ДНК-связывающий белок TAR 43 - TAR DNA-binding protein 43
ТАР ДНК-связывающий белок 43 ( TDP-43 , транзактивной ДНК ответ связывающий белок 43 кДа ), представляет собой белок , который у человека кодируется TARDBP гена .
Состав
TDP-43 состоит из 414 аминокислотных остатков . Он состоит из 4 доменов : N-концевой домен, охватывающий остатки 1-76 (NTD) с четко определенной складкой, который, как было показано, образует димер или олигомер ; 2 высококонсервативных мотива узнавания свернутой РНК, охватывающие остатки 106-176 (RRM1) и 191-259 (RRM2), соответственно, необходимые для связывания РНК и ДНК- мишени ; неструктурированный C-концевой домен, включающий остатки 274-414 (CTD), который содержит богатую глицином область, участвует во взаимодействиях белок-белок и несет в себе большинство мутаций, связанных с семейным боковым амиотрофическим склерозом .
Был очищен весь белок, лишенный крупных солюбилизирующих меток. Полноразмерный белок представляет собой димер. Димер образуется из-за самовзаимодействия между двумя доменами NTD, где димеризация может распространяться с образованием олигомеров более высокого порядка.
Белковая последовательность также имеет сигнал ядерной локализации (NLS, остатки 82–98), бывший сигнал ядерного экспорта (остатки NES 239–250) и 3 предполагаемых сайта расщепления каспазой-3 (остатки 13, 89, 219).
Функция
TDP-43 представляет собой репрессор транскрипции, который связывается с интегрированной в хромосомы ДНК TAR и подавляет транскрипцию ВИЧ-1 . Кроме того, этот белок регулирует альтернативный сплайсинг гена CFTR . В частности, TDP-43 представляет собой фактор сплайсинга, связывающийся с соединением интрон8 / экзон9 гена CFTR и с областью интрон2 / экзон3 гена апоА-II. Похожий псевдоген присутствует на хромосоме 20.
Было показано, что TDP-43 связывает как ДНК, так и РНК и выполняет множество функций в репрессии транскрипции, сплайсинге пре-мРНК и регуляции трансляции. Недавняя работа охарактеризовала сайты связывания по всему транскриптому, показав, что тысячи РНК связаны с TDP-43 в нейронах.
Первоначально TDP-43 был идентифицирован как репрессор транскрипции, который связывается с ДНК интегрированного в хромосомы элемента ответа на трансактивацию (TAR) и подавляет транскрипцию ВИЧ-1 . Сообщалось также, что он регулирует альтернативный сплайсинг гена CFTR и гена апоА-II .
В моторных нейронах спинного мозга TDP-43, как было показано, у людей является мРНК-связывающим белком с низким молекулярным весом нейрофиламента (hNFL). Также было показано, что он является фактором реакции нейрональной активности в дендритах нейронов гиппокампа, что позволяет предположить его возможную роль в регуляции стабильности, транспорта и локальной трансляции мРНК в нейронах.
Было продемонстрировано, что ионы цинка способны вызывать агрегацию эндогенного TDP-43 в клетках. Более того, цинк может связываться с РНК-связывающим доменом TDP-43 и индуцировать образование амилоидоподобных агрегатов in vitro.
Ремонт ДНК
TDP-43 белок является ключевым элементом негомологичной конца присоединения (NHEJ) ферментативный путь , который ремонт ДНК двунитевых разрывов (ДР) в плюрипотентных стволовых клеток -derived двигательных нейронов . TDP-43 быстро набрана в DSBs , где он выступает в качестве каркаса для дальнейшего набора из XRCC4 - ДНК - лигазы белкового комплекса , который затем действует , чтобы запечатать разрывы ДНК. В двигательных нейронах, полученных из нервных стволовых клеток человека, истощенных по TDP-43, а также в образцах спинного мозга у пациентов со спорадическим БАС наблюдается значительное накопление DSB и сниженные уровни NHEJ.
Клиническое значение
Гипер- фосфорилируется , убиквитинируются и расщепляются форма TDP43 известно как патологический TDP43-является основным белок заболевания в убиквитин -положительного, Тау и альфа-синуклеин -отрицательное лобно - височная деменция (FTLD-TDP, ранее называемый FTLD -U) и при боковом амиотрофическом склерозе (БАС). Повышенные уровни белка TDP-43 также были выявлены у лиц с диагнозом хроническая травматическая энцефалопатия , а также были связаны с БАС, что привело к заключению, что спортсмены, перенесшие множественные сотрясения мозга и другие виды травм головы, подвергаются повышенному риску как энцефалопатия, так и заболевание двигательных нейронов (БАС). Аномалии TDP-43 также встречаются у важной подгруппы пациентов с болезнью Альцгеймера , коррелируя с показателями клинических и невропатологических особенностей. Неправильно свернутый TDP-43 обнаруживается в мозге пожилых людей старше 85 лет с преобладающей лимбической возрастной энцефалопатией , связанной с TDP-43 (ПОЗДНЕЕ), формой деменции. Новые моноклональные антитела, 2G11 и 2H1, были разработаны для определения различных типов включения TDP-43, которые встречаются при нейродегенеративных заболеваниях, без использования гиперфосфорилированных эпитопов. Эти антитела были индуцированы против эпитопа в домене RRM2 (аминокислотные остатки 198-216).
ВИЧ- 1, возбудитель синдрома приобретенного иммунодефицита (СПИД), содержит геном РНК, который продуцирует интегрированную в хромосому ДНК во время репликативного цикла. Активация экспрессии гена ВИЧ-1 трансактиватором «Tat» зависит от регуляторного элемента РНК (TAR), расположенного «ниже по течению» (т.е. подлежащего транскрипции в более поздний момент времени) сайта инициации транскрипции.
Мутации в гене TARDBP связаны с нейродегенеративными расстройствами, включая лобно-височную долевую дегенерацию и боковой амиотрофический склероз (БАС). В частности, мутанты TDP-43 M337V и Q331K изучаются на предмет их роли в БАС. Цитоплазматическая патология TDP-43 является доминирующим гистопатологическим признаком мультисистемной протеинопатии . N-концевой домен, который вносит важный вклад в агрегацию С-концевой области, имеет новую структуру с двумя отрицательно заряженными петлями. Недавнее исследование продемонстрировало, что клеточный стресс может вызвать аномальную цитоплазматическую неправильную локализацию TDP-43 в моторных нейронах спинного мозга in vivo, что дает представление о том, как патология TDP-43 может развиваться у спорадических пациентов с БАС.
использованная литература
дальнейшее чтение
- Квонг Л.К., Нойманн М., Сампату Д.М., Ли В.М., Трояновский Д.К. (июль 2007 г.). «Протеинопатия TDP-43: невропатология, лежащая в основе основных форм спорадической и семейной лобно-височной долевой дегенерации и болезни двигательных нейронов». Acta Neuropathologica . 114 (1): 63–70. DOI : 10.1007 / s00401-007-0226-5 . PMID 17492294 . S2CID 20773388 .
- Маруяма К., Сугано С. (январь 1994 г.). «Олиго-кэппинг: простой метод замены кэп-структуры эукариотических мРНК олигорибонуклеотидами». Джин . 138 (1–2): 171–4. DOI : 10.1016 / 0378-1119 (94) 90802-8 . PMID 8125298 .
- Tokai N, Fujimoto-Nishiyama A, Toyoshima Y, Yonemura S, Tsukita S, Inoue J, Yamamota T. (февраль 1996 г.). «Кид, новый кинезиноподобный ДНК-связывающий белок, локализован в хромосомах и митотическом веретене» . Журнал EMBO . 15 (3): 457–67. DOI : 10.1002 / j.1460-2075.1996.tb00378.x . PMC 449964 . PMID 8599929 .
- Боналдо М.Ф., Леннон Г., Соарес МБ (сентябрь 1996 г.). «Нормализация и вычитание: два подхода к облегчению открытия генов» . Геномные исследования . 6 (9): 791–806. DOI : 10.1101 / gr.6.9.791 . PMID 8889548 .
- Судзуки Ю., Ёситомо-Накагава К., Маруяма К., Суяма А., Сугано С. (октябрь 1997 г.). «Создание и характеристика полноразмерной библиотеки кДНК, обогащенной по 5'-концу». Джин . 200 (1–2): 149–56. DOI : 10.1016 / S0378-1119 (97) 00411-3 . PMID 9373149 .
- Хартли Дж. Л., Темпл Г. Ф., Браш Массачусетс (ноябрь 2000 г.). «Клонирование ДНК с использованием сайт-специфической рекомбинации in vitro» . Геномные исследования . 10 (11): 1788–95. DOI : 10.1101 / gr.143000 . PMC 310948 . PMID 11076863 .
- Wiemann S, Weil B, Wellenreuther R, Gassenhuber J, Glassl S, Ansorge W, Böcher M, Blöcker H, Bauersachs S, Blum H, Lauber J, Düsterhöft A, Beyer A, Köhrer K, Strack N, Mewes HW, Ottenwälder B , Обермайер Б., Тампе Дж., Хойбнер Д., Вамбутт Р., Корн Б., Кляйн М., Поустка А. (март 2001 г.). «К каталогу генов и белков человека: секвенирование и анализ 500 новых полных белков, кодирующих кДНК человека» . Геномные исследования . 11 (3): 422–35. DOI : 10.1101 / гр . GR1547R . PMC 311072 . PMID 11230166 .
- Буратти Э., Дерк Т., Зуккато Э., Пагани Ф., Романо М., Baralle FE (апрель 2001 г.). «Ядерный фактор TDP-43 и белки SR способствуют пропуску экзона 9 CFTR in vitro и in vivo» . Журнал EMBO . 20 (7): 1774–84. DOI : 10.1093 / emboj / 20.7.1774 . PMC 145463 . PMID 11285240 .
- Buratti E, Baralle FE (сентябрь 2001 г.). «Характеристика и функциональное значение свойств связывания РНК ядерного фактора TDP-43, нового регулятора сплайсинга экзона 9 CFTR» . Журнал биологической химии . 276 (39): 36337–43. DOI : 10.1074 / jbc.M104236200 . PMID 11470789 .
- Ван И.Ф., Редди Н.М., Шен С.К. (октябрь 2002 г.). «Высший порядок расположения эукариотических ядерных тел» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 99 (21): 13583–8. Bibcode : 2002PNAS ... 9913583W . DOI : 10.1073 / pnas.212483099 . PMC 129717 . PMID 12361981 .
- Ленер Б., Сандерсон К.М. (июль 2004 г.). «Структура взаимодействия белков для деградации мРНК человека» . Геномные исследования . 14 (7): 1315–23. DOI : 10.1101 / gr.2122004 . PMC 442147 . PMID 15231747 .
- Wiemann S, Arlt D, Huber W., Wellenreuther R, Schleeger S, Mehrle A, Bechtel S, Sauermann M, Korf U, Pepperkok R, Sültmann H, Poustka A (октябрь 2004 г.). «От ORFeome к биологии: конвейер функциональной геномики» . Геномные исследования . 14 (10B): 2136–44. DOI : 10.1101 / gr.2576704 . PMC 528930 . PMID 15489336 .
- Буратти Э., Бриндизи А., Джомби М., Тисминецки С., Аяла Ю. М., Baralle FE (ноябрь 2005 г.). «TDP-43 связывает гетерогенный ядерный рибонуклеопротеин A / B через свой C-концевой хвост: важную область для ингибирования сплайсинга экзона 9 регулятора трансмембранной проводимости при муковисцидозе» . Журнал биологической химии . 280 (45): 37572–84. DOI : 10.1074 / jbc.M505557200 . PMID 16157593 .
- Stelzl U, Worm U, Lalowski M, Haenig C, Brembeck FH, Goehler H, Stroedicke M, Zenkner M, Schoenherr A, Koeppen S, Timm J, Mintzlaff S, Abraham C, Bock N, Kietzmann S, Goedde A, Toksöz E , Droege A, Krobitsch S, Korn B, Birchmeier W, Lehrach H, Wanker EE (сентябрь 2005 г.). «Сеть взаимодействия белок-белок человека: ресурс для аннотирования протеома» . Cell . 122 (6): 957–68. DOI : 10.1016 / j.cell.2005.08.029 . hdl : 11858 / 00-001M-0000-0010-8592-0 . PMID 16169070 . S2CID 8235923 .
- Руал Дж. Ф., Венкатесан К., Хао Т., Хирозане-Кишикава Т., Дрикот А., Ли Н., Беррис Г. Ф., Гиббонс Ф. Д., Дрезе М., Айви-Гедехуссу Н., Клитгорд Н., Саймон С., Боксем М., Мильштейн С., Розенберг Дж., Голдберг DS, Zhang LV, Wong SL, Franklin G, Li S, Albala JS, Lim J, Fraughton C, Llamosas E, Cevik S, Bex C, Lamesch P, Sikorski RS, Vandenhaute J, Zoghbi HY, Smolyar A, Bosak S, Sequerra R, Doucette-Stamm L, Cusick ME, Hill DE, Roth FP, Vidal M (октябрь 2005 г.). «К карте протеомного масштаба сети белок-белкового взаимодействия человека». Природа . 437 (7062): 1173–8. Bibcode : 2005Natur.437.1173R . DOI : 10,1038 / природа04209 . PMID 16189514 . S2CID 4427026 .
- Мехрле А., Розенфельдер Х., Шупп И., дель Валь С., Арльт Д., Хане Ф., Бектель С., Симпсон Дж., Хофманн О., Хиде В., Глаттинг К. Х., Хубер В., Пепперкок Р., Поустка А., Виманн С. (январь 2006 г.). «База данных LIFEdb в 2006 году» . Исследования нуклеиновых кислот . 34 (выпуск базы данных): D415–8. DOI : 10.1093 / NAR / gkj139 . PMC 1347501 . PMID 16381901 .
внешние ссылки
- GeneReviews / NCBI / NIH / UW запись о TARDBP-связанном боковом амиотрофическом склерозе
- Обзор всей структурной информации, доступной в PDB для UniProt : Q13148 (ДНК-связывающий белок TAR 43) в PDBe-KB .