Подвижный грунтовый ракетный комплекс
- 1 year ago
- 0
- 0
Экзосо́ма (ко́мплекс) , или PM/Scl-ко́мплекс — мультибелковый комплекс , способный к разрушению различных типов молекул РНК . Экзосомы имеются у эукариот и архей , в то время как у бактерий сходные функции выполняет более просто устроенный комплекс — деградосома .
Коровую (центральную) часть экзосомы составляет шестичленное кольцо, к которому прикрепляются другие белки . У эукариот экзосомы присутствуют в цитоплазме , ядре и особенно ядрышке , хотя в этих компартментах имеются некоторые белки, взаимодействующие с экзосомами и регулирующие их активность по деградации РНК- субстратов , специфичных для этих клеточных компартментов. К субстратам экзосомного комплекса относят мРНК , рРНК и многие другие виды малых РНК. Экзосома обладает экзорибонуклеолитической активностью, то есть разрушает молекулы РНК, начиная с одного их конца (3′-конца), а у эукариот для неё характерна также эндорибонуклеолитическая активность, то есть она способна разрезать РНК в местах (сайтах), расположенных во внутренней части молекулы.
Несколько экзосомных белков являются мишенями аутоантител у пациентов, страдающих от специфических аутоиммунных заболеваний , особенно ; кроме того, функционирование экзосом блокируется при некоторых видах противораковой антиметаболической химиотерапии. Наконец, мутации в вызывают и в спинном мозге .
Экзосома впервые была описана в 1997 году как РНКаза дрожжей Saccharomyces cerevisiae . Вскоре, в 1999 году, было установлено, что экзосома дрожжей эквивалентна уже описанным к тому моменту комплексам PM/Scl человека , которые несколькими годами ранее были изначально описаны как ауто антиген у пациентов с некоторыми аутоиммунными расстройствами . Выделение таких человеческих PM/Scl-комплексов позволило идентифицировать другие экзосомные белки и, наконец, описать все компоненты комплекса . В 2001 году увеличивающийся объём геномных данных позволил предсказать наличие экзосомных белков у архей, хотя первый экзосомный комплекс был выделен у архей лишь два года спустя .
Коровая (центральная) часть комплекса имеет кольцевую структуру и состоит из 6 белков, каждый из которых принадлежит к одному и тому же классу РНКаз — белкам, подобным . У архей имеются два различных белка, подобных РНКазам РН — Rrp41 и Rrp42, каждый из которых трижды встречается в кольце и перемежается с белком другого вида. У эукариот кольцевая структура образована шестью различными белками . Из шести эукариотических белков три белка напоминают белок Rrp41 архей, а три других — Rrp42 .
Поверх этих кольцевых белков располагаются три белка, содержащих домены . У двух из трёх этих белков, кроме того, имеется . У эукариот все три этих S1-содержащих белка различны, а у архей они представлены белками одного или двух различных видов, хотя во всех случаях к кольцу прикрепляется только три субъединицы .
Кольцевая структура экзосомы очень схожа с таковой у РНКазы РН и (PNPазы). У бактерий РНКаза РН, участвующая в процессинге тРНК , образует гексамерное кольцо, состоящее из шести идентичных субъединиц . В случае PNPазы ( РНК-деградирующего фермента (имеющегося у бактерий, а также у хлоропластов и митохондрий некоторых эукариот) оба домена РНКазы РН, а также S1- и КН-РНК-связывающие домены являются частями одного-единственного белка, который формирует тримерный комплекс, по почти совершенно совпадающий с экзосомой . Из-за высокого сходства и белковых доменов, и структуры эти комплексы считаются эволюционно родственными и имеют одного общего предка . Экзосомные белки, подобные РНКазе РН — RNPаза и РНКаза РН, — входят в семейство РНКазы РН РНКаз и являются фосфоролитическими экзорибонуклеазами, то есть используют неорганический фосфат для удаления нуклеотидов с 3′-конца молекул РНК .
Кроме вышеперечисленных девяти коровых белков, с экзосомами эукариот также часто ассоциированы два других белка. Один из них — Rrp44, гидролитическая РНКаза, которая принадлежит к семейству гидролитических экзорибонуклеаз (использующих воду для разрыва связей между нуклеотидами). Кроме экзорибонуклеотической активности, Rrp44 также может функционировать как эндорибонуклеаза, эту активность проявляет отдельный домен этого белка . У дрожжей Rrp44 ассоциирован со всеми экзосомными комплексами и необходим для их функционирования . Хотя у человека имеется белок- гомолог Rrp44, долгое время не было доказательств того, что этот гомолог тоже ассоциирован с экзосомами . Однако в 2010 году было установлено, что у человека существует три гомолога Rrp44 и два из них могут работать вместе с экзосомами. Наиболее вероятно, что эти два белка разрушают различные РНК-субстраты из-за различной локализации в клетке: один — Dis3L1 — локализован в цитоплазме, а другой — — в ядре .
Другой белок, часто ассоциированный с экзосомой, — Rrp6 (у дрожжей) или PM/Scl-100 (у человека), как и Rrp44, этот белок является гидролитической экзорибонуклеазой, однако принадлежит к семейству . Белок PM/Scl-100 наиболее часто встречается в экзосомных комплексах, локализованных в ядре, однако может входить в состав и цитоплазматических экзосом .
Кроме двух вышеназванных белков, прочно связанных с экзосомным комплексом, многие белки взаимодействуют с экзосомами в цитоплазме и ядре клетки. Эти белки, слабо связывающиеся с экзосомами, могут регулировать активность и специфичность экзосомных комплексов. В цитоплазме экзосома взаимодействует с белками, связывающимися с AU-обогащёнными элементами , в том числе KRSP и , которые стимулируют или предотвращают деградацию РНК. Ядерные экзосомы связываются с РНК-связывающими белками (в том числе MPP6/Mpp6 и C1D/Rrp47 у человека/дрожжей), которые необходимы для процессинга некоторых субстратов .
С экзосомами взаимодействуют не только одиночные белки, но и белковые комплексы. Один из них — цитоплазматический Ski-комплекс , в который входит (Ski2); он участвует в деградации мРНК . В ядре процессинг рРНК и малых ядрышковых РНК при помощи экзосом управляется комплексом TRAMP , который проявляет РНК- хеликазную (Mtr4) и полиаденилирующую (Trf4) активности .
Как было показано выше, в экзосомный комплекс входит много белков с рибонуклеазными доменами. Конкретная природа этих доменов менялась в ходе эволюции от бактериальных комплексов до комплексов архей и эукариот, и различные ферментативные активности утрачивались или приобретались. Экзосома функционирует главным образом как 3′→5′-экзорибонуклеаза, то есть разрушает молекулы РНК начиная с их 3′-конца. Экзорибонуклеазы, входящие в состав экзосомы, могут быть или фосфоролитическими (как белки, подобные РНКазе РН), или, у эукариот, гидролитическими (белки, содержащие домены РНКазы R и D). Фосфоролитические ферменты используют неорганический фосфат для разрыва и высвобождения нуклеотиддифосфатов. Гидролитические ферменты используют воду для гидролиза этих связей с высвобождением нуклеотидмонофосфатов.
У архей белок Rrp41 экзосомного комплекса является фосфоролитической экзорибонуклеазой. В кольце присутствуют три копии этого белка, они отвечают за активность комплекса . У эукариот все субъединицы РНКазы РН утратили свою каталитическую активность, то есть коровое кольцо человеческой экзосомы не содержит ни одного активного фермента . Несмотря на утрату каталитической активности, структура кора экзосомы высококонсервативна от архей до людей, подтверждая, что этот комплекс жизненно необходим для функционирования клетки. У эукариот потеря фосфоролитической активности компенсируется наличием гидролитических ферментов , которые у этих организмов обеспечивают рибонуклеазную активность экзосомы .
Как отмечалось выше, гидролитические белки Rrp6 и Rrp44 ассоциированы с экзосомами дрожжей и людей, кроме того, Rrp6 и два различных белка — Dis3 и Dis3L1 — могут связываться с экзосомой на месте дрожжевого белка Rrp44 . Хотя изначально считалось, что белки, содержащие S1-домен, проявляют 3′→5′-экзорибонуклеазную активность, существование этой активности у этих белков недавно было подвергнуто сомнению, и эти белки могут только играть роль в связывании субстрата с комплексом до деградации .
Экзосомы вовлечены в деградацию и процессинг многих РНК, в цитоплазме клетки они вовлечены в круговорот мРНК. Экзосомы могут разрушать мРНК, которые были помечены для деградации из-за содержащихся в них ошибок, через взаимодействие с белками, обеспечивающими нонсенс-опосредованный распад и . С другой стороны, разрушение составляет обязательный этап в жизненном цикле мРНК. Несколько белков, стабилизирующих или дестабилизирующих мРНК через связывание с AU-обогащёнными элементами, расположенными в 3′-нетранслируемой области мРНК, взаимодействуют с экзосомным комплексом . В ядре экзосомы необходимы для нормального процессинга нескольких видов малых ядерных РНК . Большинство экзосом находится в ядрышке. Здесь они участвуют в процессинге 5,8S рРНК (первая идентифицированная функция экзосом) и некоторых малых ядрышковых РНК .
Хотя большинство клеток имеют и другие ферменты, разрушающие РНК с их 3′- или 5′-конца, экзосомы необходимы для выживания клетки. Если
экспрессия
экзосомных белков искусственно уменьшается или прекращается, например, путём
РНК-интерференции
, клетка останавливается в
росте
и вскоре умирает. Для работы экзосомы необходимы 9 коровых белков и 2 главных ассоциированных с экзосомами белка
. У бактерий нет экзосом, однако схожие функции у них выполняет более простой комплекс, содержащий белок RNPазу, —
деградосома
.
Экзосома является главным комплексом, обеспечивающим контроль качества клеточной РНК. В отличие от прокариот, эукариоты имеют высокоактивные системы, контролирующие клеточные РНК и распознающие непроцессированные или неправильно процессированные РНК-белковые комплексы (например, рибосомы ) до того, как они покинут ядро. Считается, что эти системы предотвращают участие бракованных комплексов в важных клеточных процессах, например, синтезе белка .
Обнаружено, что в эпидермисе экзосомы избирательно разрушают мРНК, кодирующие транскрипционные факторы , вызывающие дифференциацию (в частности фактор транскрипции GRHL3). Благодаря этому обеспечивается способность прогениторных клеток эпидермиса оставаться в недифференцированном состоянии, что необходимо для поддержания их способности к пролиферации .
Кроме участия в процессинге, кругообороте и контроле качества РНК, экзосомы играют важную роль в деградации так называемых (CUT), которые у дрожжей считываются с тысяч локусов . Важность этих нестабильных РНК и их деградации остаются неизвестными, однако похожие РНК были выявлены и в человеческих клетках .
Экзосомные комплексы оказываются мишенями антител у пациентов, страдающих от различных аутоиммунных заболеваний. Такие аутоантитела встречаются главным образом у людей, страдающих — аутоиммунным заболеванием, при котором пациенты имеют симптомы склеродермы и полимиозита или дерматомиозита . Наличие аутоантител в плазме крови пациентов можно определить различными методами. В прошлом для этих целей наиболее часто применяли метод с использованием экстракта тимуса телят, иммунофлуоресценцию у клеток HEp-2 или иммунопреципитацию человеческих клеточных экстрактов. При иммунопреципитации плазмы крови с плазмой, содержащей антиэкзосомные антитела, происходила определённого набора белков. Задолго до открытия экзосом такие преципитирующиеся комплексы были названы PM/Scl-комплексами . Иммунофлуоресценция с использованием плазмы крови таких пациентов показывает характерное окрашивание ядра клетки, позволяя выдвинуть предположение, что антиген, распознаваемый аутоантителами, может играть важную роль в синтезе рибосом . Недавно стали доступны рекомбинантные экзосомные белки, которые использовались для разработки линейного иммуноанализа и иммуноферментного анализа (ELISA) для определения наличия этих антител .
При таких аутоиммунных заболеваниях антитела направлены главным образом против двух белков экзосомного комплекса: PM/Scl-100 (белок, подобный РНКазе D) и PM/Scl-75 (один из белков кольца, подобных РНКазе РН). Антитела, распознающие эти белки, обнаруживаются у приблизительно 30 % пациентов, страдающих склеромиозитом . Хотя эти два белка являются основными мишенями аутоантител, у этих пациентов могут поражаться другие экзосомные субъединицы и ассоциированные белки (например, ) . В настоящее время наиболее чувствительным методом для обнаружения этих антител является использование пептида , образованного из белка PM/Scl-100, а не целого белка, в качестве антигена для ELISA. С помощью этого метода аутоантитела обнаруживаются у 55 % пациентов со склеромиозитом, однако они могут также быть обнаружены у пациентов, страдающих только от склеродермы, полимиозита или дерматомиозита .
Хотя аутоантитела встречаются у пациентов, имеющих признаки нескольких различных аутоиммунных заболеваний, клинические проявления этих заболеваний варьируют очень широко. Наиболее часто наблюдаемые симптомы являются, как правило, типичными симптомами аутоиммунных заболеваний; к числу таких симптомов относят болезнь Рейно , артрит , миозит и склеродерму . Лечение симптоматическое и схоже с лечением других аутоиммунных заболеваний, часто с применением иммуносупрессивных и иммуномодулирующих препаратов .
Показано, что работа экзосом подавляется антиметаболитом 5-фторурацилом — препаратом противораковой химиотерапии . Он является одним из наиболее эффективных лекарств для лечения крупных опухолей . У дрожжей, обработанных 5-фторурацилом, наблюдались дефекты процессинга рРНК, схожие с теми, которые имели место при блокировании активности экзосом молекулярно-биологическими методами. Отсутствие правильного процессинга рРНК смертельно для клеток, чем и объясняется эффективность препарата .
Мутации экзосомного компонента 3 вызывают врождённую болезнь мотонейронов спинного мозга, атрофию мозжечка , прогрессирующую микроцефалию и глубокую отсталость развития, что характерно для мостомозжечковой гипоплазии типа 1В .
№ | Субъединица | Домен | Человека | Дрожжей | Археи | MW (kD) | Ген человека | Ген дрожжей |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | Csl4 | S1 RBD | hCsl4 | Csl4p/Ski4p | Csl4 | 21-32 | ||
2 | Rrp4 | S1/KH RBD | hRrp4 | Rrp4p | Rrp4 | 28-39 | ||
3 | Rrp40 | S1/KH RBD | hRrp40 | Rrp40p | (Rrp4) | 27-32 | ||
4 | Rrp41 | РНКаза PH | hRrp41 | Rrp41p/Ski6p | Rrp41 | 26-28 | ||
5 | Rrp46 | РНКаза PH | hRrp46 | Rrp46p | (Rrp41) | 25-28 | ||
6 | Mtr3 | РНКаза PH | hMtr3 | Mtr3p | (Rrp41) | 24-37 | ||
7 | Rrp42 | РНКаза PH | hRrp42 | Rrp42p | Rrp42 | 29-32 | ||
8 | Rrp43 | РНКаза PH | OIP2 | Rrp43p | (Rrp42) | 30-44 | ||
9 | Rrp45 | РНКаза PH | PM/Scl-75 | Rrp45p | (Rrp42) | 34-49 | ||
10 | Rrp6 | РНКаза D | PM/Scl-100 | Rrp6p | n/a | 84-100 | ||
11 | Rrp44 | РНКаза R |
Dis3
Dis3L1 |
Rrp44p/Dis3p | n/a | 105-113 |
|