Białko wiążące DNA TAR 43

TARDBP
Protein TARDBP PDB 1wf0.png
Dostępne konstrukcje
WPB Wyszukiwanie ortologów:
Identyfikatory
, ALS10, TDP-43, TAR DNA wiążące białko
Identyfikatory zewnętrzne
ortologi
Gatunek Człowiek Mysz
Entrez
Ensembl
UniProt
RefSeq (mRNA)

RefSeq (białko)

Lokalizacja (UCSC)
PubMed search
Wikidane
Wyświetl/edytuj człowieka Wyświetl/edytuj mysz

Białko wiążące DNA TAR 43 ( TDP- 43 , białko wiążące DNA odpowiedzi transaktywnej 43 kDa ) jest białkiem , które u ludzi jest kodowane przez gen TARDBP .

Struktura

TDP-43 ma długość 414 reszt aminokwasowych . Składa się z 4 domen : domeny N-końcowej obejmującej reszty 1-76 (NTD) z dobrze zdefiniowanym fałdem , który, jak wykazano, tworzy dimer lub oligomer ; 2 wysoce konserwatywne motywy rozpoznawania sfałdowanego RNA obejmujące reszty odpowiednio 106-176 (RRM1) i 191-259 (RRM2), wymagane do wiązania docelowego RNA i DNA ; nieustrukturyzowana domena C-końcowa obejmująca reszty 274-414 (CTD), która zawiera glicynę region bogaty, bierze udział w interakcjach białko-białko i zawiera większość mutacji związanych z rodzinnym stwardnieniem zanikowym bocznym .

Całe białko pozbawione dużych znaczników solubilizujących zostało oczyszczone. Białko pełnej długości jest dimerem. Dimer powstaje w wyniku samooddziaływania między dwiema domenami NTD, gdzie dimeryzacja może być propagowana w celu utworzenia oligomerów wyższego rzędu.

Sekwencja białka ma również sygnał lokalizacji jądrowej (NLS, reszty 82–98), dawny sygnał eksportu jądrowego (reszty NES 239–250) i 3 przypuszczalne miejsca cięcia kaspazy-3 (reszty 13, 89, 219).

W grudniu 2021 roku struktura TDP-43 została rozwiązana za pomocą krio-EM , ale wkrótce potem argumentowano, że w kontekście FTLD-TDP zaangażowanym białkiem może być TMEM106B (które również zostało rozwiązane za pomocą krio-EM), a nie TDP-43.

Domena N-terminalna (NTD)

NTD zlokalizowany pomiędzy resztami 1 i 76 bierze udział w polimeryzacji TDP-43 . Rzeczywiście, dimery powstają w wyniku bezpośrednich interakcji między NTD, a otrzymany w ten sposób polimer umożliwia składanie pre-mRNA . Jednak dalsza oligomeryzacja prowadzi do gromadzenia się większej ilości substancji toksycznych. Ten proces polimeryzacji do dimerów, większych form lub po prostu monomerów stabilizujących jest zależny od równowagi konformacyjnej TDP-43 między monomerami, homodimerami i oligomerami. Stąd w komórkach chorych TDP-43 , nadekspresja TDP-43 prowadzi do tego, że NTD wykazuje wysoką skłonność do agregacji. W przeciwieństwie do tego, w normalnych komórkach, normalne poziomy TDP-43 pozwalają na fałdowanie NTD, zapobiegając tworzeniu się agregatów i polimerów.

Niedawno odkryto, że ta domena ma strukturę podobną do ubikwityny . Wykazuje 27,6% homologii z ubikwityną-1 i formą β 1-β2- α 1-β3-β4-β5-β6 + 2* SO 4 2- . Domeny podobne do ubikwityny są zwykle związane z większym powinowactwem do RNA / DNA . Jednak w wyjątkowym przypadku TDP-43 podobny do ubikwityny NTD wiąże się bezpośrednio z ssDNA . Ta interakcja pozwala równowadze konformacyjnej cytowanej wyżej na przesunięcie w kierunku form niezagregowanych.

Domena rozciągająca się od [1,80] ma strukturę podobną do solenoidu , która sterycznie utrudnia interakcje między regionami C-końcowymi podatnymi na agregację .

Wszystko to stwarza możliwość, że NTD i motywy rozpoznawania RNA (później zdefiniowane) mogą wspólnie oddziaływać z kwasami nukleinowymi w celu spełnienia funkcji fizjologicznych TDP-43.

Sygnał lokalizacji mitochondriów

Istnieje sześć sygnałów lokalizacji mitochondrialnej , które należy uwzględnić w sekwencji aminokwasowej TDP-43 , chociaż wykazano, że tylko M1, M3 i M5 są niezbędne do lokalizacji mitochondrialnej. Rzeczywiście, ich ablacja prowadzi do zmniejszenia lokalizacji mitochondriów.

Te sekwencje lokalizujące znajdują się na następujących aminokwasach:

M1: [35, 41], M2: [105, 112], M3: [146-150], M4: [228, 235], M5: [294, 300], M6: [228, 236].

Sygnał lokalizacji jądrowej (NLS)

Domena sygnału lokalizacji jądrowej (NLS), która znajduje się między resztami 82 i 98, ma kluczowe znaczenie w ALS , o czym świadczą wyczerpywanie się lub mutacje (zwłaszcza A90V) tej domeny, które powodują utratę funkcji z jądra i promować agregację, dwa procesy, które z dużym prawdopodobieństwem doprowadzą do toksycznego wzmocnienia funkcji TDP-43.

Dlatego niezwykle ważne jest, aby zauważyć, że lokalizacja jądrowa TDP-43 jest absolutnie krytyczna, aby mógł on spełniać swoje funkcje fizjologiczne.

Motyw rozpoznawania RNA

Motyw rozpoznawania RNA waha się między resztami 105 a 181, podobnie jak wiele hnRNP , RRM TDP-43 obejmują wysoce konserwatywne motywy o podstawowym znaczeniu dla spełniania ich funkcji. Oba RRM są zgodne z tym wzorem: β1-α1-β2-β3-α2-β4-β5, co pozwala im wiązać się zarówno z RNA , jak i DNA na UG / T G -powtórzenia końca 3'UTR (nieprzetłumaczone regiony końcowe) mRNA /DNA.

Sekwencje te zapewniają głównie przetwarzanie mRNA, eksport RNA i stabilizację RNA. To właśnie dzięki tym sekwencjom TDP-43 w istotny sposób wiąże się z własnym mRNA, reguluje własną rozpuszczalność i polimeryzację .

RRM2

RRM2 rozciąga się między resztami 181 i 261. W stanach patologicznych w szczególności wiąże się z p65/NF-kB , czynnikiem zaangażowanym w apoptozę , a zatem jest potencjalnym celem terapeutycznym. Ponadto może być obciążony mutacją D169G, zmieniającą kluczowe miejsce rozszczepiania regulujące powstawanie wtrąceń toksycznych.

Sygnał eksportu energii jądrowej (NES)

Sygnał eksportu jądrowego znajduje się między sekwencjami reszt 239 i 251, prawdopodobnie odgrywa rolę w funkcji wahadłowej TDP-43 i został niedawno znaleziony przy użyciu algorytmu przewidywania.

Nieuporządkowana domena C-końcowa bogata w glicynę (CTD)

w nieuporządkowaną glicynę znajduje się między resztami 277 a 414. Podobnie jak 70 innych białek wiążących RNA , TDP-43 zawiera domenę bogatą w Q / N [344, 366], która przypomina sekwencję prionów drożdży . Ta sekwencja jest nazywana domeną podobną do prionu (PLD).

PLD to sekwencje o niskiej złożoności, o których doniesiono, że pośredniczą w regulacji genów poprzez przemianę fazową ciecz-ciecz (LLP), napędzając w ten sposób montaż granulek RNP. Uważa się , że tworzenie tych mikroskopijnie widocznych RNP indukuje bardziej efektywny proces regulacji genów.

Należy tutaj zauważyć, że LLP są odwracalnymi zjawiskami rozdzielania roztworu na dwie odrębne fazy ciekłe, tworząc w ten sposób granulki.

Niedawno zidentyfikowano mutacje w obrębie białek TDP-43 w regionie bogatym w glicynę (GRR), które mogą przyczyniać się do różnych chorób neurodegeneracyjnych, przy czym najbardziej godnym uwagi i powszechnym NDD jest ALS, około 10% mutacji powodujących rodzinny ALS jest akredytowanych przez Białko TDP-43

Często zgłasza się, że ten CTD odgrywa ważną rolę w patogennym zachowaniu TDP-43:

RNP mogą odgrywać rolę w odpowiedzi na stres, a zatem starzenie się lub stres uporczywy mogą doprowadzić LLP do przekształcenia się w nieodwracalną separację ciekłej fazy stałej, patologiczne agregaty występujące zwłaszcza w neuronach ALS .

Zdezorganizowana struktura CTD może przekształcić się w pełnoprawną , podobną do amyloidu , bogatą w arkusze Beta strukturę, powodując, że przyjmuje ona właściwości podobne do prionów .

Co więcej, CTF są powszechnym twórcą w chorych neuronach i uważa się, że mają wysoką toksyczność.

Należy jednak zauważyć, że niektóre punkty nie zawsze są zgodne. Rzeczywiście, ze względu na swoją hydrofobową strukturę, TDP-43 może być trudny do analizy, a jego części pozostają nieco niejasne. Dokładne miejsca fosforylacji , metylacji , a nawet wiązania są wciąż nieco nieuchwytne.

Funkcjonować

represorem transkrypcji , który wiąże się z chromosomalnie zintegrowanym DNA TAR i hamuje transkrypcję HIV-1 . Ponadto białko to reguluje naprzemienny splicing genu CFTR . W szczególności, TDP-43 jest czynnikiem splicingowym wiążącym się ze złączem intron8/ekson9 genu CFTR iz regionem intron2/ekson3 genu apoA-II. Podobny pseudogen występuje na chromosomie 20.

Wykazano, że TDP-43 wiąże zarówno DNA, jak i RNA i pełni wiele funkcji w represji transkrypcji, splicingu pre-mRNA i regulacji translacji. Ostatnie prace scharakteryzowały miejsca wiązania obejmujące cały transkryptom, ujawniając, że tysiące RNA są związane przez TDP-43 w neuronach.

TDP-43 został pierwotnie zidentyfikowany jako represor transkrypcji, który wiąże się z chromosomalnie zintegrowanym elementem odpowiedzi na aktywację trans (TAR) DNA i hamuje transkrypcję HIV-1 . Donoszono również, że reguluje on alternatywny splicing genu CFTR i genu apoA-II .

Wykazano również, że w rdzeniowych neuronach ruchowych TDP-43 jest białkiem wiążącym mRNA neurofilamentu o niskiej masie cząsteczkowej (hNFL). Wykazano również, że jest to czynnik odpowiedzi na aktywność neuronów w dendrytach neuronów hipokampa, co sugeruje możliwe role w regulacji stabilności mRNA, transportu i lokalnej translacji w neuronach.

Wykazano, że jony cynku są zdolne do indukowania agregacji endogennego TDP-43 w komórkach. Ponadto cynk może wiązać się z domeną wiążącą RNA TDP-43 i indukować tworzenie agregatów podobnych do amyloidu in vitro.

naprawa DNA

Białko TDP-43 jest kluczowym elementem szlaku enzymatycznego łączenia niehomologicznych końców (NHEJ), który naprawia pęknięcia dwuniciowe DNA (DSB) w neuronach ruchowych pochodzących z pluripotencjalnych komórek macierzystych . TDP-43 jest szybko rekrutowany do DSB, gdzie działa jako rusztowanie do dalszej rekrutacji kompleksu ligazy DNA XRCC4 , który następnie działa w celu uszczelnienia pęknięć DNA. W neuronach ruchowych pochodzących z ludzkich nerwowych komórek macierzystych zubożonych w TDP-43, jak również w sporadycznych ALS próbek rdzenia kręgowego pacjentów występuje znaczna akumulacja DSB i obniżone poziomy NHEJ.

Znaczenie kliniczne

Hiperfosforylowana , ubikwitynowana i rozszczepiona postać TDP-43 – znana jako patologiczny TDP43 – jest głównym białkiem chorobowym w otępieniu czołowo-skroniowym ubikwityno -dodatnim, tau- i alfa-synukleinie -ujemnym (FTLD-TDP, wcześniej określanym jako FTLD) -U) oraz w stwardnieniu zanikowym bocznym (ALS). Podwyższony poziom białka TDP-43 stwierdzono również u osób z rozpoznaniem przewlekłej encefalopatii pourazowej , a także został powiązany z ALS, co prowadzi do wniosku, że sportowcy, którzy doświadczyli wielu wstrząsów mózgu i innych rodzajów urazów głowy , są narażeni na zwiększone ryzyko zarówno encefalopatii, jak i choroby neuronu ruchowego (ALS). Nieprawidłowości TDP-43 występują również w ważnej podgrupie z chorobą Alzheimera , korelując z klinicznymi i neuropatologicznymi wskaźnikami cech. Nieprawidłowo sfałdowany TDP-43 znajduje się w mózgach osób starszych w wieku powyżej 85 lat z dominującą limbiczną encefalopatią TDP-43 związaną z wiekiem , (PÓŹNO), forma demencji. Opracowano nowe przeciwciała monoklonalne, 2G11 i 2H1, w celu określenia różnych typów inkluzji TDP-43, które występują w chorobach neurodegeneracyjnych, bez polegania na hiperfosforylowanych epitopach. Przeciwciała te wytworzono przeciwko epitopowi w domenie RRM2 (reszty aminokwasowe 198–216).

HIV -1, czynnik sprawczy zespołu nabytego niedoboru odporności (AIDS), zawiera genom RNA , który wytwarza zintegrowane z chromosomem DNA podczas cyklu replikacyjnego. Aktywacja ekspresji genu HIV-1 przez transaktywator „Tat” zależy od elementu regulacyjnego RNA (TAR) zlokalizowanego „poniżej” (tj. podlegającego transkrypcji w późniejszym czasie) miejsca inicjacji transkrypcji.

Mutacje w genie TARDBP są związane z zaburzeniami neurodegeneracyjnymi, w tym zwyrodnieniem płata czołowo-skroniowego i stwardnieniem zanikowym bocznym (ALS). W szczególności badane są mutanty TDP-43 M337V i Q331K pod kątem ich roli w ALS. Patologia cytoplazmy TDP-43 jest dominującą cechą histopatologiczną wieloukładowej proteinopatii . Domena N-końcowa, która w istotny sposób przyczynia się do agregacji regionu C-końcowego, ma nową strukturę z dwiema ujemnie naładowanymi pętlami. Niedawne badanie wykazało, że stres komórkowy może wywołać nieprawidłową błędną lokalizację TDP-43 w cytoplazmie w rdzeniowych neuronach ruchowych in vivo, zapewniając wgląd w to, jak patologia TDP-43 może rozwijać się u sporadycznych pacjentów z ALS.

Figurki

(A) Struktura białka wiążącego DNA TAR 43 (TDP-43). Białko TDP-43 zawiera 414 aminokwasów i składa się z N-końcowego regionu z sygnałem lokalizacji jądrowej (NLS). Ponadto białko składa się z dwóch motywów rozpoznawania RNA (RRM1 i RRM2), jądrowego sygnału eksportu (NES) i domeny C-końcowej z regionami bogatymi w glutaminę/asparaginę (Q/N) i bogatymi w glicynę. Motywy lokalizacji mitochondriów (M1; M3; M5) są również widoczne. Mutacje patogenne są zlokalizowane głównie w regionie C-końcowym, który może wykazywać właściwości podobne do prionów. Liczby oznaczają długości aminokwasów.
(B) Białko TDP-43 ma kluczowe znaczenie dla pośredniczenia w metabolizmie RNA. W jądrze TDP-43 jest ważny dla transkrypcji i składania informacyjnego RNA (mRNA), a także utrzymania stabilności RNA (pA) i transportu do jądra. Ponadto TDP-43 reguluje biogenezę mikroRNA (miRNA) oraz przetwarzanie długiego niekodującego RNA (lncRNA). Chociaż znajduje się głównie w jądrze, TDP-43 przemieszcza się między jądrem a cytoplazmą. W cytoplazmie TDP-43 bierze udział w stabilności mRNA, translacji, tworzeniu granulek transportujących stres i rybonukleoproteiny (RNP). Z przeglądu przeprowadzonego przez de Boer i in., 2020.

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=TAR_DNA-binding_protein_43&oldid=1142684847 ”