Niekatalityczny receptor ufosforylowanej tyrozyny
Niekatalityczne receptory ufosforylowanej tyrozyny ( NTR ), zwane także immunoreceptorami lub receptorami zależnymi od kinazy z rodziny Src , to grupa receptorów powierzchniowych komórek wyrażanych przez leukocyty , które są ważne dla migracji komórek i rozpoznawania nieprawidłowych komórek lub struktur oraz inicjacji odpowiedzi immunologicznej. Te transbłonowe nie są zgrupowane w rodzinie NTR na podstawie homologii sekwencji , ale dlatego , że mają wspólny konserwatywny szlak sygnałowy z wykorzystaniem tych samych motywów sygnalizacyjnych. Kaskada sygnalizacyjna jest inicjowana, gdy receptory wiążą swój odpowiedni ligand, co powoduje aktywację komórki. W tym celu reszty tyrozynowe w cytoplazmatycznym ogonie receptorów muszą być fosforylowane, stąd receptory są określane jako ufosforylowane tyrozyną . Nazywa się je niekatalitycznymi , ponieważ receptory nie mają wewnętrznej aktywności kinazy tyrozynowej i nie mogą fosforylować własnych reszt tyrozynowych. W fosforylacji pośredniczą dodatkowo rekrutowane kinazy. Wybitnym członkiem tej rodziny receptorów jest receptor komórek T.
Cechy i klasyfikacja
Członkowie rodziny niekatalitycznych receptorów fosforylowanych tyrozyną mają kilka wspólnych cech. Najbardziej widoczną cechą jest obecność konserwatywnych motywów sygnalizacyjnych zawierających resztę tyrozynową, takich jak motywy aktywacyjne immunoreceptora opartego na tyrozynie (ITAM), w cytoplazmatycznym ogonie receptorów. Szlak sygnałowy receptora jest inicjowany przez wiązanie ligandu z zewnątrzkomórkowymi domenami receptora. Po związaniu reszty tyrozynowe w motywach sygnałowych są fosforylowane przez kinazy tyrozynowe związane z błoną . Same receptory nie mają wewnętrznej aktywności kinazy tyrozynowej. Ufosforylowane NTR z kolei inicjują specyficzne wewnątrzkomórkowe kaskady sygnalizacyjne . Kaskada sygnalizacyjna jest regulowana w dół przez defosforylację przez białkowe fosfatazy tyrozynowe . Dodatkowe cechy rodziny receptorów to raczej mała (< 20 nm) domena zewnątrzkomórkowa i wiązanie z ligandami, które są zakotwiczone na stałych powierzchniach lub błonach innych komórek. NTR ulegają ekspresji wyłącznie w leukocytach.
Na podstawie tych cech zidentyfikowano około 100 różnych NTR. W poniższej tabeli wymieniono różne klasy NTR. Członkowie klasy mają wysoką homologię sekwencji i zazwyczaj dzielą to samo locus genu .
| Rodzina | Ligandy | Przykłady |
|---|---|---|
| Receptory antygenów znajdujące się na komórkach T i komórkach B ( receptor komórek T i receptor komórek B ) | MHC klasy I lub II obciążone peptydem dla receptorów limfocytów T, antygenami rozpuszczalnymi lub powierzchniowymi dla receptora limfocytów B | TCR BCR |
| Rodzina domen lektynowych typu C | Glikany , aktyna , MHC klasy I | dektyna-1 , NKG2, BDCA2 |
| Rodzina CD300 | Nieznany | CD300A |
| Klasyczna rodzina receptorów Fc | Region Fc przeciwciała | FcγRI , FcγRII |
| Rodzina podobna do receptora Fc | Nieznany | FCRL1 |
| Rodzina KIR | MHC klasa 1 | KIR2DL1 , KIR3DL2 , KIR2DS1 |
| Rodzina LILR | MHC klasa 1 | LILRB4 |
| Rodzina receptorów wyzwalających naturalną cytotoksyczność (NCR). | Wirusowe hemaglutyniny , proteoglikany siarczanu heparanu , indukowana aktywacją lektyna typu C | NKp44 , NKp46 , NKp30 |
| Sparowana rodzina receptorów immunoglobulinowych (PILR). | Białko nerwowe związane z PILR (PANP), glikoproteina B HSV-1 | PILRA , PILRB |
| Rodzina SIGLEC | Endogenne i pochodzące od patogenów sialowane glikany | SIGLEC1 , SIGLEC8 , SIGLEC7 , SIGLEC2 |
| Rodzina CD28 | B7 rodziny białek błonowych | CD28 , CTLA-4 , ICOS , BTLA |
| Rodzina CD200R | CD200 | CD200R1 , CD5 , CD6 |
| białek regulujących sygnał (SIRP). | CD47 , białka powierzchniowo czynne, np. SPA1 | SIRPα |
| sygnalizujących cząsteczek aktywujących limfocyty (SLAM). | Homofilne (wiążą członków rodziny SLAM), CD48 | SLAMF1 , SLAMF3 |
| Receptory kolagenowe | kolagen | LAIR1 OSCAR GPVI |
Struktura
NTR to transbłonowe glikoproteiny z typowo małymi ektodomenami o wielkości od 6 do 10 nm. NTR mają N-końcową lub C-końcową ektodomenę. Ektodomeny mają dużą różnorodność sekwencji między członkami. Wiele NTR ma nieustrukturyzowaną domenę wewnątrzkomórkową, która zawiera reszty tyrozynowe, które mogą być fosforylowane przez kinazy tyrozynowe. Jednak niektóre receptory z tej rodziny nie mają ogona cytoplazmatycznego i dlatego łączą się z białkami adaptorowymi zawierającymi te same reszty tyrozynowe. Białka adaptorowe łączą się z odpowiednimi NTR poprzez ich transbłonowe helisy niosące reszty naładowane przeciwnie. Domeny cytoplazmatyczne nie zawierają żadnej wewnętrznej aktywności kinazy tyrozynowej.
Konserwatywne motywy zawierające tyrozynę
Reszty tyrozynowe NTR pojawiają się głównie w konserwatywnych motywach aminokwasowych ze zdefiniowanymi sygnaturami sekwencji, które określają, czy receptor pełni rolę aktywatora, czy hamującą w komórce. Motywy te umożliwiają wiązanie białek zawierających domenę SH2 . Motywy są wewnętrzne lub w powiązanych podjednostkach adaptera. Immunoreceptorowe motywy aktywacyjne oparte na tyrozynie (ITAM) to krótkie sekwencje aminokwasowe, które zawierają dwie reszty tyrozynowe (Y) ułożone jako Yxx(L/I)x6-8Yxx(L/I), gdzie L i I oznaczają odpowiednio resztę leucyny lub izoleucyny (zgodnie ze skrótami aminokwasów) , x oznacza dowolne aminokwasy, subskrybent 6-8 wskazuje sekwencję o długości od 6 do 8 aminokwasów. ITAM rekrutuje kinazy aktywujące do NTR. Sygnały hamujące są transdukowane przez motywy hamujące oparte na immunoreceptorze tyrozyny (ITIM) o sygnaturze (S/I/V/L)xYxx(I/V/L), wiążą się z cytoplazmatycznymi fosfatazami tyrozynowymi. Immunoreceptor Motywy przełączania oparte na tyrozynie (ITSM) z sygnaturą TxYxx(I/V) mogą indukować zarówno sygnały aktywujące, jak i hamujące. Motywy te są ograniczone do receptorów z rodziny SLAM. Wreszcie stwierdzono, że motywy tyrozyny ogona immunoglobuliny (ITTM) z sygnaturą YxNM mają efekt kostymulujący.
Ścieżka sygnalizacyjna
Biofizyka wiązania receptor-ligand
Szlak sygnałowy NTR jest indukowany po związaniu się z odpowiednim ligandem. NTR, zgodnie z ich definicją, mają krótką ektodomenę (5-10 nm) i wiążą się z ligandami zakotwiczonymi na powierzchni. Aby nastąpiło wiązanie, błona leukocytu musi zbliżyć się do powierzchni z ligandem. Kompleks receptor-ligand, po związaniu, obejmuje wymiar około 10-16 nm. Ektodomeny innych cząsteczek powierzchniowych mogą być znacznie większe (do 50 nm), dlatego błona musi się wyginać w kierunku ligandu, co wprowadza napięcie w błonie. Dodatkowo na kompleks mogą działać duże siły ciągnące, zmieniając szybkość dysocjacji kompleksu.
Wyzwalanie receptorów
Wyzwalanie NTR, początkowy etap szlaku sygnałowego NTR, obejmuje fosforylację reszt tyrozynowych w domenie cytoplazmatycznej receptora lub związanego z nim białka adaptorowego. Po fosforylacji reszty te rekrutują dalsze białka sygnałowe. Fosforylacja reszt tyrozynowych jest przeprowadzana przez zakotwiczone w błonie kinazy z rodziny Src (SFK) (np. Lck , Fyn , Lyn , Blk ), podczas gdy receptorowe białkowe fosfatazy tyrozynowe (RPTP) (np. CD45 , CD148) pośredniczą w defosforylacji tych samych reszt. SFK i RPTP są konstytutywnie aktywne. W stanie niewyzwolonym dominuje aktywność fosfataz, które utrzymują NTR w stanie nieufosforylowanym, a tym samym uniemożliwiają inicjację sygnału. Wykazano, że hamowanie fosfataz tyrozynowych indukuje fosforylację w NTR i sygnalizację nawet bez wiązania liganda. Zakłada się zatem, że zakłócenie równowagi SFK i RPTP z powodu wiązania ligandu, prowadzące do silniejszej aktywności kinazy, a tym samym gromadzenia fosforylowanych reszt tyrozynowych, jest potrzebne do zainicjowania dalszego przekazywania sygnału.
Sugerowano różne mechanizmy zaburzania równowagi po związaniu ligandu. Model indukowanej bliskości lub agregacji sugeruje, że po związaniu receptora z ligandem dochodzi do agregacji wielu receptorów. SFK mają wiele miejsc fosforylacji, które regulują ich aktywność katalityczną. Jeśli kinaza jest związana z NTR, agregacja zbliża dwa lub więcej SFK, co pozwala im na wzajemną fosforylację. Dlatego z powodu agregacji receptorów SFK są aktywowane, co prowadzi do wyższej aktywności kinazy i zwiększonej fosforylacji NTR. Dowody na ten model dostarczają modele matematyczne i eksperyment, w którym sztuczne sieciowanie NTR doprowadziło do indukcji sygnału. Jednak nie ma wystarczających dowodów na to, że agregacja receptorów zachodzi in vivo.
Zgodnie z modelem zmian konformacyjnych , wiązanie ligandu indukuje zmianę konformacyjną w receptorze, tak że domena cytozolowa staje się dostępna dla kinaz. Zatem fosforylacja jest możliwa tylko wtedy, gdy receptor jest związany z ligandem. Jednak badania strukturalne nie wykazały zmian konformacyjnych.
Model segregacji kinetycznej sugeruje, że RPTP są fizycznie wykluczone z regionów wiążących ligand NTR. Ektodomeny RPTP są znacznie większe w porównaniu z NTR i SFK. Interakcja między ligandem a receptorem powoduje bliski kontakt błon, a szczelina między błonami jest zbyt wąska, aby białka błonowe z dużymi ektodomenami mogły dyfundować do regionu. Zwiększa to stosunek SFK do RPTP w regionie otaczającym kompleks receptor-ligand. Każdy niezwiązany NTR dyfundowałby z tych regionów zbyt szybko, aby wywołać sygnał w dół. Dowodem na ten model jest obserwacja, że w limfocytach T fosfatazy CD45 i CD148 oddzielają się od receptora komórek T po związaniu ligandu. Wykazano również, że skrócenie ektodomen fosfatazy oraz wydłużenie ekdomen liganda zmniejsza segregację i hamuje wyzwalanie NTR. Podobne wyniki odnotowano dla receptorów komórek NK , receptorów z rodziny CD28 , dektyny-1 .
Ścieżka sygnalizacyjna w dół
Fosforylowane reszty tyrozyny w cytoplazmatycznych ogonach NTR służą jako miejsca dokowania dla domen SH2 cytozolowych białek sygnałowych. Po związaniu się z NTR są aktywowane przez fosforylację i mogą propagować sygnał. To, czy receptor działa jako inhibitor czy aktywator, zależy od konserwatywnych motywów zawierających tyrozynę obecnych w jego domenie cytoplazmatycznej. Motywy aktywujące (ITAM) wiążą kinazy, takie jak kinazy z rodziny Syk (np. ZAP70 dla receptora limfocytów T), które fosforylują szereg substratów, indukując w ten sposób kaskadę sygnalizacyjną prowadzącą do aktywacji leukocytów. Z drugiej strony motywy hamujące (ITIM) rekrutują cytoplazmatyczne fosforany tyrozyny SHP1 , SHP2 i fosfatazę fosfatydyloinozytolu SHIP-1. Fosfatazy mogą osłabiać sygnał poprzez defosforylację szerokiego zakresu cząsteczek sygnałowych.
Integracja sygnału z wielu NTR
W dowolnym momencie wiele typów NTR może być zaangażowanych w ich receptywne ligandy, indukując sygnały aktywujące, kostymulujące, jak również hamujące. Funkcjonalna odpowiedź leukocytów zależy od integracji sygnałów.