5-fosforan fosfatydyloinozytolu

5-fosforan fosfatydyloinozytolu ( PtdIns5P ) jest fosfoinozytydem, jedną z fosforylowanych pochodnych fosfatydyloinozytolu (PtdIns), które są dobrze ugruntowanymi cząsteczkami regulatorowymi zakotwiczonymi w błonie. Fosfoinozytydy uczestniczą w zdarzeniach sygnalizacyjnych, które kontrolują dynamikę cytoszkieletu, transport błon wewnątrzkomórkowych, proliferację komórek i wiele innych funkcji komórkowych. Ogólnie rzecz biorąc, fosfoinozytydy przekazują sygnały poprzez rekrutację specyficznych białek wiążących fosfoinozytydy do błon wewnątrzkomórkowych.

5-fosforan fosfatydyloinozytolu jest jednym z 7 znanych komórkowych fosfoinozytydów o mniej poznanych funkcjach. Jest fosforylowany w pozycji D-5 głowy grupy inozytolu, która jest przyłączona wiązaniem fosfodiestrowym do diacyloglicerolu (o różnym składzie chemicznym łańcuchów acylowych, często łańcuch 1-stearoilo-2-arachidonoilowy). W komórkach uśpionych PtdIns5P występuje średnio w podobnej lub większej ilości w porównaniu z PtdIns3P i ~20-100-krotnie poniżej poziomów PtdIns4P ( 4-fosforan fosfatydyloinozytolu i PtdIns(4,5)P2 ( 4,5-bisfosforan fosfatydyloinozytolu ). Warto zauważyć, że poziomy PtdIns5P w stanie stacjonarnym są ponad 5-krotnie wyższe niż poziomy PtdIns(3,5)P2 .

PtdIns5P po raz pierwszy wykazano metodą HPLC ( wysokociśnieniowa chromatografia cieczowa ) w mysich fibroblastach jako substrat do syntezy PtdIns(4,5)P2 przez kinazy PIP typu II (kinaza 1-fosfatydyloinozytolo-5-fosforanowa 4 ). Jednak w wielu typach komórek PtdIns5P nie jest wykrywany przez HPLC z powodu ograniczeń technicznych związanych z jego słabym oddzieleniem od obfitego PtdIns4P. Raczej PtdIns5P mierzy się za pomocą „testu masowego”, w którym PtdIns5P (jako część wyekstrahowanych lipidów komórkowych) jest przekształcany in vitro przez oczyszczoną 4-kinazę PtdIns5P do PtdIns(4,5)P2, który jest następnie oznaczany ilościowo.

Na podstawie badań z wykorzystaniem testu masy i ulepszonej techniki HPLC, PtdIns5P jest wykrywany we wszystkich badanych komórkach ssaków. Większość komórkowego PtdIns5P znajduje się na błonach cytoplazmatycznych, podczas gdy mniejsza frakcja znajduje się w jądrze. Pule cytoplazmatyczne i jądrowe mają różne funkcje i regulację.

Metabolizm

Komórkowy PtdIns5P można wytworzyć przez D-5-fosforylację fosfatydyloinozytolu lub przez defosforylację PtdIns(3,5)P2 lub PtdIns(4,5)P2. Każda z tych możliwości jest poparta eksperymentalnie. PtdIns5P jest syntetyzowany in vitro przez PIKfyve , enzym głównie odpowiedzialny za produkcję PtdIns(3,5)P2, a także przez [PIP5K]. Główną rolę PIKfyve w syntezie komórkowego PtdIns5P sugerują dane dotyczące zmniejszonych poziomów masowych PtdIns5P po heterologicznej nadekspresji enzymatycznie nieaktywnego mutanta punktowego PIKfyve (PIKfyveK1831E) i wyciszeniu PIKfyve przez małe interferujące RNA. Taką rolę potwierdzają dane dotyczące transgenicznych fibroblastów z jednym genetycznie zaburzonym allelem PIKfyve, wykazujące równą redukcję poziomów PtdIns5P i PtdIns(3,5)P2 w stanie stacjonarnym.

Podobnie, podobną redukcję PtdIns5P i PtdIns(3,5)P2 stwierdza się w fibroblastach z nokautem aktywatora PIKfyve ArPIKfyve/ VAC14 . Te dowody eksperymentalne w połączeniu z faktem, że poziomy komórkowe PtdIns5P przekraczają ponad 5-krotnie poziomy PtdIns (3,5) P2, wskazują na dominującą rolę PIKfyve w utrzymaniu poziomów PtdIns5P w stanie stacjonarnym poprzez fosforylację D-5 fosfatydyloinozytolu.

Zaproponowano rolę rodziny białek miotubularyny w produkcji PtdIns5P na podstawie defosforylacji PtdIns(3,5)P2 przez nadeksprymowaną miotubularynę 1 . Zgodnie z tym genetyczna ablacja białka 2 związanego z miotubularyną ( MTMR2 ) powoduje podwyższenie komórkowego PtdIns(3,5)P2 i spadek PtdIns5P. Niski poziom komórkowy PtdIns(3,5)P2 sugeruje, że aktywność fosfatazy miotubularnej odgrywa niewielką rolę w utrzymaniu poziomów PtdIns5P w stanie stacjonarnym. Co ważne, PtdIns(3,5)P2 jest syntetyzowany z PtdIns3P przez kompleks PIKfyve, który obejmuje ArPIKfyve i Sac3/ Fig4 . Warto zauważyć, że kompleks PIKfyve leży u podstaw zarówno syntezy PtdIns (3,5) P2, jak i obrotu do PtdIns3P. Względna proporcja obrotu PtdIns (3,5) P2 przez fosfatazy miotubularyny w porównaniu z Sac3 jest nieznana.

PtdIns5P można również wytworzyć przez defosforylację PtdIns(4,5)P2. Taką aktywność fosfatazy wykazują Shigella flexneri effector IpgD oraz dwie fosfatazy ssaków – PtdIns(4,5)P2 4-fosfataza typu I i typu II.

Obecnie nie jest znana fosfataza ssaków, która specyficznie defosforyluje PtdIns5P. Szlak klirensu PtdIns5P obejmuje syntezę PtdIns(4,5)P2.

Funkcje

Poziomy PtdIns5P zmieniają się znacząco w odpowiedzi na bodźce fizjologiczne i patologiczne. Insulina, trombina, aktywacja komórek T i transformacja komórek za pomocą kinazy tyrozynowej chłoniaka anaplastycznego nukleofosminy (NPM-ALK) powodują podwyższenie poziomu komórkowego PtdIns5P. Natomiast wstrząs hipoosmotyczny i leczenie histaminą zmniejszają poziomy PtdIns5P. W komórkach T dwa białka „poniżej kinazy tyrozynowej” DOK1 i DOK2 są proponowane jako białka wiążące PtdIns5P i efektory.

Podobnie jak inne fosfoinozytydy, PtdIns5P jest również obecny w jądrze komórek ssaków. Jądrowa pula PtdIns5P jest kontrolowana przez jądrową 4-fosfatazę PtdIns(4,5)P2 typu I, która w połączeniu z kinazą PIPKIIbeta odgrywa rolę w stresie UV, apoptozie i progresji cyklu komórkowego.

Funkcja PtdIns5P w sygnalizacji jądrowej prawdopodobnie obejmuje ING2 , członka rodziny ING. Białka z tej rodziny łączą się i modulują aktywność histonowych i deacetylaz, jak również indukują apoptozę poprzez acetylację p53 . ING2 oddziałuje z PtdIns5P poprzez motyw palca homeodomeny roślinnej (PHD).

Podsumowując, dostępne dowody wskazują, że aktywność PIKfyve jest głównym źródłem komórkowego PtdIns5P w stanie stacjonarnym. W pewnych warunkach PtdIns5P jest wytwarzany przez defosforylację bis-fosfoinozytydów. PtdIns5P bierze udział w regulacji zarówno podstawowych funkcji komórkowych, jak i odpowiedzi na wiele fizjologicznych i patologicznych bodźców poprzez jeszcze nie określone mechanizmy molekularne.