Ced-3

Identyfikatory
CED-3
Organizm Caenorhabditis elegans
Symbol CED-3
Entrez 178272
HomoloGene 80344
RefSeq (mRNA) NM_001268779.1.
RefSeq (Prot) NP_001255708.1.
UniProt P42573
Inne dane
Chromosom IV: 13,2 - 13,2 MB
Szukaj
Struktury Model szwajcarski
Domeny InterPro

Ced-3 jest jednym z głównych składników białkowych szlaku programowanej śmierci komórki (PCD) dla Caenorhabditis elegans . Istnieje łącznie 14 genów zaangażowanych w zaprogramowaną śmierć komórki, inne ważne obejmują geny ced-4 i ced-9 . Zdrowy robak nicieni będzie wymagał śmierci 131 komórek somatycznych z 1090 komórek podczas etapów rozwojowych. Gen początkowo koduje prototypową kaspazę (prokaspazę), w której aktywna cysteiny rozszczepia reszty asparaginianu , stając się w ten sposób funkcjonalną kaspazą . Ced-3 jest kaspazą kata (zależną od cysteiny proteazą kierowaną przez asparaginian ), która musi dimeryzować sama ze sobą i zostać zainicjowana przez ced-4, aby stać się aktywna. Po aktywacji będzie miał szereg reakcji, które ostatecznie doprowadzą do apoptozy docelowych komórek.

Zaprogramowana śmierć komórki u C. elegans nastąpi na etapie embrionalnym i postembrionalnym zarówno w komórkach somatycznych, jak i zarodkowych . Podczas embriogenezy transkrypt ced-3 osiąga najwyższy szczyt ze względu na liczne komórki, które muszą przejść samobójstwo komórkowe. Większość zaprogramowanych śmierci komórek występuje w tkance mózgowej C. elegans , gdzie większość komórek ukierunkowanych na śmierć komórkową ma linie z komórek neuronalnych i glejowych . Stamtąd ced-3 jest zlokalizowany w regionach okołojądrowych komórek.

Aby ced-3 stał się funkcjonalny, wymaga autokatalitycznego rozszczepienia, które jest inicjowane przez ced-4, działając jako kaspaza inicjująca. Gen Ced-3 znajduje się poniżej ced-4 i pozytywnie reguluje ced-3. Może być również pośrednio hamowany przez ced-9 i zapobiegać apoptozie poprzez hamowanie funkcji ced-4, hamując w ten sposób funkcję ced-3.

Ortologiem ced-3 u ludzi jest kaspaza 9 , enzym konwertujący interleukinę-1β (ICE), a ortologiem u myszy jest gen Nedd-2.

Historia

W 1986 roku dwóch badaczy, Hilary Ellis i H. Robert Horvitz, odkryło, że geny ced-3 i ced-4 były w jakiś sposób zaangażowane w apoptozę.

Później, w 2002 roku, Sydney Brenner , H. Robert Horvitz i John E. Sulston otrzymali w 2002 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny za badania nad zaprogramowaną śmiercią komórki. Byli w stanie zwizualizować proces PCD za pomocą różnicowego kontrastu interferencyjnego ( DIC) mikroskopii.

Podczas swoich badań Ellis przeprowadził różne eksperymenty z mutacją genu ced-3 i odkrył, że wszystkie komórki kodujące zmutowany gen ced-3 przeżyły, mimo że pierwotnie były celem śmierci komórkowej. Doprowadziło to do odkrycia białka ced-3 i jego roli w PCD; przed eksperymentem po raz pierwszy sądzono, że ced-3 działa jako represor genu ced-1. Ced-1 i ced-2 były pierwszymi genami ced, które zostały pierwotnie odkryte w 1983 roku.

Aby biolodzy mogli dowiedzieć się o PCD, potrzebowali organizmu modelowego, który po raz pierwszy przedstawił Sydney Brenner w 1974 r. wraz z nicieniem C. elegans . Organizm ten posłużyłby jako przedmiot badań przez wiele lat, prowadząc do kolejnych odkryć biologicznych, nie tylko dla C. elegans , ale także dla ssaków.

Funkcjonować

Jedną z głównych ról białka ced-3 w C. elegans jest pomoc w rozwoju i wzroście organizmu. Bez apoptozy komórki, które zostały uszkodzone lub starzejące się, nie będą mogły zostać zastąpione nowszymi, zdrowszymi komórkami, indukując w ten sposób wzrost. Docelowe komórki są skazane na śmierć w określonych momentach i miejscach podczas rozwoju, co pokazało, że jest to część planu rozwojowego. Komórki te kiedyś pełniły funkcję niezbędną do wzrostu organizmu, ale później stają się bezużyteczne i są celem eliminacji. Niektóre inne role zaprogramowanej śmierci komórki obejmują homeostazę tkanek i zapobieganie chorobom. Jeśli komórka jest transformowana lub jeśli jej DNA zostało uszkodzone, komórka musi zostać zdegradowana, zanim będzie można wyrządzić dalsze szkody.

W niedawnym badaniu stwierdzono, że w szczególności w przypadku C. elegans zaprogramowana śmierć komórki jest również związana z odpowiedzią układu odpornościowego na patogenną infekcję. Eliminując zainfekowane komórki, nicień może zapewnić sobie przetrwanie przed atakiem. C. elegans przechodzi również poważne zmiany anatomiczne, w których musi pośredniczyć zaprogramowana śmierć komórek, i stwierdzono, że PCD jest regulowana przez warunki środowiskowe ze względu na fakt, że śmierć komórek częściej występowała u starych, głodujących robaków niż nowych, zdrowych robaków .

Ced-3 podczas apoptozy

W procesie apoptozy komórka przechodzi:

Jako białko typu dzikiego, ced-3 rozszczepi inne substraty białkowe w komórce i wywoła apoptozę. W jądrze ced-3 rozszczepia DCR-1, tak że RNA nie może już być przetwarzane, a następnie przekształca RNazę w DNazę , promując w ten sposób degradację DNA w jądrze i eliminację mitochondriów w cytoplazmie. Następnie ced-3 pośrednio uwalnia inne białko, WAH-1, które może powodować uwalnianie sygnałów na powierzchni komórki, aby komórka mogła zostać fagocytowana przez sąsiednią komórkę.

Struktura

U C. elegans gen ced-3 znajduje się na chromosomie 4 z liczbą egzonów 8 i jest to gen podlegający ekspresji białka. Gen koduje kaspazę; 3 ” i jest ortologiem ssaczej wersji genu, kaspazy 9. Jego nazwa pochodzi od terminu „śmierć komórkowa ” .

Strukturalnie ced-3 ma dwie domeny białkowe :

Domeny CARD mają interakcje białko-białko , przy czym domena CARD zarówno ced-3, jak i ced-4 może mieć ze sobą interakcje homofilne. Domena kaspazy jest główną domeną białka, w której zachodzi aktywność rozszczepiająca proteazy. Aktywna proteaza zawiera dużą i małą podjednostkę, przy czym duża podjednostka ma masę 17 kDa, a mała podjednostka ma masę 15 kDa.

Ced-3 składa się z 2 izoform , izoformy a i izoformy b. Izoforma a ma długość transkryptu 2437 nukleotydów (nt), sekwencję kodującą 1512 nt i długość białka 503 aminokwasów (aa). Izoforma b ma długość transkryptu 864 nt, sekwencję kodującą 864 nt i długość białka 287 nt. Środkowe regiony sekwencji aminokwasowej są bogate w seryny , ale regiony te nie są konserwowane dla białek ICE u ludzi. Zamiast tego karboksy-końcowe białek są najlepiej konserwowane zarówno u ludzi, jak iu myszy.

Mechanizm

Geny Ced-3 ulegają silnej ekspresji w komórkach macierzystych komórek potomnych, które mają umrzeć. Gen prokaspazy ced-3 wytwarzany w komórkach macierzystych jest dziedziczony do komórek potomnych, gdzie ulega translacji i aktywacji.

Kiedy gen ced-3 ulega translacji do białka, najpierw przekształca się go w białko prekursorowe, które musi przejść modyfikacje, aby stać się aktywną kaspazą. Po pierwsze, aktywna cysteina rozpoznaje specyficzne sekwencje zawierające asparaginian i rozszczepia asparaginian, co powoduje, że domena C-końcowa i centralne polipeptydy ulegają heterodimeryzacji , tworząc proteazę. Proces ten jest autokatalitycznym , co oznacza, że ​​białko ced-3 rozszczepia się, aby stać się funkcjonalne. Pozostała domena N-końcowa jest teraz nazywana prodomeną i jest częścią domeny CARD, ale nie jest częścią rozszczepianej proteazy. Prodomena zostaje rozpoznana przez ced-4 iw konsekwencji inicjuje przetwarzanie ced-3. Wcześniej apoptoza musi być wywołana przez zwiększoną ekspresję genu innego białka znanego jako „receptor śmierci”, zwanego białkiem EGL-1. EGL-1 będzie wtedy wiązać się i hamować ced-9, który jest inhibitorem kaspazy, który rozpoznaje i wiąże się z ced-4, tak że nie może już aktywować ced-3. Powoduje to niepowodzenie apoptozy i komórka będzie nadal żyć. Uważa się, że te 4 białka, w tym ced-3, tworzą rdzeń maszynerii apoptotycznej, który można również znaleźć w ortologach ssaków.

Po aktywacji kaspazy ced-3 ta sama reszta cysteiny proteazy idzie i rozpoznaje asparaginian aminokwasu w innych białkach, skutecznie je rozszczepiając. Białka te znajdują się w jądrze , blaszce jądrowej , cytoszkielecie , siateczce śródplazmatycznej i cytozolu . Działanie polegające na rozszczepianiu niektórych białek inicjuje szereg szlaków prowadzących do degradacji komórki.

Znaczenie

Ced-3 jest krytyczną częścią szlaku zaprogramowanej śmierci komórki, który jest dobrze znanym szlakiem związanym z rakiem , chorobami autoimmunologicznymi i chorobami neurodegeneracyjnymi u ssaków. Odkrycie funkcji ced-3 i mutacji u C. elegans pozwoliło zrozumieć, jak działa zaprogramowana śmierć komórki u ssaków. C. elegans posłużyły jako organizm modelowy , który umożliwił naukowcom porównanie genów ortologów w zaprogramowanej ścieżce śmierci komórkowej. Ortologiem genu ced-3 jest kaspaza 9, a jej zmutowana postać bierze udział w powstawaniu niektórych nowotworów i tkanek nowotworowych. Mutacja w genie kaspazy może albo spowodować, że białko przestanie działać, umożliwiając w ten sposób komórkom życie i gromadzenie się w tkance, albo spowodować, że białko z uszkodzonym DNA będzie żyło i zakłóci organizm, powodując dalsze szkody. Dzieje się tak powszechnie w mózgu, prowadząc do chorób neurorozwojowych lub neurodegeneracyjnych.

Mutacje

Przeprowadzono różne eksperymenty na C. elegans w celu określenia funkcji ced-3. Większość z tych eksperymentów obejmowała mutację genu ced-3 i obserwowanie, jak wpłynęło to na ogólny rozwój robaka. Wraz z utratą funkcji mutacji w genie ced-3 odkryto, że komórki somatyczne, które zaprogramowano na śmierć, okazywały się żywe. W przypadku mutacji zmiany sensu w genie ced-3 nastąpił spadek aktywacji ced-3 przez ced-4, co wskazuje, że dotyczy to prodomeny. Mutacja delecyjna w regionie proteazy ced-3 również spowodowała spadek skuteczności aktywności śmierci komórkowej. W końcu, wraz ze wzrostem mutacji funkcji, znaleziono robaka z dodatkowymi komórkami, które były martwe z normalnych komórek 131.

Interakcje

Wykazano, że Ced-3 wchodzi w interakcje z:

  • ced-4
  • ced-9
  • EGL-1 (BH3)
  • ced-1
Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Ced-3&oldid=1109763222 ”