Тау-белки нейронов

Декабрь 6, 2015 / Комментарии 0

Другим, наиболее активным и эффективным эвакуатором фосфатов и, возможно, пирофосфатов из зоны синтеза белка является ТБ. Белковая молекула ТБ является гидрофильным и высоко асимметричным белком. N-концевой фрагмент ТБ взаимодействует с плазматической мембраной и цитоскелетными белками нейрона, принимает участие в сигнальной трансдукции, определяет расстояние между микротрубочками в аксоне и способен регулировать диаметр последнего.

р3

Данный фрагмент содержит кислую и богатую пролином области в своем составе. Именно богатая пролином область ТБ интенсивно фосфорилирована в мозге пациентов с БА. В составе N-концевого фрагмента ТБ есть небольшие участки связывания железа и гепарина. С-концевой фрагмент ТБ содержит 3 или 4 тубулин-связывающих домена длиной 31-32 остатка каждый (R) и один кислый регион (рис. 3). Установлено, что при активации гепарином GSK3P усиливается фосфорилирование ТБ по сайтам Serl99, Thr231, Ser235, Ser262, Ser396, Ser400, которые характерны для гиперфосфорилированного ТБ при БА. Ненасыщенные жирные кислоты, входящие в состав фосфолипидов, и ионы металлов, особенно алюминий, также стимулируют полимеризацию ТБ. В настоящее время рассматривается гипотеза о роли так называемых «воспламеняющих» сайтов фосфорилирования ТБ. Речь идет о сайтах, фосфорилирование которых облегчает дальнейшее множественное фосфорилирование молекулы ТБ по аномальным сайтам с образованием гиперфосфорилированного белка. Как правило, «воспламеняющие» сайты в ТБ являются участками взаимодействия с другими внутринейрональными протеинами, и прежде всего тубулином, которому отводится ключевая роль в липид-белковых комплексах возбудимых мембран. Таким образом, тубулин не только входит в состав трубочек, но является одним из компонентов в составе протоплазмы нейрона, определяющих свойства и характеристики фазового перехода возбудимых мембран. К процессам, принимающим участие в посттрансляционной модификации ТБ, относятся фосфорилирование, убиквитирование, гликирование, гликозилирование, окисление, нитрование, агрегация и др. В норме ТБ, взаимодействуя с тубулином, скрепляет и стабилизирует микротрубочки, обеспечивает перенос в цитоплазме нейронов клеточных органелл и мобильных биохимических молекул, регулирует рост аксонов и дендритов. Способность ТБ скреплять микротрубочки отчасти объясняется наличием у него нескольких фосфатных групп (см. рис. 3). При интенсивном синтезе белка в нейроне в зоне синтеза белка образуется большое количество молекул пирофосфата и AMP Пирофосфат может подвергаться гидролизу пирофосфатазой с образованием двух молекул фосфата, а выделяющаяся при этом энергия рассеивается в виде тепла. Молекулы ТБ при участии киназ присоединяют молекулы фосфатов в зоне синтеза белка и способствуют эвакуации этих фосфатов к митохондриям. Возможно, что аналогично осуществляется транспорт молекул AMP из зоны синтеза белка к митохондриям для восстановления в ATP При продолжительном интенсивном синтезе белка в зоне синтеза температура может повышаться до определенного значения, при котором возникает вероятность присоединения нескольких молекул фосфатов к различным сайтам молекулы ТБ. Аксоногенез также регулируется уровнем фосфорилирования ТБ, при этом образуется градиент степени фосфорилирования молекул ТБ вдоль растущего аксона. Было убедительно показано, что в теле нейрона в основании аксона ТБ фосфорилирован по Serl 99/202 и Thr205 на 80%, тогда как в конусе роста аксона только на 20%. Эти результаты четко свидетельствуют о том, что в центральных зонах нейрона молекулы ТБ полифосфорилируются, а затем, по мере перемещения ТБ от центра нейрона, фосфаты утилизируются. Процесс блокирования пирофосфатов имеет для нейрона важное значение, так как изымает из энергетического обращения энергоемкие молекулы и предотвращает повышение температуры в нейронах. Таким образом, формулу полифосфорилирования ТБ можно записать в виде:

ТБ+пАТР ⇔ TBnP+nADP.

В ряде обзоров описаны варианты предотвращения гидролиза пирофосфатов пирофосфатазой в разных организмах. В нейронах, по нашему мнению, этот процесс протекает следующим образом:

nADP+nPPi ⇔ nATP+nPi.

Огромную роль в изучении патогенеза БА занимают исследования генетики ТБ. τ-Ген располагается на 17 хромосоме (17q21 локус) и содержит по крайней мере 16 экзонов. В настоящее время для τ-гена выявлен полиморфный динуклеотидный повтор в 9 интроне и 8 одинарных нуклеотидных полиморфизмов. Первичный эффект интронных мутаций т-гена, находящихся рядом со сплайс-донорским участком, обусловлен изменением соотношения изоформ ТБ с различным количеством повторов, при этом имеет место преобладание изоформ с 4 повторами. Была выявлена роль еще одного фермента в гиперфосфорилировании ТБ. Речь идет о тирозин фосфорилирующей регуляторной киназе 1A с двойной специфичностью (DYRK1A). Ген DYRK1A локализован на той же 21 хромосоме, что и ген APR С этим ассоциирует наличие интранейрональных нейрофибриллярных сплетений (ИНФС) одновременно с внеклеточными сенильными бляшками агрегированного Aβ при трисомии 21 хромосомы (у пациентов с синдромом Дауна), либо при увеличении копий отдельных генов данной хромосомы (болезнь Альцгеймера). В мозге человека идентифицировано 6 изоформ ТБ (45-65 кДа) длиной 352-441 а.к. остатков, экспрессирующихся в результате альтернативного мРНК-сплайсинга 2-, 3- и 10-го экзонов (см. рис. 3). Изоформы ТБ отличаются наличием трех (R2, R3, R4) или четырех (R1, R2, R3, R4) повторяющихся участков в С-концевом фрагменте молекулы белка и наличием либо отсутствием одной из двух вставок (Е2 и Е3) в N-kohцевом фрагменте. Для ТБ характерна биохимическая гетерогенность в различных субпопуляциях нейронов. Самая длинная изоформа ТБ (441 АК) содержит 80 остатков серина и 5 остатков тирозина, поэтому 20% молекулы потенциально может быть фосфорилировано. Изоформы ТБ при разных заболеваниях регистрируются в разных сочетаниях. В частности, при БА идентифицирован триплет ТБ (изоформы тау 55, 64 и 69 кДа), являющийся основной составляющей ИФНС. Все они образуются в результате гиперфосфорилирования. В норме для различных изоформ ТБ выявлены специфические участки фосфорилирования. Однако при БА наблюдается неспецифическое гиперфосфорилирование целого ряда изоформ ТБ по аномальным сайтам. Изоформы ТБ с экзоном 10 содержат 2 цистеиновых остатка, без этого экзона — только один. Это предполагает возможность формирования димеров белка за счет образования меж-молекулярных дисульфидных связей. Возможно, что окисление сульфгидрильных групп в данном белке может вносить свой вклад в его агрегацию. В нейрофибриллярных сплетениях при БА обнаружены все 6 изоформ гиперфосфорилированного ТБ, которые при электрофоретическом разделении дают 3 основные полосы, соответствующие белкам с молекулярным весом 68, 64 и 60 кДа. Недавно обнаружена изоформа ТБ, представленная в ядре нейронов и других клеток. Она колокализуется с ядерным белком нуклеолином и АТ-богатым участком сателитной ДНК и представлена в конститутивном хроматине. Авторы предполагают, что ядерный ТБ принимает участие в структурировании ядра и гетерохроматинизации отдельных рибосомальных генов. ТБ может быть фосфорилирован в 30 сайтах, при этом в норме на 1 моль этого белка приходится 2-3 моля фосфатных групп, тогда как у гиперфосфорилированной изоформы — от 5 до 9 молей фосфатов.

Эти результаты убедительно демонстрируют ситуацию, когда сайты фосфорилирования присоединяют в норме по одному фосфату. В случае высокой интенсивности синтеза эти же сайты могут присоединять несколько фосфатов. Также показано, что N-гликозилирование характерно для гиперфосфорилированного ТБ, тогда как О-гликозилирование — для немодифицированного ТБ. Предполагается, что фосфорилирование и О-гликозилирование этого белка играет роль в его ядерной локализации, а N-гликозилирование гиперфосфорилированного ТБ способствует транспорту этих комплексов к мембране нейрона.

Подпишитесь на свежую email рассылку сайта!

Читайте также