Back to chapter

4.11:

Π“Π’Π€Π°Π·Ρ‹ ΠΈ ΠΈΡ… рСгуляция

JoVE Core
Molecular Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Molecular Biology
GTPases and their Regulation

Languages

Share

Врифосфат Π³ΡƒΠ°Π½ΠΎΠ·ΠΈΠ½Π°, Π“Π’Π€, Π±Π»ΠΈΠ·ΠΊΠΈΠΉ родствСнник АВЀ это нСбольшая ΠΌΠΎΠ»Π΅ΠΊΡƒΠ»Π°, ΠΈΠΌΠ΅ΡŽΡ‰Π°Ρ Π²Π°ΠΆΠ½ΠΎΠ΅ Π·Π½Π°Ρ‡Π΅Π½ΠΈΠ΅ для рСгулирования Ρ„ΡƒΠ½ΠΊΡ†ΠΈΠΈ Π±Π΅Π»ΠΊΠ°. G Π±Π΅Π»ΠΊΠΈ это Π±Π΅Π»ΠΊΠΈ, ΠΊΠΎΡ‚Ρ€Ρ‹Π΅ рСгулируСтся связкой Π“Π’Π€. Π­Ρ‚ΠΈ Π±Π΅Π»ΠΊΠΈ ΠΈΠΌΠ΅ΡŽΡ‚ собствСнная Π“Π’Π€-Π°Π·Π½ΡƒΡŽ Π°ΠΊΡ‚ΠΈΠ²Π½ΠΎΡΡ‚ΡŒ.Π’ΠΎ Π΅ΡΡ‚ΡŒ, ΠΊΠΎΠ³Π΄Π° Π“Π’Π€ связан, ΠΎΠ½ΠΈ ΠΌΠΎΠ³ΡƒΡ‚ ΠΊΠ°Ρ‚Π°Π»ΠΈΠ·ΠΈΡ€ΠΎΠ²Π°Ρ‚ΡŒ Π΅Π³ΠΎ Π³ΠΈΠ΄Ρ€ΠΎΠ»ΠΈΠ· Π² Π³ΡƒΠ°Π½ΠΎΠ·ΠΈΠ½ дифосфат, Π“Π”Π€. G Π±Π΅Π»ΠΊΠΈ дСлятся Π½Π° Π΄Π²Π΅ ΠΊΠ°Ρ‚Π΅Π³ΠΎΡ€ΠΈΠΈ, ΠΌΠ°Π»Ρ‹Π΅ ΠΈ большиС. ΠœΠ°Π»Ρ‹Π΅, ΠΈΠ»ΠΈ ΠΌΠΎΠ½ΠΎΠΌΠ΅Ρ€Π½Ρ‹Π΅ G-Π±Π΅Π»ΠΊΠΈ, ΠΏΡ€Π΅Π΄ΡΡ‚Π°Π²Π»ΡΡŽΡ‚ собой Π΅Π΄ΠΈΠ½ΠΈΡ‡Π½ΡƒΡŽ суб-Π΅Π΄ΠΈΠ½ΠΈΡ†Ρƒ Π±Π΅Π»ΠΊΠ°, которая активируСтся Ρ€Π°Π·Π»ΠΈΡ‡Π½Ρ‹ΠΌΠΈ Π²Π½ΡƒΡ‚Ρ€ΠΈΠΊΠ»Π΅Ρ‚ΠΎΡ‡Π½Ρ‹ΠΌΠΈ ΡΠΈΠ³Π½Π°Π»ΡŒΠ½Ρ‹ΠΌΠΈ путями.Напротив, большиС, ΠΈΠ»ΠΈ Π³Π΅Ρ‚Π΅Ρ€ΠΎΡ‚Ρ€ΠΈΠΌΠ΅Ρ€Π½Ρ‹Π΅ G-Π±Π΅Π»ΠΊΠΈ, содСрТат Ρ‚Ρ€ΠΈ ΠΏΠΎΠ΄Π³Ρ€ΡƒΠΏΠΏΡ‹, ΠΈ Π°ΠΊΡ‚ΠΈΠ²ΠΈΡ€ΡƒΡŽΡ‚ΡΡ связанным ΠΌΠ΅ΠΌΠ±Ρ€Π°Π½ΠΎΠΉ G Π±Π΅Π»ΠΊΠΎΠ²Ρ‹ΠΌΠΈ связанными Ρ€Π΅Ρ†Π΅ΠΏΡ‚ΠΎΡ€Π°ΠΌΠΈ. Π“Π’Π€Π°Π·Ρ‹ Π΄Π΅ΠΉΡΡ‚Π²ΡƒΡŽΡ‚ ΠΊΠ°ΠΊ молСкулярный ΠΏΠ΅Ρ€Π΅ΠΊΠ»ΡŽΡ‡Π°Ρ‚Π΅Π»ΡŒ, Π² ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€ΠΎΠΌ Π“Π”Π€-связанноС состояниС ΠΎΠ±Ρ‹Ρ‡Π½ΠΎ Π½Π΅Π°ΠΊΡ‚ΠΈΠ²Π½ΠΎ, Π² Ρ‚ΠΎ врСмя ΠΊΠ°ΠΊ состояниС, связанноС с Π“Π’Π€, Π°ΠΊΡ‚ΠΈΠ²Π½ΠΎ. Π“Π’Π€ связываниС, Π·Π° ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€Ρ‹ΠΌ слСдуСт Π³ΠΈΠ΄Ρ€ΠΎΠ»ΠΈΠ·Ρƒ Π“Π’Π€ Π΄ΠΎ Π“Π”Π€, являСтся Ρ‡Π°ΡΡ‚ΡŒΡŽ Π“Π’Π€-Π“Π”Π€ Ρ†ΠΈΠΊΠ»Π°.Π¦ΠΈΠΊΠ» начинаСтся, ΠΊΠΎΠ³Π΄Π° Ρ„Π°ΠΊΡ‚ΠΎΡ€ ΠΎΠ±ΠΌΠ΅Π½Π° Π³ΡƒΠ°Π½ΠΈΠ½Π°, ΠΈΠ»ΠΈ GEF, Π²Ρ‹Π·Ρ‹Π²Π°Π΅Ρ‚ ΠΊΠΎΠ½Ρ„ΠΎΡ€ΠΌΠ°Ρ†ΠΈΠΎΠ½Π½Ρ‹Π΅ измСнСния G-Π±Π΅Π»ΠΊΠ°, ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€ΠΎΠ΅ ΠΏΡ€ΠΈΠ²ΠΎΠ΄ΠΈΡ‚ ΠΊ Π²Ρ‹ΡΠ²ΠΎΠ±ΠΎΠΆΠ΄Π΅Π½ΠΈΡŽ Π“Π”Π€. Π“Π’Π€ быстро связываСтся с. Ρ‚Π΅ΠΏΠ΅Ρ€ΡŒ пустым сайтом связывания Π½ΡƒΠΊΠ»Π΅ΠΎΡ‚ΠΈΠ΄ΠΎΠ², Ρ‚Π°ΠΊ ΠΊΠ°ΠΊ Π“Π’Π€ находится Π² ΠΈΠ·ΠΎΠ±ΠΈΠ»ΠΈΠΈ Π² Ρ†ΠΈΡ‚ΠΎΠΏΠ»Π°Π·ΠΌΠ΅.Π’ этот ΠΌΠΎΠΌΠ΅Π½Ρ‚ происходит ΠΏΠ΅Ρ€Π΅ΠΊΠ»ΡŽΡ‡Π΅Π½ΠΈΠ΅ G-Π±Π΅Π»ΠΊΠ° Π² Π΅Π³ΠΎ Π°ΠΊΡ‚ΠΈΠ²Π½ΠΎΠ΅ состояниС, с привязкой Π“Π’Π€. G Π±Π΅Π»ΠΊΠΈ ΠΈΠΌΠ΅ΡŽΡ‚ ΡΠΎΠ±ΡΡ‚Π²Π΅Π½Π½ΡƒΡŽ Π°ΠΊΡ‚ΠΈΠ²Π½ΠΎΡΡ‚ΡŒ Π“Π’Π€Π°Π·Ρ‹ Ρ‡Ρ‚ΠΎΠ±Ρ‹ Π³ΠΈΠ΄Ρ€ΠΎΠ»ΠΈΠ·ΠΈΡ€ΠΎΠ²Π°Ρ‚ΡŒ ΡΠ²ΡΠ·Π°Π½Π½ΡƒΡŽ ΠΌΠΎΠ»Π΅ΠΊΡƒΠ»Ρƒ. Однако, расщСплСниС Π“Π’Π€ Ρ„Π΅Ρ€ΠΌΠ΅Π½Ρ‚Π°ΠΌΠΈ это ΠΌΠ΅Π΄Π»Π΅Π½Π½Ρ‹ΠΉ процСсс, Π±Π΅Π· Π΄ΠΎΠΏΠΎΠ»Π½ΠΈΡ‚Π΅Π»ΡŒΠ½Ρ‹Ρ… ΠΊΠ»Π΅Ρ‚ΠΎΡ‡Π½Ρ‹Ρ… сигналов.ΠŸΠΎΡΡ‚ΠΎΠΌΡƒ, ΠΊΠΎΠ³Π΄Π° для G-Π±Π΅Π»ΠΊΠ° наступаСт ΠΌΠΎΠΌΠ΅Π½Ρ‚ Π²Ρ‹ΠΊΠ»ΡŽΡ‡Π΅Π½ΠΈΡ, Π±Π΅Π»ΠΎΠΊ, Π°ΠΊΡ‚ΠΈΠ²ΠΈΡ€ΡƒΡŽΡ‰ΠΈΠΉ Π“Π’Π€Π°Π·Ρƒ ΠΈΠ»ΠΈ GAP, свяТСтся ΠΈ ΡƒΠ»ΡƒΡ‡ΡˆΠΈΡ‚ Π“Π’Π€Π°Π·Π½ΡƒΡŽ Π°ΠΊΡ‚ΠΈΠ²Π½ΠΎΡΡ‚ΡŒ Π±Π΅Π»ΠΊΠ°. Π“Π’Π€ расщСпляСтся Π½Π° Π“Π”Π€ ΠΈ нСорганичСский фосфат, ΠΈ G-Π±Π΅Π»ΠΎΠΊ возвращаСтся Π² Π½Π΅Π°ΠΊΡ‚ΠΈΠ²Π½ΠΎΠ΅ состояниС, Π·Π°Π²Π΅Ρ€ΡˆΠ°Ρ Ρ†ΠΈΠΊΠ».

4.11:

Π“Π’Π€Π°Π·Ρ‹ ΠΈ ΠΈΡ… рСгуляция

Π‘Π΅Π»ΠΊΠΈ, ΡΠ²ΡΠ·Ρ‹Π²Π°ΡŽΡ‰ΠΈΠ΅ Π³ΡƒΠ°Π½ΠΈΠ½ΠΎΠ²Ρ‹Π΅ Π½ΡƒΠΊΠ»Π΅ΠΎΡ‚ΠΈΠ΄Ρ‹ (G-Π±Π΅Π»ΠΊΠΈ), Ρ‚Π°ΠΊΠΆΠ΅ извСстныС ΠΊΠ°ΠΊ Π“Π’Π€Π°Π·Ρ‹, ΠΏΡ€Π΅Π΄ΡΡ‚Π°Π²Π»ΡΡŽΡ‚ собой супСрсСмСйство Π±Π΅Π»ΠΊΠΎΠ², ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€Ρ‹Π΅ Ρ€Π΅Π³ΡƒΠ»ΠΈΡ€ΡƒΡŽΡ‚ ΠΌΠ½ΠΎΠ³ΠΈΠ΅ ΠΊΠ»Π΅Ρ‚ΠΎΡ‡Π½Ρ‹Π΅ процСссы, Ρ‚Π°ΠΊΠΈΠ΅ ΠΊΠ°ΠΊ ΠΏΠ΅Ρ€Π΅Π΄Π°Ρ‡Π° ΠΊΠ»Π΅Ρ‚ΠΎΡ‡Π½Ρ‹Ρ… сигналов, вСзикулярный транспорт ΠΈ рСгуляция Ρ„ΠΎΡ€ΠΌΡ‹ ΠΈ подвиТности ΠΊΠ»Π΅Ρ‚ΠΎΠΊ. ΠœΡƒΡ‚Π°Ρ†ΠΈΡ ΠΈΠ»ΠΈ дисфункция этих Π±Π΅Π»ΠΊΠΎΠ² ΠΌΠΎΠΆΠ΅Ρ‚ привСсти ΠΊ заболСванию. БущСствуСт ΠΎΠΊΠΎΠ»ΠΎ 40 000 извСстных G-Π±Π΅Π»ΠΊΠΎΠ², ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€Ρ‹Π΅ Π² Ρ†Π΅Π»ΠΎΠΌ ΠΌΠΎΠΆΠ½ΠΎ Ρ€Π°Π·Π΄Π΅Π»ΠΈΡ‚ΡŒ Π½Π° Π΄Π²Π΅ Π³Ρ€ΡƒΠΏΠΏΡ‹ ‒  ΠΌΠ°Π»Ρ‹Π΅ G-Π±Π΅Π»ΠΊΠΈ, состоящиС ΠΈΠ· ΠΎΠ΄Π½ΠΎΠ³ΠΎ Π΄ΠΎΠΌΠ΅Π½Π°, ΠΈ большиС ΠΌΠ½ΠΎΠ³ΠΎΠ΄ΠΎΠΌΠ΅Π½Π½Ρ‹Π΅ G-Π±Π΅Π»ΠΊΠΈ.

Π‘ΠΎΠ»ΡŒΡˆΠΈΠ΅ G-Π±Π΅Π»ΠΊΠΈ, Ρ‚Π°ΠΊΠΆΠ΅ извСстныС ΠΊΠ°ΠΊ Π³Π΅Ρ‚Π΅Ρ€ΠΎΡ‚Ρ€ΠΈΠΌΠ΅Ρ€Π½Ρ‹Π΅ G-Π±Π΅Π»ΠΊΠΈ, состоят ΠΈΠ· Ρ‚Ρ€Π΅Ρ… ΡΡƒΠ±ΡŠΠ΅Π΄ΠΈΠ½ΠΈΡ† —α, β ΠΈ γ. α-ΡΡƒΠ±ΡŠΠ΅Π΄ΠΈΠ½ΠΈΡ†Π° ΠΈΠΌΠ΅Π΅Ρ‚ консСрвативный Π΄ΠΎΠΌΠ΅Π½, ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€Ρ‹ΠΉ взаимодСйствуСт с Ρ€Π΅Ρ†Π΅ΠΏΡ‚ΠΎΡ€Π°ΠΌΠΈ, ассоциированными с G-Π±Π΅Π»ΠΊΠ°ΠΌΠΈ, Ρ‡Ρ‚ΠΎΠ±Ρ‹ ΠΎΠΏΠΎΡΡ€Π΅Π΄ΠΎΠ²Π°Ρ‚ΡŒ Ρ‚Ρ€Π°Π½ΡΠΌΠ΅ΠΌΠ±Ρ€Π°Π½Π½ΡƒΡŽ ΠΏΠ΅Ρ€Π΅Π΄Π°Ρ‡Ρƒ сигналов.

ΠœΠ°Π»Ρ‹Π΅ G-Π±Π΅Π»ΠΊΠΈ ΠΏΡ€Π΅Π΄ΡΡ‚Π°Π²Π»ΡΡŽΡ‚ собой Π΅Π΄ΠΈΠ½ΡƒΡŽ ΡΡƒΠ±ΡŠΠ΅Π΄ΠΈΠ½ΠΈΡ†Ρƒ ΠΈ ΠΏΠ΅Ρ€Π΅Π΄Π°ΡŽΡ‚ сигнал ΠΏΠΎ всСй ΠΊΠ»Π΅Ρ‚ΠΊΠ΅ ΠΏΠΎ Ρ€Π°Π·Π»ΠΈΡ‡Π½Ρ‹ΠΌ путям. Они Ρ€Π°Π·Π΄Π΅Π»Π΅Π½Ρ‹ Π½Π° ΠΏΡΡ‚ΡŒ подсСмСйств Π½Π° основС ΠΏΠΎΡΠ»Π΅Π΄ΠΎΠ²Π°Ρ‚Π΅Π»ΡŒΠ½ΠΎΡΡ‚ΠΈ ΠΈ Ρ„ΡƒΠ½ΠΊΡ†ΠΈΠΈ ‒ Ras, Rho, Rab, Ran ΠΈ Arf. ΠœΡƒΡ‚Π°Ρ†ΠΈΠΈ Π² подсСмСйствС Ras приводят ΠΊ ΠΎΠ±Ρ€Π°Π·ΠΎΠ²Π°Π½ΠΈΡŽ Ρ€Π°ΠΊΠΎΠ²Ρ‹Ρ… ΠΎΠΏΡƒΡ…ΠΎΠ»Π΅ΠΉ Π² Π»Π΅Π³ΠΊΠΈΡ…, толстой кишкС ΠΈ ΠΏΠΎΠ΄ΠΆΠ΅Π»ΡƒΠ΄ΠΎΡ‡Π½ΠΎΠΉ ΠΆΠ΅Π»Π΅Π·Π΅. ΠŸΠΎΠ΄ΡΠ΅ΠΌΠ΅ΠΉΡΡ‚Π²ΠΎ Rho Ρ€Π΅Π³ΡƒΠ»ΠΈΡ€ΡƒΠ΅Ρ‚ Ρ€Π΅ΠΎΡ€Π³Π°Π½ΠΈΠ·Π°Ρ†ΠΈΡŽ Π°ΠΊΡ‚ΠΈΠ½Π° ΠΈ двиТСния цитоскСлСта ΠΈΠ· ΠΌΠΈΠΊΡ€ΠΎΡ‚Ρ€ΡƒΠ±ΠΎΡ‡Π΅ΠΊ. ΠŸΠΎΠ΄ΡΠ΅ΠΌΠ΅ΠΉΡΡ‚Π²ΠΎ Rab, самоС большоС сСмСйство ΠΌΠ°Π»Ρ‹Ρ… G-Π±Π΅Π»ΠΊΠΎΠ², Ρ€Π΅Π³ΡƒΠ»ΠΈΡ€ΡƒΠ΅Ρ‚ вСзикулярный транспорт ΠΈ ΠΌΠ΅ΠΌΠ±Ρ€Π°Π½Π½Ρ‹ΠΉ пСрСнос Π² сСкрСторных ΠΈ эндоцитозных путях.  ΠŸΠΎΠ΄ΡΠ΅ΠΌΠ΅ΠΉΡΡ‚Π²ΠΎ Ran Ρ€Π΅Π³ΡƒΠ»ΠΈΡ€ΡƒΠ΅Ρ‚ ядСрно-цитоплазматичСский транспорт РНК ΠΈ Π±Π΅Π»ΠΊΠΎΠ² Ρ‡Π΅Ρ€Π΅Π· ядСрныС ΠΏΠΎΡ€Ρ‹ ΠΈ сборку ΠΈ Ρ„ΡƒΠ½ΠΊΡ†ΠΈΠΎΠ½ΠΈΡ€ΠΎΠ²Π°Π½ΠΈΠ΅ митотичСского Π²Π΅Ρ€Π΅Ρ‚Π΅Π½Π°. ΠŸΠΎΠ΄ΡΠ΅ΠΌΠ΅ΠΉΡΡ‚Π²ΠΎ Arf участвуСт Π² вСзикулярном транспортС ΠΈ ΠΌΠ΅ΠΌΠ±Ρ€Π°Π½Π½ΠΎΠΌ пСрСносС.

G-Π±Π΅Π»ΠΊΠΈ Ρ€Π΅Π³ΡƒΠ»ΠΈΡ€ΡƒΡŽΡ‚ΡΡ связываниСм Π“Π’Π€/Π“Π”Π€ ΠΈ ΠΎΠ±Π»Π°Π΄Π°ΡŽΡ‚ собствСнной Π“Π’Π€Π°Π·Π½ΠΎΠΉ Π°ΠΊΡ‚ΠΈΠ²Π½ΠΎΡΡ‚ΡŒΡŽ, Ρ‡Ρ‚ΠΎ ΠΎΠ·Π½Π°Ρ‡Π°Π΅Ρ‚, Ρ‡Ρ‚ΠΎ ΠΎΠ½ΠΈ ΠΌΠΎΠ³ΡƒΡ‚ Π³ΠΈΠ΄Ρ€ΠΎΠ»ΠΈΠ·ΠΎΠ²Π°Ρ‚ΡŒ Π“Π’Π€ Π΄ΠΎ Π“Π”Π€.  Когда связываСтся Π“Π’Π€, G-Π±Π΅Π»ΠΎΠΊ находится Π² состоянии “Π’ΠšΠ›”, Ρ‚ΠΎ Π΅ΡΡ‚ΡŒ Π±Π΅Π»ΠΎΠΊ Π±ΡƒΠ΄Π΅Ρ‚ ΡΡ‚ΠΈΠΌΡƒΠ»ΠΈΡ€ΠΎΠ²Π°Ρ‚ΡŒ каскады сигналов Π² ΠΊΠ»Π΅Ρ‚ΠΊΠ΅.  Когда связываСтся Π“Π”Π€, Π±Π΅Π»ΠΎΠΊ находится Π² состоянии “Π’Π«ΠšΠ›”, Ρ‡Ρ‚ΠΎ ΠΏΡ€ΠΈΠ²ΠΎΠ΄ΠΈΡ‚ ΠΊ остановкС сигнализирования. РСгуляция Π°ΠΊΡ‚ΠΈΠ²Π°Ρ†ΠΈΠΈ G-Π±Π΅Π»ΠΊΠ° Π΄ΠΎΠΏΠΎΠ»Π½ΠΈΡ‚Π΅Π»ΡŒΠ½ΠΎ рСгулируСтся Ρ„Π°ΠΊΡ‚ΠΎΡ€Π°ΠΌΠΈ ΠΎΠ±ΠΌΠ΅Π½Π° Π³ΡƒΠ°Π½ΠΈΠ½ΠΎΠ²Ρ‹Ρ… Π½ΡƒΠΊΠ»Π΅ΠΎΡ‚ΠΈΠ΄ΠΎΠ² (GEF), ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€Ρ‹Π΅ ΠΏΠΎΠΌΠΎΠ³Π°ΡŽΡ‚ диссоциации Π“Π”Π€, ΠΈ Π±Π΅Π»ΠΊΠ°ΠΌΠΈ, Π°ΠΊΡ‚ΠΈΠ²ΠΈΡ€ΡƒΡŽΡ‰ΠΈΠΌΠΈ Π“Π’Π€Π°Π·Ρƒ (GAP), ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€Ρ‹Π΅ ΡΡ‚ΠΈΠΌΡƒΠ»ΠΈΡ€ΡƒΡŽΡ‚ Π³ΠΈΠ΄Ρ€ΠΎΠ»ΠΈΠ· Π“Π’Π€. ΠšΡ€ΠΎΠΌΠ΅ Ρ‚ΠΎΠ³ΠΎ, ΠΈΠ½Π³ΠΈΠ±ΠΈΡ‚ΠΎΡ€Ρ‹ диссоциации Π³ΡƒΠ°Π½ΠΈΠ½Π° (GDI) ΠΌΠΎΠ³ΡƒΡ‚ ΡΠ²ΡΠ·Ρ‹Π²Π°Ρ‚ΡŒΡΡ с нСбольшими Π“Π’Π€Π°Π·Π°ΠΌΠΈ ΠΈ Ρ€Π΅Π³ΡƒΠ»ΠΈΡ€ΠΎΠ²Π°Ρ‚ΡŒ ΠΈΡ… располоТСниС Π² ΠΌΠ΅ΠΌΠ±Ρ€Π°Π½Π΅ ΠΈΠ»ΠΈ Ρ†ΠΈΡ‚ΠΎΠΏΠ»Π°Π·ΠΌΠ΅.

Suggested Reading

  1. Mishra, A. K., & Lambright, D. G. (2016). Invited review: Small GTPases and their GAPs. Biopolymers, 105(8), 431–448.
  2. Toma-Fukai, S., & Shimizu, T. (2019). Structural Insights into the Regulation Mechanism of Small GTPases by GEFs. Molecules (Basel, Switzerland), 24(18), 3308.