"The Unfolded Protein Response"

THE UNFOLDED
PROTEIN RESPONSE
Anna Czarnecka
Źródło: „Intercellular signaling from the endoplasmatic reticulum to the
nucleus: the unfolded protein response in yeast and mammals”
Ch. Patil & P. Walter
The unfolded protein response
Gdy niesfałdowane białka gromadzą się w ER:
Ö transdukcja sygnału przez błonę ER do
cytoplazmy i jądra
Öodpowiedź białek efektorowych
= transkrypcja charakterystycznych genów
zwalniających tempo translacji w komórce
UPR we wszystkich typach badanych
komórek eukariotycznych:
• informacja o stresie ER przekazywana jest do
cytozlu przez kinazy transbłonowe, aktywowane
przez trans-autofosforylację i oligomeryzację
• kinazy te wykazują aktywność endonukleazową (u
ssaków nie znany przedmiot jej działania)
• efektorami transkrypcji są m.in. białka należące do
rodziny ATF/CREB – rodziny suwaków
leucynowych
• czynnikami ulegającymi translacji w odpowiedzi
UPR są m.in. chaperony ER
UPR u drożdży
„
„
„
Ire1p - receptor niesfałdowanych białek w ER przekazuje sygnał przez błonę ER
Hac1p – bezpośrednio aktywuje transkrypcję genów UPR
Rlg1p (ligaza tRNA) – odgrywa krytyczną rolę w
aktywacji Ire1 i obróbce Hac1p
Ire1p
„
„
„
„
„
„
transbłonowa kinaza serynowo – treoninowa
3 domeny funkcyjne
N - koniec zanurzony jest w przestrzeni wewnątrz ER i
odpowiada za detekcje stężenia niesfałdowanych białek
akumulacja niesfałdowanych białek powoduje jej
oligomeryzację i trans–autofosforylację (domena
cytozolowa)
zaktywowana stymuluje C – końcową domenę o
specyficzności endorybonukleazowej
substrat endonuklezy Ire1p - mRNA HAC1
HAC1 ÖHac1p
Koduje bZIP (basic leucine zipper) – czynnik transkrypcyjny
aktywujący transkrypcję genów odpowiedzi UPR
HAC1u (uninduced) jest transkrybowane konstytucyjnie, lecz
białko Hac1p nie jest wykrywane w komórce
HAC1u zawiera nie-klasyczny intron - 10 aminokwasów C
końca i kodon stop → intron nie zostaje wycięty mRNA
nie ulega translacji
W wyniku aktywacji szlaku UPR intron jest wycinany przez
Ire1p; m RNA łączy ligaza → powstaje HAC1i (induced)
Na HAC1u powstaje białko Hac1p
!! kluczowym etapem regulacji UPR jest splicing
mRNA dla Hac1p
Intron
„
„
„
„
„
„
mechanizm splicingu mRNA HAC1 jest zdecydowanie
różny od działania klasycznego spliceosomu
Rlg1p - ligazą tRNA Æ splicing ten bardziej przypomina
splicing tRNA, a nie mRNA
sekwencje rozpoznawane przez endonukleazę HAC1 są
różne od rozpoznawanych podczas splicingu mRNA
usunięcie intronu z HAC1zmienia sekwencje i właściwości
kodowanego białka
zmiana następuje w C - końcu odpowiedzialnym za transaktywacje - czynnik aktywujący, gdy pochodzi z HAC1u a
nie HAC1i
intron zapewnia, iżn białko nie powstajeo gdyby doszło
do translacji białko będzie nieaktywne
Hac1p
„
„
„
„
„
transportowane do jądra aktywuje geny docelowe
wiąże się ze specyficznymi sekwencjami UPRE (unfolded
protein response elements) należącymi do upstream
activating sequences
UPRE są znajdowane m.in. dla genów KAR2, PDI1,
FKB2 – chaperonów ER
Hac1p może współdziałać z kompleksem SAGA wielobiałkowym kompleksem związanym z acetylacją
histonów podczas aktywacji transkrypcji
kilka z białek kompleksu SAGA oddziałuje z cytozolową
domeną Ire1p; a jedno z białek – Ada5 - wydaje się brać
udział w splicingu HAC!
UPR u ssaków
„
„
„
„
„
„
„
„
„
wiele elementów UPR niezmienione w czasie ewolucji
homologu Ire1p u ssaków: Ire1α i Ire1β
Ire1α - ekspresja we wszystkich typach komórek
Ire1β - ekspresja w nabłonku jelita
umożliwiają transdukcję sygnału przez błonę ER
wykazują aktywność kinazową
zdolne do trans-autofosforylacji
wzrost ekspresji Ire1α podnosi poziom transkrypcji z
promotora BiP – chaperonu ER
wzrost ekspresji Ire1β podnosi poziom transkrypcji z
promotora BiP – chaperonu ER i innych genów UPR np.
czynnika transkrypcyjnego CHOP
Ire1, BiP i niesfałdowane białka
„
„
„
„
domena Ire1w ER nie odpowiada bezpośrednio na
stężenie białek niesfałdowanych ⇔ ale jest związana z
wolnym chaperonem BiP
kiedy BiP oddysocjowuje na ⇐ skutek kumulacji
niesfałdowanych białek ⇒ Ire1 ulega oligomeryzacji
w komórkach ssaków Ire1 i BiP tworzą kompleks
rozpadający się pod wpływem stresu ER
w komórkach ssaków i drożdży nadekspresja BiP
zmniejsza aktywacje UPR
Stymulacja apoptozy przez UPR
„
„
„
„
„
Ire1 może działać jako czynnik pro-apoptotyczny
przedłużone działanie tunikamycyną stymuluje aktywacje
kaspazy 12 w błonie ER⇒ ⇒ apoptoza
nadekspresja Ire1β stymuluje apoptozę przez czynnik
transkrypcyjny CHOP
Ire1 może także aktywować szlak apoptotyczny poprzez
fosforylację c-jun
po aktywacji Ire1α i Ire1β łączą się z białkiem TRAF2,
które z kolei łączy się z c-jun
Wnioski
„
„
„
UPR u ssaków może mieć cytotoxyczne (proapoptotyczne), jak i cytoprotekcyjne działanie.
Aktywacja UPR może skończyć się programowaną
śmiercią komórki lub przeżyciem i naprawą białek przez
chaperony.
!! decyzja którą ze ścieżek wybrać, jest dokonywana
podczas zatrzymania cyklu komórkowego.
Kontrola translacji
„
„
„
„
inhibicja translacji przez UPR jest zjawiskiem ogólnym
kierowanym przez PERK – kinazę ER
PERK w odpowiedzi na stres ER ulega oligomeryzacji i
trans-autofosforylacji
aktywna PERK fosforyluje czynnik transkrypcyjny eIF2α,
Ö obniżenie translacji wszystkich białek
represja translacji przez PERK jest selektywna (Rysunek)
UPR u drożdży - szerzej
„
„
ponad 5% genomu (350 genów z 6300) jest regulowanych
przez UPR
geny te kodują czynniki odpowiedzialne za:
• metabolizm lipidów
• glikozylację białek
• degradację białek związanych z ER
• transport białek między ER a AG
• transport białek do powierzchni komórki
UPR u ssaków - szerzej
„
„
nie zbadane do końca
odkrycia genów docelowych działania tej ścieżki pokazują, że UPR
reguluje też :
• Ścieżkę gikozylacji białek
• Działanie pompy wapniowej w ER
• SERP1/RAMP stabilizujące białka błonowe i wpływające na
ich glikozylację
• Działanie syntetazy asparaginowej
• Metabolizm azotu
• ERAD (ER-associated protein degradation) – degradację w
proteosomach niesfałdowanych białek z ER cytozolu po
ubikwitynacji
Podsumowanie (wreszcie!!)
UPR w komórkach ssaków
Îjest bardziej złożona
Îmoże zatrzymywać cykl komórkowy lub prowadzić
do apoptozy
Îwpływa na szersze spektrum procesów w komórce
The END