МедУнивер - MedUniver.com Все разделы сайта Видео по медицине Книги по медицине Форум консультаций врачей  
Рекомендуем:
Генетика:
Генетика
Аномалии хромосом
Биология клетки
Генетика врожденных пороков
Генетика рака - опухолей
Молекулярная генетика
Наследственные синдромы
Цитогенетика - исследование хромосом
Лечение наследственных болезней
Фармакогенетика
Форум
 

Локализация и функции белков SNARE в транспорте белка

• Присутствие белков SNARE является необходимым и достаточным для специфического слияния мембран in vitro. Однако для протекания этого процесса in vivo также могут потребоваться другие белки

• Белок v-SNARE, находящийся на транспортной везикуле, взаимодействует со своим аналогом t-SNARE, который локализован на мембране-мишени

• По-видимому, взаимодействие между белками v- и t-SNARE приводит к тесному контакту мембран, при котором их слияние становится возможным

• После слияния АТФаза NSF разрушает контакт между v- и t-SNARE, и v-SNARE возвращается в исходный мембранный компартмент

Вначале Rab и удерживающие белки обеспечивают контакт между везикулой и мембраной, с которой она должна объединиться. Хотя две мембраны располагаются в тесном контакте друг с другом, само по себе это не приводит к их слиянию. Слияние мембран в значительной степени определяется белками SNARE, которые относятся к семейству мембранных белков и являются специфичными по отношению к клеточным органеллам. Слияние регулируется на двух различных уровнях. Для удержания везикулы в компартменте назначения необходимы Rab и комплексы удержания.

Они обеспечивают по крайней мере начальный уровень специфичности взаимодействия везикул с мембраной. Посредством белков SNARE достигается причаливание и еще большая специфичность, и мембраны вступают в тесный контакт, необходимый для их слияния. Почему требуются два уровня регуляции, остается неизвестным.

SNARE представляют собой интегральные мембранные белки, снабженные мембранным (или иногда липидным) якорем, расположенном на С-концевом участке. N-терминальный домен этих белков открывается в цитоплазму. Эти белки подразделяются на v-SNARE и t-SNARE, в зависимости от их локализации в везикуле или в мембране-мишени соответственно. Белки v-SNARE включаются в транспортные везикулы.

Вначале эти белки были обнаружены в составе синаптических пузырьков, представляющих собой секреторные транспортные везикулы, находящиеся в синапсах нейронов. Для выделения этих белков была использована их способность образовывать комплексы друг с другом и с фактором, чувствительным к N-этидмалеимиду (NSF), а также с растворимым белком, присоединяющимся к NSF (SNAP). Ранее белки

NSF и SNAP были идентифицированы как возможные участники процесса слияния мембран in vitro, хотя их роль остается невыясненной. Белки SNARE были идентифицированы масс-спектрометрическим методом как члены многочисленной группы белков, присутствующих во всех клетках эукариот. Интересно, что каждый белок характеризуется специфической локализацией и подобно белкам Rab относится к определенной внутриклеточной органелле. Мутанты дрожжей, несущие мутации по генам, кодирующим белки SNARE, дефектны по ряду этапов мембранного транспорта при эндо- и экзоцитозе.

При этом оказываются заблокированными сайты, соответствующие органеллам, с которыми связывается тот или иной белок SNARE.

Локализация белков SNARE в органеллах
Локализация некоторых белков SNARE в органеллах

Гипотеза SNARE была предложена для объяснения специфичности взаимодействия при слиянии транспортных везикул с мембранами-мишенями. Согласно этой гипотезе, белок v-SNARE везикул взаимодействует с гомологичным белком t-SNARE компартмента мишени. Это специфическое взаимодействие приводит к слиянию мембран. В настоящее время идентифицированы пары взаимодействующих белков SNARE для всех этапов везикулярного транспорта в клетках дрожжей и млекопитающих. Генетические эксперименты на дрожжах показали, что эти белки участвуют во всех событиях слияния клеточных мембран.

При взаимодействии in vitro SNARE проявляют специфичность: эффективное образование комплекса наблюдается только для тех белков, которые соответствуют определенным внутриклеточным транспортным событиям. В настоящее время в результате генетических поисков обнаружены все SNARE, экспрессирующиеся в дрожжах, Drosophila и у человека. В зависимости от конкретного организма это составляет от 8 до 20 белков.

Каким образом белки SNARE приводят к контакту между мембранами и к их слиянию? Механизм действия этих белков в значительной степени определяется их N-терминальным цитоплазматическим доменом, способным к образованию спирализованных структур с парным SNARE белком. Важно, что при этом спирали ориентируются параллельным образом. Это означает, что взаимодействие между SNARE приводит к тесному контакту между С-терминальными доменами, заякоренными в мембране.

«Розочка», которую образуют взаимодействующие спирали между мембранами везикулы и мишени, достаточна для обеспечения тесного контакта, необходимого для слияния. В экспериментах in vitro показано, что липосомы, содержащие только один тип белка, v-SNARE, могут сливаться с липосомами, содержащими парный белок, t-SNARE. Эти результаты позволяют предполагать, что белков SNARE достаточно для слияния мембран in vitro. Однако неизвестно, нужны ли другие белки для осуществления этого процесса in vivo.

Строение кристаллической структуры комплексов SNARE показывает, что спирализованный домен представляет собой связку, состоящую из четырех спиралей. Белок v-SNARE участвует в образовании одной спирали, a t-SNARE образует три. Белки t-SNARE нейронов необычны в том отношении, что синтаксин образует одну спираль, a SNAP-25 — две. Во всех остальных клетках две последних спирали образуются за счет двух белков SNARE, которые обозначаются как легкие t-SNARE цепи. Поэтому одна молекула v-SNARE взаимодействует с тяжелой цепью t-SNARE и с двумя легкими цепями.

При структурном анализе было обнаружено удивительное сходство между комплексами SNARE и белками слияния оболочечных вирусов. Из белков слияния лучше всего изучены гемагглютинин вируса гриппа и белок gp120 вируса HIV-I. В обоих случаях индивидуальные субъединицы образуют друг с другом протяженные спиралеобразные структуры. При низких значениях pH или при связывании с клеточными рецепторами в этих структурах происходят конформационные изменения, в результате которых обнажается гидрофобный «пептид слияния».

Спирализованные домены обладают двумя функциями: маскировки пептида слияния и его позиционирования ближе к мембране клетки хозяина после активации. Таким образом, оболочка вируса скрепляется с мембраной клетки-хозяина, с которой она сливается, и при попадании вирусного генома в клетку происходит инфицирование.

Взаимодействие v- и t-SNARE, по-видимому, специфично. Во всех экспериментах in vitro по изучению связывания и слияния этих белков использовали все комбинации SNARE, заключенные в липосомы. За исключением одного случая, взаимодействие между SNARE соответствует их локализации в дрожжевых клетках, и для слияния липосом в мембране везикулы должен присутствовать белок v-SNARE, а в мембране-мишени, три молекулы t-SNARE. Связка, состоящая из четырех спиралей, не только может обеспечивать слияние мембран, но и помогает определить, какие мембраны должны объединиться.

Взаимодействие между белками SNARE представляет собой регулируемый процесс. Например, t-SNARE содержат N-терминальные последовательности, которые оказывают сильный ингибирующий эффект на образование комплексов SNARE в некоторых клетках. Эти последовательности служат мишенями для регуляторных белков, которые определяют момент образования комплекса. Еще один пример — связывание регуляторных белков с уже готовым комплексом SNARE. Такие взаимодействия с регуляторными белками определяют время образования комплексов — фактора, играющего очень важную роль в процессе регулируемой секреции, которая характерна для нейронов и для клеток поджелудочной железы.

После того как слияние произошло, спиральные комплексы SNARE раскручиваются, и v-SNARE возвращаются в исходную мембрану для участия в последующих циклах образования везикул. Раскручивание спиралей требует значительных энергетических затрат, поскольку комплексы SNARE крайне устойчивы и противостоят воздействию даже такого сильного ионного детергента, как додецилсульфат натрия в низких концентрациях. Раскручивание спиралей катализируется NSF, который представляет собой цитоплазматическую АТФазу.

Белок NSF образует гексамерный комплекс бочкообразной формы с центральным каналом и через SNAP белок связывается со SNARE. В экспериментах in vitro с использованием очищенных белков или включенных в биологические мембраны показано, что гидролиз АТФ под действием NSF приводит к разделению спиралей в четырехспиральном пучке. Механизм этого процесса неизвестен. Одно из возможных предположений состоит в том, что SNARE связывается со стенками центральной полости NSF, и при гидролизе АТФ отверстие открывается, что дает возможность раскрутиться спиралям SNARE.

После того как v- и t-SNARE разделились, v-SNARE снова поступает в донорскую мембрану. В том, что это действительно произошло, можно убедиться по отсутствию накопления v- и t-SNARE в единственной мембране и по медленной скорости их деградации. Предложено два механизма транспорта v-SNARE. Один механизм заключается в том, что они переносятся в повторно используемых везикулах по сигналу возврата в цитоплазматическом домене. Есть некоторые данные в пользу существования сигнала возврата у белков SNARE, однако неизвестно, как все это работает.

Согласно второму механизму, некоторые белки v-SNARE могут функционировать в двух направлениях, т. е. направляя движущиеся вперед везикулы к мембране-мишени, а движущиеся назад — к исходной мембране. Так или иначе, подобно некоторым рецепторам плазматической мембраны, SNARE постоянно подвергаются рециклизации между теми компартментами, в пределах которых они функционируют.

Цикл SNARE
Цикл v-SNARE, происходящий между донорной и акцепторной мембранами.
Включившиеся в транспортные везикулы v-SNARE взаимодействуют с t-SNARE, которые находятся в мембране мишени.
В результате этого взаимодействия мембраны сближаются и сливаются.
После слияния пары SNARE раскручиваются с помощью NSF/SNAP при участии гидролиза АТФ,
a v-SNARE возвращаются в донорную мембрану.
Комплекс SNARE
Модель, описывающая ориентацию белков SNARE в процессе причаливания везикул.
Модель построена на основании рентгеноструктурного анализа цитозольных доменов белков SNARE, образующих связку из четырех спиралей.
t-SNARE представлены синтаксином и SNAP-25; v-SNARE — синаптобревином.
Подразумевается, что белки вставлены в мембрану. Коричневым обозначена связь, существующая между двумя спиралями SNAP-25.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

- Также рекомендуем "Строение и функции клатриновых везикул в эндоцитозе"

Оглавление темы "Транспорт белка в клетке":
  1. Механизм везикулярного транспорта белков
  2. Сигнальный транспорт и неизбирательный поток белков
  3. Механизм транспорта COPII окаймленными везикулами
  4. Механизм возврата резидентных белков эндоплазматического ретикулума (ЭПР)
  5. Механизм ретроградного транспорта белков COPI везикулами
  6. Механизм транспорта белков через аппарат Гольджи
  7. Механизм удержания белков в аппарате Гольджи
  8. Функции Rab-белков и Rab-ГТФазы в адресовании белков
  9. Локализация и функции белков SNARE в транспорте белка
  10. Строение и функции клатриновых везикул в эндоцитозе
Медунивер Мы в Telegram Мы в YouTube Мы в VK Форум консультаций врачей Контакты, реклама
Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.