3,4-bisfosforan fosfatydyloinozytolu
(3,4)-bisfosforan fosfatydyloinozytolu (PtdIns(3,4) P 2 ) jest pomniejszym składnikiem fosfolipidowym błon komórkowych, ale ważnym wtórnym przekaźnikiem . Wytwarzanie PtdIns(3,4) P 2 w błonie plazmatycznej aktywuje szereg ważnych szlaków sygnalizacji komórkowej.
Spośród wszystkich fosfolipidów znajdujących się w błonie, fosfolipidy inozytolu stanowią mniej niż 10%. Fosfoinozytydy (PI), znane również jako fosforany fosfatydyloinozytolu, są syntetyzowane w retikulum endoplazmatycznym komórek przez białkową syntazę fosfatydyloinozytolu (PIS). PI są silnie podzielone na przedziały, ich główne składniki obejmują szkielet glicerolowy, dwa łańcuchy kwasów tłuszczowych wzbogacone kwasem stearynowym i kwasem arachidonowym oraz pierścień inozytolowy, którego regulacja grup fosforanowych różni się między organellami w zależności od specyficznych kinaz PI i PIP oraz fosfataz PIP obecnych w organelli (zdjęcie 1). Te kinazy i fosfatazy prowadzą fosforylację i defosforylację w pozycjach 3', 4' i 5' głów cukrowych inozytolu, wytwarzając różne fosfoinozytydy, w tym PtdIns(3,4)P2 (zdjęcie 2). Kinazy PI katalizują wiązanie grup fosforanowych, podczas gdy fosfatazy PI usuwają grupy fosforanowe w trzech pozycjach pierścienia PI inozytolu, dając siedem różnych kombinacji PI.
PtdIns(3,4) P2 jest defosforylowana przez fosfatazę INPP4B w pozycji 4 pierścienia inozytolu i przez rodzinę fosfataz TPTE (transbłonowe fosfatazy z homologią tensyny) w pozycji 3 pierścienia inozytolu.
Domena PH w wielu białkach wiąże się z PtdIns(3,4) P 2 , w tym z domeną PH w PKB . Wytwarzanie PtdIns(3,4) P 2 w błonie komórkowej po aktywacji 3-kinaz PI klasy I i fosfataz SHIP powoduje przemieszczanie się tych białek do błony komórkowej, wpływając w ten sposób na ich aktywność.
3-kinazy fosfoinozytydowe klasy I i II (PI3K) syntetyzują PtdIns(3,4)P2 przez fosforylację pozycji 3-OH fosfoinozytydu PI4P. Fosfatazy zawierające SHIP1 i SH2 5'-polifosfatazy inozytolu (SHIP2) wytwarzają PtdIns(3,4)P2 poprzez desfosforylację pozycji pierścienia 5' inozytolu PtdIns(3,4,5)P3. Oprócz tych pozytywnych regulatorów w błonie plazmatycznej (PM), homolog 3-fosfatazy tensyny (PTEN) działa jako negatywny regulator produkcji PtdIns(3,4)P2, zmniejszając poziomy PtdIns(3,4,5)P3 w PM poprzez defosforylację pozycji pierścienia 3' inozytolu PtdIns(3,4,5)P3, co prowadzi do powstania PtdIns(4,5)P2. Izozymy 4-fosfatazy polifosforanu inozytolu, INPP4A i INPP4B, działają również jako ujemne regulatory PtdIns(3,4)P2, chociaż poprzez bardziej bezpośrednią interakcję - poprzez hydrolizę 4-fosforanu PtdIns(3,4)P2, z wytworzeniem PI3P. Wykazano, że PtdIns(3,4)P2 ma kluczowe znaczenie dla AKT (kinaza białkowa B, PKB https://en.wikipedia.org/wiki/Protein_kinase_B ) aktywacja w obrębie szlaku PI3K poprzez regulację PI przez fosfatazy SHIP1 i 2. Akt jest rekrutowany, a następnie aktywowany poprzez interakcję jego domen PH z PtdIns(3,4)P2 i PtdIns(3,4,5)P3, z których oba wykazały wysokie powinowactwo z domeną Akt PH. Po związaniu się z PM poprzez interakcję z PtdIns(3,4)P2 i PtdIns(3,4,5)P3, Akt jest aktywowany poprzez uwolnienie jego autohamującego oddziaływania między domenami PH i kinazy. Po tym uwolnieniu T308 w pętli aktywacji białek i S437 w domenie hydrofobowej białek są fosforylowane odpowiednio przez kinazę 1 zależną od fosfoinozytydu (PDK1) i mechanistyczny cel kompleksu rapamycyny 2 (mTORC2). Eksperymenty z probówkami wykazały, że zasadnicza rekrutacja PDK1 do aktywacji Akt w PM może być napędzana przez interakcje zarówno z PtdIns (3,4) P2, jak i PtdIns (3,4,5) P3.
Pierwotnie przypuszczano, że defosforylacja PI(3,4,5)P3 przez 5-fosfatazy będzie miała działanie przeciwnowotworowe, podobnie jak supresor guza PTEN. Jednak synteza białek SHIP 5-fosfatazy PI(3,4)P2 została powiązana z przeżyciem komórek nowotworowych z powodu wiązania lipidów i późniejszej aktywacji Akt. Aktywacja Akt powoduje dalsze zmiany metabolizmu, zahamowanie apoptozy i wzrost proliferacji komórek. Ta ścieżka i jej skutki pojawiły się w 50% przypadków raka. W połączeniu badacze wykazali wzrost poziomów PI(3,4)P2 i mutację 4-fosfatazy INPP4B, która wykazała transformację nabłonka sutka. Ostatnio wykazano, że PtdIns(3,4)P2 odgrywa ważną rolę w dojrzewaniu pęcherzyków podczas endocytozy zależnej od klatryny (CME) ( https://en.wikipedia.org/wiki/Receptor-mediated_endocytosis ). PtdIns(4)P syntetyzujące fosfatazy SHIP2 i synaptojanina są rekrutowane do struktur klatryny na początku procesu CME. Ta produkcja PtdIns(4)P następnie prowadzi do syntezy PtdIns(3,4)P2 przez PI3K-C2α11, a nowo zsyntetyzowane PtdIns(3,4)P2 następnie rekrutują białka domeny SNX9 i SNX18 PX-BAR, które zwężają szyję powstających pęcherzyków, aby ostatecznie zostać przecięte i uwolnione przez dynaminę, tworząc pęcherzyki. PI(3,4)P2 odgrywa inną możliwą rolę w PM, promując rearanżacje cytoszkieletu poprzez białka regulujące aktynę, takie jak Lamellipodin. Lamellipodin jest rekrutowany do PM, gdzie uważa się, że oddziałuje z PI (3,4) P2 poprzez swoją domenę PH. Będąc w PM, może regulować sieci aktyny lamellipodiów i migrację komórek poprzez interakcję z białkami wiążącymi aktynę, takimi jak Ena / VASP.