Fosfataza polifosfoinozytydowa, znana również jako 5-fosfataza 3,5-bisfosforanu fosfatydyloinozytolu lub białko 3 zawierające domenę SAC (Sac3), jest enzymem kodowanym u ludzi przez gen FIG4 . Ryc.4 to skrót od Factor-Induced Gene.
Białko Sac3 należy do rodziny ludzkich fosfataz fosfoinozytydowych zawierających domenę homologiczną Sac1. Domena fosfatazy Sac1 obejmuje około 400 aminokwasów i składa się z siedmiu konserwatywnych motywów. Zawiera charakterystyczną sekwencję katalityczną CX5R (T/S), występującą również w innych lipidowych i białkowych fosfatazach tyrozynowych. Białko założycielskie, zawierające tę konserwowaną ewolucyjnie domenę, było pierwszym produktem genu wyizolowanym w badaniu przesiewowym pod kątem mutacji supresorowych drożdży ACtin i dlatego nazwano je Sac1. Istnieje 5 ludzkich genów zawierających domenę Sac1. Trzy z tych genów (symbole genów SACM1L , INPP5F i FIG4) zawierają pojedynczą domenę Sac1. W pozostałych dwóch genach, synaptojanin 1 i 2, domena Sac1 współistnieje z inną domeną fosfatazy fosfoinozytydowej, przy czym obie domeny wspierają hydrolizę fosforanów. U ludzi gen FIG4 znajduje się na chromosomie 6 i koduje białko Sac3 o długości 907 aminokwasów. Sac3 charakteryzuje się szeroko rozpowszechnionym białkiem o masie cząsteczkowej 97 kDa, które w in vitro wykazuje aktywność fosfatazy w zakresie 5'-fosforylowanych fosfoinozytydów. Sac3 tworzy heterooligomer z ArPIKfyve (symbol genu, VAC14 ) i ten kompleks binarny łączy się z kinazą fosfoinozytydową PIKFYVE w trójskładnikowym kompleksie PAS (od pierwszych liter PIKfyve-ArPIKfyve-Sac3), który jest niezbędny do utrzymania prawidłowej błony endosomalnej dynamika. To unikalne fizyczne połączenie dwóch enzymów o przeciwstawnych funkcjach prowadzi do aktywacji kinazy fosfoinozytydowej PIKfyve i wzrostu katalizowanej przez PIKfyve produkcji PtdIns(3,5)P2 i PtdIns5P. Sac3 jest aktywny jako fosfataza w potrójnym kompleksie i jest odpowiedzialny za przekształcenie PtdIns(3,5)P2 w PtdIns3P. Funkcja kompleksu PAS ma kluczowe znaczenie dla życia, ponieważ nokaut każdego z 3 genów kodujących białko PIKfyve, ArPIKfyve lub Sac3 powoduje wczesną śmiertelność zarodka, okołoporodową lub wczesną młodocianą u myszy. Ektopowo eksprymowane białko Sac3 ma bardzo krótki okres półtrwania wynoszący zaledwie ~ 18 minut z powodu szybkiej degradacji w proteasomie . Koekspresja ArPIKfyve znacznie przedłuża okres półtrwania Sac3, podczas gdy knockdown ArPIKfyve za pośrednictwem siRNA głęboko obniża poziomy Sac3. Zatem poziomy komórkowe Sac3 są krytycznie zależne od fizycznej interakcji Sac3 z ArPIKfyve. C-końcowa część Sac3 jest niezbędna do tej interakcji. Traktowanie insuliną adipocytów 3T3L1 hamuje aktywność fosfatazy Sac3, jak zmierzono in vitro. Małe zakłócające knockdown endogennego Sac3 za pośrednictwem RNA o ~ 60%, powodujące nieznaczne, ale znaczące podwyższenie PtdIns (3,5) P2 w adipocytach 3T3L1, zwiększa translokację GLUT4 i wychwyt glukozy w odpowiedzi na insulinę. W przeciwieństwie do tego, ektopowa ekspresja Sac3, ale nie mutanta punktowego z niedoborem fosfatazy, zmniejsza obfitość błony komórkowej GLUT4 w odpowiedzi na insulinę. Zatem Sac3 jest fosfatazą lipidową wrażliwą na insulinę, której regulacja w dół poprawia reakcję na insulinę.
Znaczenie medyczne
Mutacje w genie FIG4 powodują rzadką autosomalną recesywną neuropatię obwodową Charcota-Mariego-Tootha typu 4J (CMT4J). Większość pacjentów z CMT4J (15 z zgłoszonych 16) to złożone heterozygoty, tj. jeden allel FIG4 jest zerowy, podczas gdy drugi koduje zmutowane białko z treoniną w celu podstawienia izoleucyny w pozycji 41. Mutacja punktowa Sac3I41T znosi ochronne działanie ArPIKfyve na Okres półtrwania Sac3. W rezultacie zmutowany Sac3 ulega szybkiej degradacji w proteasomie. W konsekwencji poziom białka Sac3I41T w fibroblastach pacjentów jest od bardzo niskiego do niewykrywalnego. Klinicznie początek i nasilenie objawów CMT4J różnią się znacznie, co sugeruje ważną rolę podłoża genetycznego w indywidualnym przebiegu choroby. U dwojga rodzeństwa z dużymi deficytami motoryki obwodowej i umiarkowanymi objawami czuciowymi choroba miała stosunkowo niewielki wpływ na ośrodkowy układ nerwowy. Profilowanie fosfoinozytydów w fibroblastach pochodzących z największej kohorty CMT4J zgłoszonej do tej pory w USA ujawnia obniżone poziomy stanu stacjonarnego zarówno PtdIns (3,5) P2, jak i PtdIns5P. Ten nieoczekiwany kierunek zmian jest wynikiem upośledzonej aktywacji kinazy PIKFYVE pod warunkiem niedoboru białka Sac3 i niewydolności zespołu kompleksu PAS. Zmniejszenie poziomów PtdIns(3,5)P2 i PtdIns5P podobno nie ma związku z płcią ani początkiem choroby, co sugeruje, że patologiczny spadek poziomów tych dwóch lipidów może poprzedzać objawy choroby. Mutacje FIG4 stwierdza się również (bez udowodnionej przyczyny) u pacjentów ze stwardnieniem zanikowym bocznym (ALS), jak również w innych spektrum fenotypów, takich jak zespół Yunisa-Varona, malformacja korowa z drgawkami i współistniejącymi chorobami psychicznymi oraz hipomielinizacja mózgu.
Modele myszy
Spontaniczny nokaut FIG4 prowadzi do zmutowanych myszy o mniejszych rozmiarach, selektywnie obniżonych poziomach PtdIns (3,5) P2 w izolowanych fibroblastach, rozcieńczonej pigmentacji, centralnej i obwodowej neurodegeneracji, wodogłowiu, nieprawidłowym drżeniu i chodzie, a ostatecznie śmiertelności młodocianych, stąd nazwa blade drżenie mysz (plt). Sugerowano, że autofagia neuronów jest ważną konsekwencją nokautu, jednak jej podstawowe znaczenie jest kwestionowane. Myszy plt wykazują z jednej strony wyraźne defekty morfologiczne w neuronach ruchowych i centralnych, az drugiej w neuronach czuciowych. Myszy transgeniczne z jednym spontanicznie zerowym allelem i innym kodującym kilka kopii mysiego mutanta Sac3I41T (tj. genotypowy odpowiednik ludzkiego CMT4J) są w zależności od dawki ratowane przed śmiertelnością, neurodegeneracją i apoptozą mózgu obserwowaną u myszy plt. Jednak wodogłowie i rozcieńczona pigmentacja obserwowane u myszy plt nie są korygowane.
Biologia ewolucyjna
Geny kodujące ortologi ludzkiego Sac3 występują u wszystkich eukariotów. Najbardziej zbadany jest gen S. cerevisiae, odkryty w badaniu przesiewowym genów indukowanych feromonami (czynnikami) drożdży, stąd nazwa Fig, z numerem 4 odzwierciedlającym szczęście izolacji. Drożdże Fig4p to specyficzna 5'-fosfataza PtdIns(3,5)P2, która fizycznie oddziałuje z Vac14p (ortolog ludzkiego ArPIKfyve) i enzymem Fab1p wytwarzającym PtdIns(3,5)P2 (ortolog PIKfyve). Drożdżowy kompleks Fab1p-Vac14p-Fig4p obejmuje również Vac7p i potencjalnie Atg18p. Delecja Fig4p w pączkujących drożdżach ma stosunkowo niewielki wpływ na wzrost, podstawowe poziomy PtdIns(3,5)P2 i wielkość wakuoli w porównaniu z delecjami Vac14p lub Fab1p. W skrócie, w ewolucji Sac3/Fig4 zachował domenę Sac1, aktywność fosfatazy fosfoinozytydowej i interakcje białkowe z drożdży. U myszy białko to jest niezbędne we wczesnym rozwoju postnatalnym. U ludzi mutacja punktowa I41T w połączeniu z allelem zerowym powoduje zaburzenie neurodegeneracyjne.
Dalsza lektura
Maruyama K, Sugano S (1994). „Oligo-capping: prosta metoda zastąpienia struktury czapeczki eukariotycznych mRNA oligorybonukleotydami”. gen . 138 (1–2): 171–4. doi : 10.1016/0378-1119(94)90802-8 . PMID 8125298 .
Suzuki Y, Yoshitomo-Nakagawa K, Maruyama K i in. (1997). „Konstrukcja i charakterystyka biblioteki cDNA wzbogaconej o pełnej długości i wzbogaconej o koniec 5'”. gen . 200 (1–2): 149–56. doi : 10.1016/S0378-1119(97)00411-3 . PMID 9373149 .
