Ламинин - Laminin
Ламинины представляют собой высокомолекулярные (от ~ 400 до ~ 900 кДа) белки внеклеточного матрикса . Они являются основным компонентом базальной пластинки (одного из слоев базальной мембраны ), основы белковой сети для большинства клеток и органов. Ламинины являются важной и биологически активной частью базальной пластинки, влияющей на дифференцировку, миграцию и адгезию клеток.
Ламинины - это гетеротримерные белки, которые содержат α-цепь, β-цепь и γ-цепь, встречающиеся в пяти, четырех и трех генетических вариантах соответственно. Молекулы ламинина названы в соответствии с их цепным составом. Таким образом, ламинин-511 содержит цепи α5, β1 и γ1. Четырнадцать других комбинаций цепей были идентифицированы in vivo. Тримерные белки пересекаются, образуя крестообразную структуру, которая может связываться с другими молекулами клеточной мембраны и внеклеточного матрикса. Три более коротких плеча особенно хороши для связывания с другими молекулами ламинина, что позволяет им образовывать листы. Длинное плечо способно связываться с клетками, что помогает прикрепить организованные тканевые клетки к мембране.
Гликопротеины семейства ламининов являются неотъемлемой частью структурной основы почти каждой ткани организма. Они секретируются и включаются во внеклеточные матриксы, ассоциированные с клетками. Ламинин жизненно важен для поддержания и выживания тканей. Дефектные ламинины могут вызывать неправильное формирование мышц, что приводит к форме мышечной дистрофии, смертельной болезни с образованием пузырей на коже ( буллезный узловой эпидермолиз ) и дефектам почечного фильтра ( нефротический синдром ).
Типы
Идентифицировано пятнадцать тримеров ламинина. Ламинины представляют собой комбинации различных альфа-, бета- и гамма-цепей.
- Пять форм альфа-цепей: LAMA1 , LAMA2 , LAMA3 (который имеет три формы сплайсинга), LAMA4 , LAMA5.
- Бета-цепи включают: LAMB1 , LAMB2 , LAMB3 , LAMB4 (обратите внимание, что ни один известный тример ламинина не включает LAMB4, и его функция остается плохо изученной)
- Гамма-цепочки: LAMC1 , LAMC2 , LAMC3
Ламинины были ранее пронумерованы по мере их открытия, то есть ламинин-1, ламинин-2, ламинин-3 и т. Д., Но номенклатура была изменена, чтобы описать, какие цепи присутствуют в каждой изоформе (ламинин-111, ламинин-211 и т. Д.). ). Кроме того, многие ламинины имели общие названия до того, как появилась номенклатура ламининов.
| Старая номенклатура | Старые синонимы | Состав цепи | Новая номенклатура |
|---|---|---|---|
| Ламинин-1 | EHS ламинин | α1β1γ1 | Ламинин-111 |
| Ламинин-2 | Мерозин | α2β1γ1 | Ламинин-211 |
| Ламинин-3 | S-ламинин | α1β2γ1 | Ламинин-121 |
| Ламинин-4 | S-мерозин | α2β2γ1 | Ламинин-221 |
| Ламинин-5 / Ламинин-5А | Калинин, эпилигрин, ницкин, ладсин | α3Aβ3γ2 | Ламинин-332 / Ламинин-3A32 |
| Ламинин-5Б | α3Bβ3γ2 | Ламинин-3B32 | |
| Ламинин-6 / Ламинин-6А | К-ламинин | α3Aβ1γ1 | Ламинин-311 / Ламинин-3A11 |
| Ламинин-7 / Ламинин-7А | КС-ламинин | α3Aβ2γ1 | Ламинин-321 / Ламинин-3A21 |
| Ламинин-8 | α4β1γ1 | Ламинин-411 | |
| Ламинин-9 | α4β2γ1 | Ламинин-421 | |
| Ламинин-10 | Дрозофила-подобный ламинин | α5β1γ1 | Ламинин-511 |
| Ламинин-11 | α5β2γ1 | Ламинин-521 | |
| Ламинин-12 | α2β1γ3 | Ламинин-213 | |
| Ламинин-14 | α4β2γ3 | Ламинин-423 | |
| α5β2γ2 | Ламинин-522 | ||
| Ламинин-15 | α5β2γ3 | Ламинин-523 |
Функция
Ламинины образуют независимые сети и связаны с сетями коллагена IV типа через энтактин , фибронектин и перлекан . Они также связываются с клеточными мембранами через рецепторы интегрина и другие молекулы плазматической мембраны , такие как гликопротеиновый комплекс дистрогликана и гликопротеин лютеранской группы крови. Посредством этих взаимодействий ламинины критически способствуют прикреплению и дифференцировке клеток, форме и перемещению клеток, поддержанию фенотипа ткани и обеспечению выживания ткани. Некоторые из этих биологических функций ламинина связаны со специфическими аминокислотными последовательностями или фрагментами ламинина. Например, пептидная последовательность [GTFALRGDNGDNGQ], которая расположена на альфа-цепи ламинина, способствует адгезии эндотелиальных клеток.
Ламинин альфа4 распространяется в различных тканях, включая периферические нервы , ганглии задних корешков , скелетные мышцы и капилляры; в нервно-мышечном соединении он необходим для синаптической специализации. Структура домена ламинина-G была предсказана похожими на pentraxin .
Роль в развитии нервной системы
Ламинин-111 является основным субстратом, вдоль которого будут расти нервные аксоны как in vivo, так и in vitro. Например, он прокладывает путь, по которому развивающиеся ганглиозные клетки сетчатки следуют от сетчатки до тектума. Он также часто используется в качестве субстрата в экспериментах с клеточными культурами. Присутствие ламинина-1 может влиять на реакцию конуса роста на другие сигналы. Например, ростовые конусы отталкиваются нетрином при выращивании на ламинине-111, но притягиваются к нетрину при выращивании на фибронектине. Этот эффект ламинина-111, вероятно, происходит за счет снижения внутриклеточного циклического АМФ.
Роль в восстановлении периферических нервов
Ламинины обогащаются в месте поражения после повреждения периферического нерва и секретируются шванновскими клетками . Нейроны периферической нервной системы экспрессируют рецепторы интегрина, которые прикрепляются к ламининам и способствуют нейрорегенерации после травмы.
Патология
Дисфункциональная структура одного конкретного ламинина, ламинина-211, является причиной одной из форм врожденной мышечной дистрофии . Ламинин-211 состоит из цепей α2 , β1 и γ1 . Распределение ламинина включает мозг и мышечные волокна. В мышцах он связывается с альфа-дистрогликаном и интегрином альфа7 - бета1 через домен G, а другим концом он связывается с внеклеточным матриксом .
Аномальный ламинин-332, который необходим для адгезии эпителиальных клеток к базальной мембране, приводит к состоянию, называемому буллезным соединительным эпидермолизом , которое характеризуется генерализованными волдырями, обильной грануляционной тканью на коже и слизистой оболочке и зубами с ямками.
Неисправный ламинин-521 в почечном фильтре вызывает утечку белка в мочу и нефротический синдром .
Роль в раке
Некоторые из изоформ ламинина вовлечены в патофизиологию рака. Большинство транскриптов, содержащих внутренний сайт входа в рибосомы (IRES), участвуют в развитии рака через соответствующие белки. Решающее событие в прогрессировании опухоли, называемое переходом от эпителия к мезенхиме (EMT), позволяет клеткам карциномы приобретать инвазивные свойства. Недавно сообщалось о трансляционной активации компонента внеклеточного матрикса ламинина B1 (LAMB1) во время EMT, что указывает на механизм, опосредованный IRES. В этом исследовании IRES-активность LamB1 определялась независимыми бицистронными репортерными анализами. Убедительные доказательства исключают влияние криптического промотора или сайтов сплайсинга на управляемую IRES трансляцию LamB1. Более того, не было обнаружено никаких других видов мРНК LamB1, возникающих из альтернативных сайтов старта транскрипции или сигналов полиаденилирования, которые объясняют его трансляционный контроль. Картирование 5'-нетранслируемой области LamB1 (UTR) выявило минимальный мотив IRES LamB1 между -293 и -1 перед стартовым кодоном. Примечательно, что аффинная очистка РНК показала, что белок La взаимодействует с LamB1 IRES. Это взаимодействие и его регуляция во время ЭМП были подтверждены иммунопреципитацией рибонуклеопротеидов. Кроме того, La был способен положительно модулировать трансляцию LamB1 IRES. Таким образом, эти данные показывают, что LamB1 IRES активируется путем связывания с La, что приводит к усилению трансляции во время гепатоцеллюлярной EMT.
Использование в культуре клеток
Вместе с другими основными компонентами внеклеточного матрикса, такими как коллагены и фибронектин, ламинины использовались для улучшения культуры клеток млекопитающих, особенно в случае плюрипотентных стволовых клеток, а также некоторых первичных культур клеток, размножение которых может быть затруднено на других. подложки. В продаже имеются два типа ламининов естественного происхождения. Ламинин-111, экстрагированный из сарком мышей, является одним из популярных типов ламинина, а также смеси ламининов из плаценты человека, которые могут в первую очередь соответствовать ламинину-211, 411 или 511, в зависимости от поставщика. Различные изоформы ламинина практически невозможно выделить из тканей в чистом виде из-за обширного поперечного сшивания и необходимости жестких условий экстракции, таких как протеолитические ферменты или низкий pH, которые вызывают деградацию. Таким образом, рекомбинантные ламинины производятся с 2000 года. Это позволило проверить, могут ли ламинины играть важную роль in vitro, как в организме человека. В 2008 году две группы независимо друг от друга показали, что эмбриональные стволовые клетки мыши можно месяцами выращивать на рекомбинантном ламинине-511. Позже Родин и др. показали, что рекомбинантный ламинин-511 можно использовать для создания полностью свободной от ксено и определенной среды для культивирования клеток для культивирования плюрипотентных ES-клеток человека и человеческих iPS-клеток.
Ламининовые домены
| Ламинин Домен I | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Условное обозначение | Ламинин_I | ||||||||
| Pfam | PF06008 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR009254 | ||||||||
| |||||||||
| Ламинин Домен II | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Условное обозначение | Ламинин_II | ||||||||
| Pfam | PF06009 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR010307 | ||||||||
| |||||||||
| Ламинин B (домен IV) | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Условное обозначение | Ламинин_Б | ||||||||
| Pfam | PF00052 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR000034 | ||||||||
| |||||||||
| Ламинин EGF-подобный (домены III и V) | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 кристаллическая структура трех последовательных модулей ламинина типа эпидермального фактора роста (le) цепи ламинина гамма1, несущих сайт связывания нидогена
| |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Условное обозначение | Ламинин_EGF | ||||||||
| Pfam | PF00053 | ||||||||
| Клан пфам | CL0001 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR002049 | ||||||||
| ПРОФИЛЬ | PDOC00021 | ||||||||
| SCOP2 | 1tle / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
| Домен Ламинина G | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 пара доменов lg4-5 ламинина альфа 2 цепи, мутант по сайту ca1
| |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Условное обозначение | Ламинин_G_1 | ||||||||
| Pfam | PF00054 | ||||||||
| Клан пфам | CL0004 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR012679 | ||||||||
| SCOP2 | 1qu0 / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
| Домен Ламинина G | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 структура лиганд-связывающего домена нейрексина 1beta: регуляция функции lns-домена путем альтернативного сплайсинга
| |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Условное обозначение | Ламинин_G_2 | ||||||||
| Pfam | PF02210 | ||||||||
| Клан пфам | CL0004 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR012680 | ||||||||
| УМНЫЙ | ЦПН | ||||||||
| |||||||||
| N-концевой ламинин (домен VI) | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Условное обозначение | Ламинин_N | ||||||||
| Pfam | PF00055 | ||||||||
| Клан пфам | CL0202 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR008211 | ||||||||
| УМНЫЙ | LamNT | ||||||||
| SCOP2 | 1кло / СФЕРА / СУПФАМ | ||||||||
| |||||||||
Ламинины содержат несколько консервативных белковых доменов .
Ламинин I и Ламинин II
Ламинины - это тримерные молекулы; ламинин-1 представляет собой тример альфа1 бета1 гамма1 . Было высказано предположение о том , что домены I и II из ламинина А, В1 и В2 могут прийти вместе , чтобы сформировать тройную спиральные биспиральные структуры .
Ламинин B
Домен ламинина B (также известный как домен IV) представляет собой внеклеточный модуль с неизвестной функцией. Он обнаружен в ряде различных белков , включая протеогликан гепарансульфата из базальной мембраны , ламинин-подобный белок из Caenorhabditis elegans и ламинин. Домен ламинина IV не обнаруживается в коротких цепях ламинина (альфа4 или бета3).
Ламинин EGF-подобный
Помимо различных типов глобулярных доменов, каждая субъединица ламинина содержит в своей первой половине последовательные повторы длиной около 60 аминокислот, которые включают восемь консервативных цистеинов . Третичная структура этого домена отдаленно похожа по своему N-концу на структуру EGF-подобного модуля . Он также известен как «LE» или «EGF-подобный домен ламининового типа». Число копий EGF-подобного домена ламинина в различных формах ламининов сильно варьирует; найдено от 3 до 22 экземпляров. В цепи гамма-1 ламинина мыши седьмой домен LE оказался единственным, который с высокой аффинностью связывается с нидогеном . Сайты связывания расположены на поверхности внутри петель C1-C3 и C5-C6. Длинные последовательные множества ламининовых EGF-подобных доменов в ламининах образуют стержневидные элементы ограниченной гибкости, которые определяют интервалы в формировании ламининовых сетей базальных мембран .
Ламинин Г
Глобулярный (G) домен ламинина, также известный как домен LNS (ламинин-альфа, нейрексин и глобулин, связывающий половые гормоны), имеет в среднем 177 аминокислот в длину и может быть обнаружен от одной до шести копий в различных членах семейства ламининов. а также в большом количестве других внеклеточных белков . Например, все альфа-цепи ламинина имеют пять доменов ламинина G, все белки семейства коллагена имеют один домен ламинина G, белки CNTNAP имеют четыре домена ламинина G, а нейрексин 1 и 2 каждый содержат шесть доменов ламинина G. В среднем примерно четверть белков, которые содержат домены ламинина G, захватываются этими доменами ламинина G сами по себе. Наименьший домен ламинина G можно найти в одном из белков коллагена (COL24A1; 77 AA), а самый большой домен - в TSPEAR (219 AA).
Точная функция доменов Laminin G остается неуловимой, и различные связывающие функции приписываются различным модулям Laminin G. Например, каждая из цепей ламинина альфа1 и альфа2 имеет по пять С-концевых доменов ламинина G, где только домены LG4 и LG5 содержат сайты связывания для гепарина, сульфатидов и дистрогликана рецептора клеточной поверхности . Белки, содержащие ламинин G, по- видимому, играют самые разные роли в клеточной адгезии , передаче сигналов , миграции , сборке и дифференцировке .
Ламинин N-концевой
Сборка базальной мембраны - это кооперативный процесс, в котором ламинины полимеризуются через свой N-концевой домен (LN или домен VI) и прикрепляются к поверхности клетки через свои G-домены. Нетрины также могут связываться с этой сетью через гетеротипные взаимодействия LN-домена. Это приводит к передаче клеточных сигналов через интегрины и дистрогликан (и, возможно, другие рецепторы), задействованные в адгезивном ламинине. Эта зависимая от LN-домена самосборка считается критической для целостности базальных мембран, на что указывают генетические формы мышечной дистрофии, содержащие делецию LN-модуля из цепи альфа 2 ламинина. N-концевой домен ламинина обнаружен во всех субъединицах ламинина и нетрина, за исключением ламинина альфа 3А, альфа 4 и гамма 2.
Белки человека, содержащие домены ламинина
Ламинин Домен I
LAMA1 ; LAMA2 ; LAMA3 ; LAMA4 ; LAMA5 ;
Ламинин Домен II
LAMA1 ; LAMA2 ; LAMA3 ; LAMA4 ; LAMA5 ;
Ламинин B (домен IV)
HSPG2 ; LAMA1 ; LAMA2 ; LAMA3 ; LAMA5 ; LAMC1 ; LAMC2 ; LAMC3 ;
Ламинин EGF-подобный (домены III и V)
АГРИН ; ATRN ; ATRNL1 ; CELSR1 ; CELSR2 ; CELSR3 ; CRELD1 ; HSPG2 ; LAMA1 ; LAMA2 ; LAMA3 ; LAMA4 ; LAMA5 ; LAMB1 ; LAMB2 ; LAMB3 ; LAMB4 ; LAMC1 ; LAMC2 ; LAMC3 ; MEGF10 ; MEGF12 ; MEGF6 ; MEGF8 ; MEGF9 ; NSR1 ; NTN1 ; NTN2L ; NTN4 ; NTNG1 ; NTNG2 ; RESDA1 ; SCARF1 ; SCARF2 ; SREC ; STAB1 ; USH2A ;
Домен Ламинина G
АГРИН ; CELSR1 ; CELSR2 ; CELSR3 ; CNTNAP1 ; CNTNAP2 ; CNTNAP3 ; CNTNAP3B ; CNTNAP4 ; CNTNAP5 ; COL11A1 ; COL11A2 ; COL12A1 ; COL14A1 ; COL15A1 ; COL16A1 ; COL18A1 ; COL19A1 ; COL20A1 ; COL21A1 ; COL22A1 ; COL24A1 ; COL27A1 ; COL5A1 ; COL5A3 ; COL9A1 ; CRB1 ; CRB2 ; CSPG4 ; EGFLAM ; EYS ; FAT ; FAT2 ; FAT3 ; FAT4 ; ГАЗ6 ; HSPG2 ; LAMA1 ; LAMA2 ; LAMA3 ; LAMA4 ; LAMA5 ; NELL1 ; NELL2 ; NRXN1 ; NRXN2 ; NRXN3 ; PROS1 ; SLIT1 ; SLIT2 ; SLIT3 ; КОПЬЕ ; THBS1 ; THBS2 ; THBS3 ; THBS4 ; USH2A ;
N-концевой ламинин (домен VI)
LAMA1 ; LAMA2 ; LAMA3 ; LAMA5 ; LAMB1 ; LAMB2 ; LAMB3 ; LAMB4 ; LAMC1 ; LAMC3 ; NTN1 ; NTN2L ; NTN4 ; NTNG1 ; NTNG2 ; USH2A ;
Смотрите также
использованная литература
внешние ссылки
- Протеин ламинина
- Ламинин в Национальной медицинской библиотеке США по предметным рубрикам по медицине (MeSH)
- Обзор всей структурной информации, доступной в PDB для UniProt : P19137 (субъединица ламинина альфа-1) в PDBe-KB .
- Обзор всей структурной информации, доступной в PDB для UniProt : P24043 (субъединица ламинина альфа-2) в PDBe-KB .
- Обзор всей структурной информации, доступной в PDB для UniProt : O15230 (субъединица ламинина альфа-5) в PDBe-KB .