Prekurzorový protein amyloidu beta - Amyloid-beta precursor protein

APLIKACE
PBB Protein APP image.jpg
Dostupné struktury
PDB Hledání ortologů : PDBe RCSB
Identifikátory
Přezdívky APP , AAA, ABETA, ABPP, AD1, APPI, CTFgamma, CVAP, PN-II, PN2, amyloidový beta prekurzorový protein, preA4, alfa-sAPP
Externí ID OMIM : 104760 MGI : 88059 HomoloGene : 56379 GeneCards : APP
Ortology
Druh Člověk Myš
Entrez
Ensembl
UniProt
RefSeq (mRNA)

NM_001198823
NM_001198824
NM_001198825
NM_001198826
NM_007471

RefSeq (protein)

NP_001185752
NP_001185753
NP_001185754
NP_001185755
NP_031497

Umístění (UCSC) Chr 21: 25,88 - 26,17 Mb Chr 16: 84,95 - 85,17 Mb
Hledání PubMed
Wikidata
Zobrazit/upravit člověka Zobrazit/upravit myš
(a) Obraz s malým zvětšením bezprostředně po společné injekci červených negativně nabitých a zelených kuliček konjugovaných s glycinem ukazující místo vpichu, označené kapkou oleje, vypadající jako kulatá žlutá koule. Překrývání červené a zelené fluorescence vytváří žlutý obraz. (b) 50 minut po injekci postupovaly červené karboxylované kuličky v anterográdním směru (doprava), zatímco zelené kuličky konjugované se zeleným glycinem nepostupovaly. (c)-(e) Axon společně injikovaný červenými kuličkami APP-C a zelenými glycinovými kuličkami a zobrazen po dobu 100 snímků v intervalech 4 s při 40násobném zvětšení. (c) první snímek červeného kanálu (vlevo); (uprostřed) 50 snímků překrytých; (vpravo) všech 100 snímků překrývají. Všimněte si postupu jednotlivých kuliček směrem k pravé anterográdní straně místa vpichu směřující k presynaptickému terminálu. (d) dva obrázky zeleného kanálu ze stejné videosekvence; (vlevo) první snímek; (uprostřed) 100 snímků překrytých. Všimněte si nedostatku výrazného pohybu zelených glycinových kuliček. (e) Červený i zelený kanál od 100 snímků překrývající stejné video jako v (c) a (d). f) trajektorie jednotlivých kuliček při vysokém zvětšení ze sady překrývajících se rámců ukazujících pohyby kuliček.

Beta-amyloid prekurzorového proteinu ( APP ) je integrální membránový protein exprimován v mnoha tkáních a zahustí se v synapsích z neuronů . Funguje jako receptor na povrchu buněk a byl implikován jako regulátor tvorby synapsí, nervové plasticity , antimikrobiální aktivity a exportu železa . Je kódován genem APP a regulován prezentací substrátu . APP je nejlépe známá jako prekurzorová molekula, jejíž proteolýza generuje amyloid beta (Ap), polypeptid obsahující 37 až 49 aminokyselinových zbytků, jejichž amyloidní fibrilární forma je primární složkou amyloidních plaků nacházejících se v mozku pacientů s Alzheimerovou chorobou .

Genetika

Prekurzorový protein amyloidu beta je starověký a vysoce konzervovaný protein . U lidí je gen APP umístěn na chromozomu 21 a obsahuje 18 exonů pokrývajících 290 kilobází . U lidí bylo pozorováno několik alternativních sestřihových izoforem APP v délce od 639 do 770 aminokyselin, přičemž některé izoformy jsou přednostně exprimovány v neuronech; změny v poměru neuronů těchto izoforem jsou spojeny s Alzheimerovou chorobou. Homologní proteiny byly identifikovány v jiných organismech, jako jsou Drosophila (ovocné mušky), C. elegans (škrkavky) a všichni savci . Amyloidová beta oblast proteinu, umístěná v membránové doméně, není mezi druhy dobře konzervována a nemá zjevné spojení s biologickými funkcemi přirozeného stavu APP .

Mutace v kritických oblastech prekurzorového proteinu amyloidu, včetně oblasti, která generuje amyloid beta (Ap), způsobují familiární náchylnost k Alzheimerově chorobě. Například bylo zjištěno, že několik mutací mimo oblast Ap spojenou s familiárním Alzheimerem dramaticky zvyšuje produkci Ap.

Mutace (A673T) v genu APP chrání před Alzheimerovou chorobou. Tato substituce sousedí se štěpným místem beta sekretázy a má za následek 40% snížení tvorby amyloidu beta in vitro.

Struktura

Kov vázající doména APP s vázaným iontem mědi . Tyto postranní řetězce těchto dvou histidinu a jeden tyrosinových zbytků, které hrají roli v kovové koordinační jsou uvedeny v Cu (I) vázán, Cu (II), vázané a nevázané konformace, které se liší pouze o malé změny v orientaci.
Extracelulární doména E2, dimerní svinutá cívka a jedna z nejzachovalejších oblastí proteinu od Drosophila k lidem. Předpokládá se, že tato doména, která se podobá struktuře spektrinu , váže proteoglykany heparansulfátu .

V sekvenci APP byla identifikována řada odlišných, do značné míry nezávisle skládajících se strukturálních domén . Extracelulární oblast, mnohem větší než intracelulární oblast, je rozdělena na domény E1 a E2 spojené kyselou doménou (AcD); E1 obsahuje dvě subdomény včetně domény podobné růstovému faktoru (GFLD) a domény vázající měď (CuBD), které spolu úzce interagují. Mezi kyselou oblastí a doménou E2 se nachází doména inhibitoru serinové proteázy, která chybí v izoformě odlišně exprimované v mozku. Kompletní krystalová struktura APP ještě nebyla vyřešena; Nicméně jednotlivé domény byly úspěšně krystaluje se růstový faktor-podobné doméně je měď vázající domény, kompletní domény E1 a doména E2.

Posttranslační zpracování

APP prochází rozsáhlou posttranslační modifikací zahrnující glykosylaci , fosforylaci , sialylaci a tyrosinovou sulfataci , stejně jako mnoho typů proteolytického zpracování za účelem generování peptidových fragmentů. Obvykle je štěpena proteázami v rodině sekretáz ; alfa sekretáza a beta sekretáza oba odstraňují téměř celou extracelulární doménu a uvolňují membránově ukotvené karboxy-koncové fragmenty, které mohou být spojeny s apoptózou . Štěpení gama sekretázou v membránové doméně po štěpení beta-sekretázou generuje fragment amyloidu-beta; gama sekretasa je velký komplex více podjednotek, jehož složky dosud nebyly plně charakterizovány, ale zahrnují presenilin , jehož gen byl identifikován jako hlavní genetický rizikový faktor Alzheimerovy choroby.

Amyloidogenní zpracování APP bylo spojeno s jeho přítomností v lipidových raftech . Když molekuly APP zabírají oblast lipidového raftu membrány, jsou přístupnější a diferencovaně štěpené beta sekretázou, zatímco molekuly APP mimo raft jsou odlišně štěpeny neamyloidogenní alfa sekretázou. Aktivita gama sekretázy je také spojována s lipidovými rafty. Úloha cholesterolu při údržbě lipidových raftů byla citována jako pravděpodobné vysvětlení pro pozorování, že vysoký cholesterol a genotyp apolipoproteinu E jsou hlavními rizikovými faktory Alzheimerovy choroby.

Biologická funkce

Ačkoli přirozená biologická role APP je zjevně zajímavá pro výzkum Alzheimerovy choroby, důkladné porozumění zůstalo nepolapitelné.

Synaptická tvorba a opravy

Nejpodloženější role APP je v synaptické formaci a opravě; jeho exprese je upregulována během diferenciace neuronů a po nervovém poškození. Role v buněčné signalizaci , dlouhodobé potenciaci a buněčné adhezi byly navrženy a podpořeny dosud omezeným výzkumem. Zejména podobnosti v posttranslačním zpracování si vyžádaly srovnání se signální rolí povrchového receptorového proteinu Notch .

Myši s knockoutem APP jsou životaschopné a mají relativně malé fenotypové efekty včetně zhoršené dlouhodobé potenciace a ztráty paměti bez obecné ztráty neuronů. Na druhé straně bylo také hlášeno, že transgenní myši s upregulovanou expresí APP vykazují zhoršenou dlouhodobou potenciaci.

Logický závěr je, že protože Ap se nadměrně hromadí u Alzheimerovy choroby, její předchůdce, APP, by byl také zvýšen. Těla neuronálních buněk však obsahují méně APP jako funkci jejich blízkosti k amyloidním plakům. Data naznačují, že tento deficit v APP vyplývá spíše z poklesu výroby než ze zvýšení katalýzy. Ztráta APP neuronu může ovlivnit fyziologické deficity, které přispívají k demenci.

Somatická rekombinace

V neuronech lidského mozku , somatická rekombinace často vyskytuje v genu, který kóduje APP. Neurony od jedinců se sporadickou Alzheimerovou chorobou vykazují větší diverzitu genu APP v důsledku somatické rekombinace než neurony od zdravých jedinců.

Anterográdní neuronální transport

Molekuly syntetizované v buněčných tělech neuronů musí být transportovány ven do distálních synapsí. Toho je dosaženo rychlou anterográdní přepravou . Bylo zjištěno, že APP může zprostředkovávat interakci mezi nákladem a kinesinem a tím usnadňovat tento transport. Pro interakci s motorickým proteinem je konkrétně nutná krátká peptidová 15-aminokyselinová sekvence z cytoplazmatického karboxy-konce.

Kromě toho bylo ukázáno, že interakce mezi APP a kinesinem je specifická pro peptidovou sekvenci APP. V nedávném experimentu zahrnujícím transport barevných kuliček konjugovaných s peptidem byly kontroly konjugovány s jedinou aminokyselinou, glycinem , takže vykazují stejnou koncovou skupinu karboxylové kyseliny jako APP bez výše uvedené zasahující 15-aminokyselinové sekvence. Kontrolní kuličky nebyly pohyblivé, což prokázalo, že koncová COOH část peptidů není dostatečná pro zprostředkování transportu.

Export železa

Jiný pohled na Alzheimerovu chorobu odhaluje studie na myších, která zjistila, že APP má aktivitu ferroxidázy podobnou ceruloplasminu , což usnadňuje export železa interakcí s ferroportinem ; zdá se, že tato aktivita je blokována zinkem zachyceným nahromaděným Ap v Alzheimerově chorobě. Bylo ukázáno, že polymorfismus jednoho nukleotidu v 5'UTR mRNA APP může narušit jeho translaci.

Hypotéza, že APP má aktivitu ferroxidázy ve své doméně E2 a usnadňuje export Fe (II), je pravděpodobně nesprávná, protože navrhované místo pro ferroxidázu APP umístěné v doméně E2 nemá aktivitu ferroxidázy.

Protože APP nemá ve své doméně E2 aktivitu ferroxidázy, mechanismus výtoku železa modulovaného APP z ferroportinu se podrobil zkoumání. Jeden model naznačuje, že APP působí na stabilizaci proteinu ferroportinu efluxu železa v plazmatické membráně buněk, čímž se zvyšuje celkový počet molekul ferroportinu na membráně. Tyto transportéry železa pak mohou být aktivovány známými savčími ferroxidázami (tj. Ceruloplazminem nebo hephaestinem).

Hormonální regulace

Prekurzorový protein amyloid-β (AβPP) a všechny přidružené sekretázy jsou exprimovány na počátku vývoje a hrají klíčovou roli v endokrinologii reprodukce -s diferenciálním zpracováním AβPP sekretázami regulujícími také proliferaci lidských embryonálních kmenových buněk (hESC) jako jejich diferenciace na neurální prekurzorové buňky (NPC). Těhotenský hormon lidský choriový gonadotropin (hCG) zvyšuje expresi ApPP a proliferaci hESC, zatímco progesteron usměrňuje zpracování ApPP směrem k neamyloidogenní dráze, která podporuje diferenciaci hESC na NPC.

ApPP a jeho produkty štěpení nepodporují proliferaci a diferenciaci post-mitotických neuronů; spíše nadměrná exprese buď divokého typu nebo mutantního ApPP v post-mitotických neuronech indukuje apoptotickou smrt po jejich opětovném vstupu do buněčného cyklu . Předpokládá se, že ztráta pohlavních steroidů (včetně progesteronu), ale zvýšení luteinizačního hormonu , ekvivalentu hCG pro dospělé, postmenopauza a během andropauzy pohání produkci amyloidu-β a opětovný vstup post-mitotických neuronů do buněčného cyklu .

Interakce

Ukázalo se, že prekurzorový protein amyloidu interaguje s:

APP interaguje s reelinem , proteinem zapojeným do řady mozkových poruch, včetně Alzheimerovy choroby.

Reference

Další čtení

externí odkazy