SNARE (белок) - SNARE (protein)

Молекулярный механизм, управляющий слиянием везикул при высвобождении нейромедиатора. Основной комплекс SNARE образован четырьмя α-спиралями, созданными синаптобревином, синтаксином и SNAP-25, синаптотагмин служит сенсором кальция и тесно регулирует застегивание SNARE.

Белки SNARE - « SNA P RE ceptor» - это большое семейство белков, состоящее как минимум из 24 членов в дрожжах , более 60 членов в клетках млекопитающих и нескольких членов в растениях. Основная роль белков SNARE заключается в обеспечении слияния везикул - слияния везикул с мембраной- мишенью ; это, в частности, опосредует экзоцитоз , но также может опосредовать слияние везикул с мембранно-связанными компартментами (такими как лизосома ). Наиболее изученными являются SNARE, которые опосредуют высвобождение нейромедиаторов синаптических пузырьков в нейронах . Эти нейронные SNAREs являются мишенями нейротоксинов , ответственных за ботулизм и столбняк , производимого определенными бактерий .

Типы

SNAREs можно разделить на две категории: везикулы или V-SNAREs , которые включены в мембраны транспортных везикул во время почкованием, и целевой или т-SNAREs , которые связаны с нервными концевыми мембран. Данные свидетельствуют о том, что t-SNAREs образуют стабильные субкомплексы, которые служат проводниками для v-SNARE, встроенных в мембрану покрытых белком пузырьков, связывающихся для завершения образования комплекса SNARE. Некоторые белки SNARE расположены как на везикулах, так и на мембранах-мишенях, поэтому более современная схема классификации учитывает структурные особенности SNARE, разделяя их на R-SNARE и Q-SNARE. Часто R-SNARE действуют как v-SNARE, а Q-SNARE действуют как t-SNARE. R-SNARE - это белки, которые вносят остаток аргинина (R) в формирование нулевого ионного слоя в собранном основном комплексе SNARE. Одним из конкретных R-SNARE является синаптобревин, расположенный в синаптических пузырьках. Q-SNARE - это белки, которые вносят остаток глутамина (Q) в формирование нулевого ионного слоя в собранном основном комплексе SNARE. Q-SNARE включают синтаксин и SNAP-25. Q-SNARE далее классифицируются как Qa-, Qb- или Qc-SNARE в зависимости от их расположения в четырехспиральном пучке.

Вхождение

Варианты известны из дрожжей, млекопитающих Drosophila и Caenorhabditis elegans .

Состав

SNAREs представляют собой небольшие, многочисленные, иногда закрепленные за хвост белки, которые часто посттрансляционно вставляются в мембраны через C-концевой трансмембранный домен . Семь из 38 известных SNARE, включая SNAP-25 , не имеют трансмембранного домена и вместо этого прикрепляются к мембране посредством модификаций липидов, таких как пальмитоилирование . Заякоренные в хвосте белки могут быть вставлены в плазматическую мембрану , эндоплазматический ретикулум , митохондрии и пероксисомы среди других мембран, хотя любой конкретный SNARE нацелен на уникальную мембрану. Нацеливание на SNARE осуществляется путем изменения либо состава С-концевых фланкирующих аминокислотных остатков, либо длины трансмембранного домена. Замена трансмембранного домена липидными якорями ведет к промежуточной стадии слияния мембран, когда сливаются только две контактирующие створки, а не две дистальные створки двух мембранных бислоев.

Хотя SNARE значительно различаются по структуре и размеру, все они имеют общий сегмент в своем цитозольном домене, называемый мотивом SNARE, который состоит из 60-70 аминокислот и содержит гептадные повторы, которые обладают способностью образовывать спиральные спиральные структуры. V- и t-SNARE способны к обратимой сборке в плотные четырехспиральные пучки, называемые «транс» -SNARE-комплексами. В синаптических везикулах легко образующиеся метастабильные «транс» комплексы состоят из трех SNARE: синтаксина 1 и SNAP-25, резидентных в клеточной мембране, и синаптобревина (также называемого мембранным белком, ассоциированным с везикулами, или VAMP), закрепленным в мембране везикул.

При экзоцитозе нейронов синтаксин и синаптобревин закрепляются в соответствующих мембранах своими С-концевыми доменами, тогда как SNAP-25 прикрепляется к плазматической мембране через несколько связанных цистеином пальмитоильных цепей. Основной транс -SNARE комплекс представляет собой пучок из четырех спиралей, где одна спираль вносится синтаксином 1, одна спираль - синаптобревином, а две спирали - SNAP-25. ${\ displaystyle \ alpha}$${\ displaystyle \ alpha}$${\ displaystyle \ alpha}$${\ displaystyle \ alpha}$

В плазматической мембране -resident SNAREs был показан, присутствовать в различных микродоменах или кластерах, целостность которых имеет важное значение для экзоцитоза компетенции клетки.

Мембранный сплав

Наслоение основного комплекса SNARE. В центре находится нулевой гидрофильный ионный слой, окруженный гидрофобными слоями лейциновой молнии.

Во время слияния мембран белки v-SNARE и t-SNARE на отдельных мембранах объединяются, образуя комплекс транс-SNARE, также известный как «SNAREpin». В зависимости от стадии слияния мембран эти комплексы могут называться по-разному.

Во время слияния комплексов trans -SNARE мембраны сливаются, и белки SNARE, участвующие в образовании комплекса после слияния, затем называются комплексом « цис » -SNARE, поскольку теперь они находятся в единственной (или цис ) образующейся мембране. После слияния комплекс cis -SNARE связывается и разбирается адаптерным белком, альфа-SNAP . Затем гексамерная АТФаза (типа AAA ), называемая NSF, катализирует АТФ- зависимое разворачивание белков SNARE и высвобождает их в цитозоль для повторного использования.

Считается, что SNARE являются основными необходимыми компонентами механизма слияния и могут функционировать независимо от дополнительных цитозольных вспомогательных белков. Это было продемонстрировано путем создания "перевернутых" SNARE, где домены SNARE обращены во внеклеточное пространство, а не в цитозоль. Когда клетки, содержащие v-SNARE, контактируют с клетками, содержащими t-SNARE, образуются комплексы транс- SNARE, и происходит слияние клетки с клеткой.

Компоненты

Основной комплекс SNARE представляет собой пучок из 4 спиралей. Синаптобревин и синтаксин вносят по одной -спирали каждый, в то время как SNAP-25 участвует с двумя -спиралями (сокращенно Sn1 и Sn2). Взаимодействующие аминокислотные остатки, соединяющие комплекс SNARE, могут быть сгруппированы в слои. Каждый слой имеет 4 аминокислотных остатка - по одному остатку на каждую из 4 -х спиралей. В центре комплекса находится нулевой ионный слой, состоящий из одного остатка аргинина (R) и трех остатков глутамина (Q), и он окружен лейциновой застежкой . Слои «-1», «+1» и «+2» в центре комплекса наиболее точно соответствуют идеальной геометрии лейциновой молнии и аминокислотному составу. ${\ displaystyle \ alpha}$${\ displaystyle \ alpha}$${\ displaystyle \ alpha}$${\ displaystyle \ alpha}$

Нулевой ионной слой состоит из R56 из VAMP-2, Q226 от синтаксин-1A, Q53 от Sn1 и Q174 от Sn2, и полностью похоронен в пределах лейцин-молнии слоев. Положительно заряженная гуанидино группа аргинина (R) , остаток взаимодействует с карбоксильными группами каждого из три глутамина (Q) остатков.

Примыкающие друг к другу слои лейциновой молнии действуют как водонепроницаемое уплотнение, защищая ионные взаимодействия от окружающего растворителя . Воздействие на нулевой ионный слой водного растворителя путем разрыва фланкирующей лейциновой молнии приводит к нестабильности комплекса SNARE и является предполагаемым механизмом, с помощью которого -SNAP и NSF рециркулируют комплексы SNARE после завершения экзоцитоза синаптических везикул . ${\ displaystyle \ alpha}$

Механизм слияния мембран

сборка

Изображение образования транс- СНАРЭ комплекса. Показывает, как Munc18 взаимодействует с белками SNARE во время образования комплекса.

Белки SNARE д. Собираться в комплексы trans -SNARE, чтобы обеспечить силу, необходимую для слияния везикул . Четыре домена α-спирали (по 1 от синаптобревина и синтаксина и 2 от SNAP-25 ) объединяются, чтобы сформировать мотив спиральной спирали . Лимитирующей стадией в процессе сборки является объединение домена синтаксин SNARE, так как он обычно находится в «закрытом» состоянии , в котором он не способен взаимодействовать с другими белками SNARE. Когда синтаксин находится в открытом состоянии, образование комплекса trans -SNARE начинается с ассоциации четырех доменов SNARE на их N-концах . Домены SNARE продолжают формировать мотив спиральной спирали в направлении С-концов их соответствующих доменов.

Считается , что SM-белок Munc18 играет роль в сборке комплекса SNARE, хотя точный механизм, с помощью которого он действует, все еще обсуждается. Известно, что кламмер Munc18 блокирует синтаксин в закрытой конформации путем связывания с его α-спиральными доменами SNARE, что препятствует проникновению синтаксина в комплексы SNARE (тем самым ингибируя слияние ). Однако кламмер также способен связывать весь четырехспиральный пучок транс -SNARE-комплекса. Одна из гипотез предполагает, что во время сборки SNARE-комплекса кламмер Munc18 высвобождает закрытый синтаксин, остается связанным с N-концевым пептидом синтаксина (позволяя ассоциацию домена синтаксина SNARE с другими белками SNARE), а затем повторно присоединяется к вновь образованным четырем -спиральный комплекс SNARE. Этот возможный механизм диссоциации и последующей повторной ассоциации с доменами SNARE может быть кальций-зависимым. Это подтверждает идею, что Munc18 играет ключевую регуляторную роль в слиянии пузырьков ; в нормальных условиях Munc18 препятствует формированию комплекса SNARE, но при срабатывании Munc18 фактически помогает в сборке комплекса SNARE и тем самым действует как катализатор слияния .

Застежка-молния и открытие пор слияния

На этом рисунке представлен простой обзор взаимодействия белков SNARE с везикулами во время экзоцитоза. Показывает сложную сборку, застегивание и разборку SNARE.

Слияние мембран - это энергетически требовательная серия событий, которая требует транслокации белков в мембране и разрушения липидного бислоя с последующим реформированием сильно изогнутой мембранной структуры. Процесс объединения двух мембран требует подводимой энергии для преодоления отталкивающих электростатических сил между мембранами. Механизм, который регулирует перемещение связанных с мембраной белков от зоны контакта с мембраной до слияния, неизвестен, но считается, что локальное увеличение кривизны мембраны вносит свой вклад в этот процесс. SNARE генерируют энергию посредством белок-липидных и белок-белковых взаимодействий, которые действуют как движущая сила для слияния мембран.

Одна модель предполагает , что усилие , необходимое , чтобы принести две мембраны вместе во время слияния происходит от конформационных изменений в транс -SNARE комплексов с образованием цис -SNARE комплексов. Текущая гипотеза, описывающая этот процесс, называется «застегивание молнии» SNARE.

Когда образуется комплекс trans -SNARE, белки SNARE все еще находятся на противоположных мембранах. Поскольку домены SNARE продолжают сворачиваться в спонтанном процессе , они образуют гораздо более плотный и стабильный четырехспиральный пучок. Считается, что во время этого «застегивания молнии» комплекса SNARE часть высвобожденной энергии от связывания сохраняется в виде напряжения молекулярного изгиба в отдельных мотивах SNARE. Постулируется, что это механическое напряжение сохраняется в полужестких линкерных областях между трансмембранными доменами и спиральным пучком SNARE. Энергетически невыгодный изгиб сводится к минимуму, когда комплекс перемещается периферически к месту слияния мембран. В результате снятие напряжения преодолевает силы отталкивания между везикулами и клеточной мембраной и прижимает две мембраны друг к другу.

Было предложено несколько моделей, объясняющих последующий этап - образование ножки и поры слияния. Однако точная природа этих процессов остается спорной. В соответствии с «застежкой - молнией» гипотезой, как сложные формы SNARE, ужесточение спирали расслоения ставит кручение усилия на трансмембранном (ТМЕ) домены из синаптобревина и синтаксина . Это заставляет TM-домены наклоняться внутри отдельных мембран, поскольку белки скручиваются более плотно. Нестабильная конфигурация доменов TM в конечном итоге приводит к слиянию двух мембран, и белки SNARE объединяются в одной мембране, что называется комплексом « цис » -SNARE. В результате перегруппировки липидов поры слияния открываются и позволяют химическому содержимому везикулы просачиваться во внешнюю среду.

Континуальное объяснение образования ножки предполагает, что слияние мембран начинается с бесконечно малого радиуса, пока она не расширяется в радиальном направлении в структуру, подобную ножке. Однако такое описание не учитывает молекулярную динамику мембранных липидов. Недавнее молекулярное моделирование показывает, что непосредственная близость мембран позволяет липидам расширяться, когда популяция липидов вставляет свои гидрофобные хвосты в соседнюю мембрану, эффективно удерживая «ногу» в каждой мембране. Разрешение растянутого липидного состояния происходит самопроизвольно, чтобы сформировать структуру стебля. С этой молекулярной точки зрения промежуточное состояние расширенного липида является барьером, определяющим скорость, а не образованием стебля, который теперь становится минимумом свободной энергии. Энергетический барьер для установления конформации расширенного липида прямо пропорционален межмембранному расстоянию. Комплексы SNARE и их сжатие двух мембран вместе, таким образом, могут обеспечить свободную энергию, необходимую для преодоления барьера.

Разборка

Энергия, необходимая для слияния, опосредованного SNARE, происходит от разборки комплекса SNARE. Подозреваемым источником энергии является фактор, чувствительный к N-этилмалеимиду (NSF) , АТФаза , участвующая в слиянии мембран . Гомогексамеры NSF, наряду с кофактором NSF α-SNAP , связывают и диссоциируют комплекс SNARE, связывая процесс с гидролизом АТФ . Этот процесс позволяет повторно захватить синаптобревин для дальнейшего использования в везикулах , в то время как другие белки SNARE остаются связанными с клеточной мембраной .

Диссоциированные белки SNARE имеют более высокое энергетическое состояние, чем более стабильный комплекс cis -SNARE. Считается, что энергия, приводящая в движение синтез , происходит от перехода к более низкоэнергетическому комплексу цис- SNARE. Диссоциация комплексов SNARE, связанная с гидролизом АТФ, представляет собой вложение энергии, которое можно сравнить с «взведением пистолета», так что, как только слияние везикул запускается, процесс происходит спонтанно и с оптимальной скоростью. Сравнимый процесс происходит в мышцах, в которых миозиновые головки должны сначала гидролизовать АТФ , чтобы приспособить необходимую конформацию для взаимодействия с актином и последующего силового удара.

Регуляторные эффекты на экзоцитоз

Регулирование посредством пальмитоилирования SNAP-25

Белок Q-SNARE Синаптосомно-связанный белок 25 ( SNAP-25 ) состоит из двух α-спиральных доменов, соединенных случайным линкером катушки . Линкерная область случайной спирали наиболее примечательна своими четырьмя остатками цистеина. Α-спиральные домены объединяются с доменами как синтаксина, так и синаптобревина (также известного как мембранный белок, связанный с пузырьками или VAMP), чтобы сформировать комплекс SNARE с 4-α-спиралью и спиралью, критический для эффективного экзоцитоза .

В то время как синтаксина и синаптобревин оба содержат трансмембранных доменов , которые позволяют для стыковки с целевыми и везикул мембран соответственно, SNAP-25 опирается на пальмитоилирование из цистеиновых остатков найдены в случайной области катушки для стыковки с целевой мембраной. Некоторые исследования показали, что ассоциация с синтаксином через взаимодействия SNARE исключает необходимость в таких механизмах стыковки. Однако исследования « нокдауна» синтаксина не показали уменьшения связанного с мембраной SNAP-25, что позволяет предположить, что существуют альтернативные способы стыковки. Ковалентная связь из жирных кислот цепей SNAP-25 с помощью тиоэфирной связи с одним или несколькими цистеиновых остатками , следовательно, обеспечивает регулирование стыковки и в конечном счете Snare опосредованного экзоцитоз . Этот процесс опосредуется специализированным ферментом, называемым пальмитоилтрансферазой DHHC . Цистеина богатого домен SNAP-25 также был показан, слабо ассоциированным с плазматической мембраной , возможно , что позволяет ему быть локализован вблизи фермента для последующего пальмитоилирования . Обратный процесс осуществляется другим ферментом, называемым пальмитоил протеинтиоэстеразой (см. Рисунок).

Упрощенное изображение пальмитоилирования остатка цистеина в белке.

Доступность SNAP-25 в комплексе SNARE также теоретически может регулироваться в пространстве посредством локализации липидных микродоменов в мембране-мишени. Пальмитоилированные остатки цистеина могут быть локализованы в желаемой области мембраны-мишени через благоприятную липидную среду (возможно, богатую холестерином ), комплементарную цепям жирных кислот, связанным с остатками цистеина SNAP-25.

Регулирование SNAP-25 потенциалзависимых каналов Ca2 + в терминалах аксонов нейронов

Когда потенциал действия достигает конца аксона , события деполяризации стимулируют открытие потенциал-управляемых кальциевых каналов (VGCC), обеспечивая быстрый приток кальция вниз по его электрохимическому градиенту . Кальций стимулирует экзоцитоз за счет связывания с синаптотагмином 1 . Однако было показано, что SNAP-25 отрицательно регулирует функцию VGCC в глутаматергических нейрональных клетках. SNAP-25 приводит к снижению плотности тока через VGCC и, следовательно, к снижению количества кальция , связывающего синаптотагмин , вызывая уменьшение глутаматергического экзоцитоза нейронов . И наоборот, underexpression из SNAP-25 позволяет увеличить в VGCC плотности тока и увеличению экзоцитоза.

Дальнейшие исследования показали возможную связь между избыточной / недостаточной экспрессией SNAP-25 и различными заболеваниями головного мозга . В дефицита внимания / гиперактивности или СДВГ , полиморфизмы на SNAP-25 локуса гена в организме человека были связаны с заболеванием , предлагающей потенциальную роль в его проявлении. Об этом также свидетельствуют исследования гетерогенного нокаута SNAP-25, проведенные на мутантных мышах колобомы , которые привели к фенотипическим характеристикам СДВГ. Исследования также показали корреляцию избыточной / недостаточной экспрессии SNAP-25 и возникновения шизофрении .

Синтаксин и домен Habc

Синтаксин состоит из трансмембранного домена (TMD), альфа-спирального домена SNARE, короткой линкерной области и домена Habc, который состоит из трех альфа-спиральных областей. Домен SNARE в синтаксине служит целевым сайтом для стыковки SNAP-25 и синаптобревина , чтобы сформировать пучок из четырех спиралей, необходимый для комплекса SNARE и последующего слияния . Однако домен Habc в синтаксине служит доменом автоингибирования. Было показано, что он сворачивается и связывается с доменом SNARE синтаксина, вызывая «закрытое» состояние, создавая физический барьер для образования мотива SNARE . Напротив, домен Habc может снова диссоциировать с доменом SNARE, оставляя синтаксин свободным для связывания как с SNAP-25, так и с синаптобревином .

Синтаксин 1B и легко высвобождаемый пул везикул

Существует огромное разнообразие подтипов синтаксина , в геноме человека 15 разновидностей. Было высказано предположение, что syntaxin1B играет роль в регуляции количества синаптических пузырьков, готовых к экзоцитозу в конце аксона. Это также называется легко высвобождаемым пулом (RRP) везикул . Выбивают исследование в 2014 году показал , что отсутствие syntaxin1B привело к значительному уменьшению размера РРП.

Токсины

Многие нейротоксины напрямую влияют на комплексы SNARE. Такие токсины, как ботулинический и столбнячный токсины, воздействуют на компоненты SNARE. Эти токсины препятствуют правильной рециркуляции пузырьков и приводят к плохому мышечному контролю, спазмам, параличу и даже смерти.

Ботулинический нейротоксин

Ботулинический токсин (BoNT) - один из самых сильнодействующих токсинов, которые когда-либо были обнаружены. Это протеолитический фермент, который расщепляет белки SNARE в нейронах . Его белковая структура состоит из двух пептидных субъединиц, тяжелой цепи (100 кДа) и легкой цепи (50 кДа), которые удерживаются вместе дисульфидной связью . Действие BoNT следует 4-ступенчатому механизму, включая связывание с нейрональной мембраной, эндоцитоз , транслокацию мембраны и протеолиз белков SNARE.

Целевые белки SNARE ботулинического нейротоксина (BoNT) и столбнячного нейротоксина (TeNT) внутри терминального конца аксона .

По своему механизму действия тяжелая цепь BoNT сначала используется для поиска своих нейрональных мишеней и связывания с ганглиозидами и мембранными белками пресинаптических нейронов. Затем токсин эндоцитозируется в клеточную мембрану. Тяжелая цепь претерпевает конформационные изменения, важные для перемещения легкой цепи в цитозоль нейрона. Наконец, после того, как легкая цепь BoNT попадает в цитозоль целевого нейрона, она высвобождается из тяжелой цепи, так что она может достичь своих активных сайтов расщепления на белках SNARE. Легкая цепь освобождается от тяжелой цепи за счет восстановления дисульфидной связи, удерживающей их вместе. Восстановление этой дисульфидной связи опосредуется системой НАДФН- тиоредоксинредуктаза - тиоредоксин . Легкая цепь BoNT действует как металлопротеаза на белках SNARE, которые зависят от ионов Zn (II), расщепляя их и устраняя их функцию в экзоцитозе .

Существует 8 известных изотипов BoNT, BoNT / A - BoNT / H, каждый из которых имеет разные специфические сайты расщепления на белках SNARE. SNAP25 , член семейства белков SNARE, расположенный в мембране клеток, расщепляется изотипами BoNT A, C и E. Расщепление SNAP-25 этими изотипами BoNT значительно подавляет их функцию по формированию комплекса SNARE для слияния. пузырьков к синаптической мембране. BoNT / C также нацелен на синтаксин- 1, другой белок SNARE, расположенный в синаптической мембране. Он дегенерирует эти белки синтаксина с аналогичным результатом, как и в случае с SNAP-25. Третий белок SNARE, Synaptobrevin (VAMP), расположен на клеточных везикулах . VAMP2 нацелен и расщепляется изотипами B, D и F BoNT в синаптических нейронах. Мишени этих различных изотипов BoNT, а также нейротоксина столбняка (TeNT) показаны на рисунке справа.

В каждом из этих случаев нейротоксин ботулина вызывает функциональное повреждение белков SNARE, что имеет серьезные физиологические и медицинские последствия. Повреждая белки SNARE, токсин предотвращает слияние синаптических везикул с синаптической мембраной и высвобождение их нейромедиаторов в синаптическую щель . При ингибировании высвобождения нейротрансмиттера в синаптическую щель нельзя распространять потенциалы действия для стимуляции мышечных клеток. Это приводит к параличу инфицированных, а в серьезных случаях может привести к смерти. Хотя действие нейротоксина ботулина может быть фатальным, его также использовали в качестве терапевтического средства в медицинских и косметических процедурах.

Столбнячный нейротоксин

Нарушение функций и механизмов тяжелой (HC) и легкой (LC) цепей столбнячного нейротоксина: HC способствует связыванию TeNT как с ганглиозидным рецептором, так и с конечным рецептором. Как только TeNT находится в везикуле в тормозном пространстве между нейронами, HC помогает транслокации LC в цитоплазму. Затем LC, характеризующийся активностью цинковой эндопептидазы, подавляет нейротрансмиссию путем расщепления синаптобревина 1.

Столбнячный токсин , или TeNT, состоит из тяжелой цепи (100 кДа) и легкой цепи (50 кДа), соединенных дисульфидной связью. Тяжелая цепь отвечает за нейроспецифическое связывание TeNT с мембраной нервного окончания, эндоцитоз токсина и транслокацию легкой цепи в цитозоль. Легкая цепь обладает активностью цинк-зависимой эндопептидазы или, более конкретно, матриксной металлопротеиназы (MMP), посредством которой осуществляется расщепление синаптобревина или VAMP.

Для активации легкой цепи TeNT один атом цинка должен быть связан с каждой молекулой токсина. Когда цинк связан, восстановление дисульфидной связи будет осуществляться главным образом через окислительно - восстановительную систему НАДФН-тиоредоксинредуктаза-тиоредоксин . Тогда легкая цепь может расщепить связь Gln76-Phe77 синаптобревина. Расщепление синаптобревина влияет на стабильность ядра SNARE, ограничивая его вход в низкоэнергетическую конформацию, которая является мишенью для связывания NSF . Это расщепление синаптобревина является конечной мишенью TeNT, и даже в низких дозах нейротоксин будет ингибировать экзоцитоз нейротрансмиттеров .

Роль в высвобождении нейромедиаторов

Медиаторы сохраняются в легко разъемных пулах из везикул ограниченных пределов пресинаптических окончаний . Во время нейросекреции / экзоцитоза SNARE играют решающую роль в стыковке пузырьков, праймировании, слиянии и синхронизации высвобождения нейромедиаторов в синаптическую щель .

Первым шагом в слиянии синаптических везикул является связывание, когда везикулы перемещаются из резервного пула в физический контакт с мембраной. На мембране Munc-18 изначально связан с синтаксином 1A в закрытой структуре. Предполагается, что диссоциация Munc-18 из комплекса освобождает синтаксин 1A для связывания с белками v-SNARE. Следующим этапом высвобождения является стыковка везикул, где белки v- и t-SNARE временно связываются кальций-независимым образом. Затем везикулы праймируются, при этом мотивы SNARE образуют стабильное взаимодействие между везикулами и мембраной. Комплексины стабилизируют примированный комплекс SNARE, делая везикулы готовыми к быстрому экзоцитозу.

Промежуток пресинаптической мембраны, содержащий примированные везикулы и плотную коллекцию белков SNARE, называется активной зоной . Управляемые напряжением кальциевые каналы сконцентрированы вокруг активных зон и открываются в ответ на деполяризацию мембраны в синапсе. Приток кальция ощущается синаптотагмином 1 , который, в свою очередь, вытесняет комплексиновый белок и позволяет везикуле сливаться с пресинаптической мембраной для высвобождения нейромедиатора. Также было показано, что потенциалзависимые кальциевые каналы напрямую взаимодействуют с синтаксином t-SNAREs 1A и SNAP-25, а также с синаптотагмином 1. Эти взаимодействия способны подавлять активность кальциевых каналов, а также плотно агрегировать молекулы вокруг сайт релиза.

Было много клинических случаев, которые связывают гены SNARE с нервными расстройствами. Дефицит мРНК SNAP-25 наблюдается в ткани гиппокампа некоторых больных шизофренией , однонуклеотидный полиморфизм SNAP-25 связан с гиперактивностью при расстройствах аутистического спектра , а сверхэкспрессия SNAP-25B приводит к раннему началу биполярного расстройства .

Роль в аутофагии

Макроаутофагия - это катаболический процесс, включающий образование связанных с двойной мембраной органелл, называемых аутофагосомами , которые способствуют деградации клеточных компонентов посредством слияния с лизосомами . Во время аутофагии части цитоплазмы поглощаются чашеобразной двойной мембранной структурой, называемой фагофором, и в конечном итоге становятся содержимым полностью собранной аутофагосомы. Биогенез аутофагосом требует инициации и роста фагофоров, процесса, который когда-то считался происходящим путем добавления липидов de novo. Однако недавние данные свидетельствуют о том, что липиды, которые способствуют росту фагофоров, происходят из многочисленных источников мембран, включая эндоплазматический ретикулум , Гольджи , плазматическую мембрану и митохондрии . SNAREs играют важную роль в обеспечении слияния пузырьков во время инициации и экспансии фагофоров, а также слияния аутофагосом и лизосом на более поздних стадиях аутофагии.

Хотя механизм инициации фагофоров у млекопитающих неизвестен, SNARE участвуют в образовании фагофора посредством гомотипического слияния небольших, покрытых клатрином , одномембранных везикул, содержащих Atg16L, v-SNARE VAMP7 и его партнеры t-SNARE: синтаксин- 7 , Синтаксин-8 и VTI1B . У дрожжей t-SNAREs Sec9p и Sso2p необходимы для экзоцитоза и способствуют тубуловезикулярному отростку Atg9 позитивных везикул, которые также необходимы для биогенеза аутофагосом. Нокаут любого из этих SNAREs ведет к накоплению небольших Atg9, содержащих пузырьки, которые не сливаются, тем самым предотвращая образование преаутофагосомальной структуры.

Помимо сборки фагофоров, SNAREs также важны в обеспечении слияния аутофагосом и лизосом. У млекопитающих SNAREs VAMP7 , VAMP8 и VTI1B необходимы для слияния аутофагосомы и лизосомы, и этот процесс нарушается при лизосомных нарушениях накопления, когда холестерин накапливается в лизосоме и изолирует SNARE в богатых холестерином областях мембраны, предотвращая их рециклинг. Недавно синтаксин 17 ( STX17 ) был идентифицирован как связанный с аутофагосомой SNARE, который взаимодействует с VAMP8 и SNAP29 и необходим для слияния с лизосомой. STX17 локализуется на внешней мембране аутофагосом, но не на фагофорах или других предшественниках аутофагосом, что предотвращает их преждевременное слияние с лизосомами. У дрожжей слияние аутофагосом с вакуолями (дрожжевой эквивалент лизосом) требует SNARE и родственных белков, таких как гомолог синтаксина Vam3, гомолог SNAP-25 Vam7, Ras-подобная GTPase Ypt7 и ортолог NSF, Sec18.

Гибкая замена комплектующих

Известно, что несколько комплексов гибко заменяют один белок другим: два Qa-SNARE в дрожжах могут до некоторой степени заменять друг друга. Дрожжи, которые теряют R-SNARE - Sec22p - автоматически повышают уровни гомолога - Ykt6p - и используют его таким же образом. Хотя дрозофилы не могут пережить потерю компонента SNAP-25 , SNAP-24 может полностью его заменить. А также у дрозофилы R-SNARE, обычно не обнаруживаемый в синапсах, может заменять синаптобревин .

В растениях

SNARE также встречаются у растений, и было получено некоторое понимание их возникновения и роли. Они часто оказываются существенными для транспорта пузырьков , включая открытие Zheng et al. 1999 относительно Golgi - перемещения вакуолей . Большая часть этого исследования была проведена на арабидопсисе .

использованная литература

внешние ссылки

• SNARE + Proteins в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
• Комплекс SNARE + в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)