geno.1996.0445. PMID  8812436.
  12. ^ Зет К. (2010). «Структура и эволюция белков внешней мембраны митохондрий бета-бочкообразной топологии». Биохим. Биофиз. Acta. 1797 (6–7): 1292–9. Дои:10.1016 / j.bbabio.2010.04.019. PMID  20450883.
  13. ^ а б Блэчли-Дайсон, Э. и Форте, М. (2001). «Каналы VDAC». IUBMB Life. 52 (3–5): 113–18. Дои:10.1080/15216540152845902. PMID  11798022.
  14. ^ а б Коломбини М, Блэчли-Дайсон Э, Форте М (1996). «VDAC, канал во внешней митохондриальной мембране». Ионные каналы. 4: 169–202. Дои:10.1007/978-1-4899-1775-1_5. ISBN  978-1-4899-1777-5. PMID  8744209.
  15. ^ Томас Л., Блахли-Дайсон Э, Коломбини М., Форте М. (июнь 1993 г.). «Картирование остатков, образующих датчик напряжения зависимого от напряжения анион-селективного канала». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 90 (12): 5446–9. Bibcode:1993ПНАС ... 90.5446Т. Дои:10.1073 / пнас.90.12.5446. ЧВК  46737. PMID  7685903.
  16. ^ Шошан-Бармац V; Гинчел Д. (2003). «Зависимый от напряжения канал аниона: характеристика, модуляция и роль в митохондриальной функции в жизни и смерти клетки». Cell Biochem. Биофизы. 39 (3): 279–92. Дои:10.1385 / CBB: 39: 3: 279. PMID  14716081. S2CID  33628015.
  17. ^ Lemasters JJ; Холмухамедов Э. (2006). «Напряжение-зависимый анионный канал (VDAC) как митохондриальный регулятор - нестандартное мышление». Биохим. Биофиз. Acta. 1762 (2): 181–90. Дои:10.1016 / j.bbadis.2005.10.006. PMID  16307870.
  18. ^ Цудзимото Y, Симидзу S (2002). «Зависимый от напряжения канал аниона: важный игрок в апоптозе». Биохимия. 84 (2–3): 187–93. Дои:10.1016 / S0300-9084 (02) 01370-6. PMID  12022949.
  19. ^ Zalk R; Israelson A; Гарти ES; Азулай-Зохар H; Шошан-Бармац В. (2005). «Олигомерные состояния потенциал-зависимого анионного канала и высвобождение цитохрома с из митохондрий». Biochem. J. 386 (1): 73–83. Дои:10.1042 / BJ20041356. ЧВК  1134768. PMID  15456403.
  20. ^ Симидзу С; Нарита М; Цудзимото Ю. (1999). «Белки семейства Bcl-2 регулируют высвобождение апоптогенного цитохрома с митохондриальным каналом VDAC». Природа. 399 (6735): 483–7. Bibcode:1999Натура.399..483С. Дои:10.1038/20959. PMID  10365962. S2CID  4423304.
  21. ^ Симидзу С; Мацуока Y; Шинохара Y; Йонеда Й; Цудзимото Ю. (2001). «Важная роль потенциалзависимого анионного канала в различных формах апоптоза в клетках млекопитающих». J. Cell Biol. 152 (2): 237–50. Дои:10.1083 / jcb.152.2.237. ЧВК  2199613. PMID  11266442.
  22. ^ Бэй, округ Колумбия, Хафез М., Молодой MJ, Суд DA (июнь 2012 г.). «Филогенетический и коэволюционный анализ семейства белков β-ствола, состоящего из митохондриального порина (VDAC) и Tom40». Биохим. Биофиз. Acta. 1818 (6): 1502–19. Дои:10.1016 / j.bbamem.2011.11.027. PMID  22178864.
  23. ^ Homblé F, Krammer E, Prevost M (июнь 2012 г.). «Завод VDAC: факты и домыслы». Биохим. Биофиз. Acta. 1818 (6): 1486–501. Дои:10.1016 / j.bbamem.2011.11.028. PMID  22155681.

внешние ссылки

Эта статья включает текст из общественного достояния Pfam и ИнтерПро: IPR001925