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