Атф структура молекулы: «Какое строение имеет молекула АТФ?» – Яндекс.Кью

Содержание

Структура молекулы атф. Энергетический обмен или откуда берется энергия для организма? Тема: Основы цитологии

Любой организм может существовать до тех пор, пока происходит поступление питательных веществ из внешней среды и пока продукты его жизнедеятельности выделяются в эту среду. Внутри клетки происходит непрерывный очень сложный комплекс химических превращений, благодаря которым из питательных веществ образуются компоненты тела клетки. Совокупность процессов превращения материи в живом организме, сопровождающихся постоянным ее обновлением, и называется обменом веществ.

Часть общего обмена, которая состоит в поглощении, усвоении питательных веществ и создании за их счет структурных компонентов клетки, называется ассимиляцией — это конструктивный обмен. Вторую часть общего обмена составляют процессы диссимиляции, т.е. процессы разложения и окисления органических веществ, в результате которых клетка получает энергию, — это энергетический обмен. Конструктивный и энергетический обмен составляют единое целое.

В процессе конструктивного обмена клетка из довольно ограниченного числа низкомолекулярных соединений синтезирует биополимеры своего тела. Биосинтетические реакции протекают при участии разнообразных ферментов и требуют затрат энергии.

Живые организмы могут использовать только химически связанную энергию. Каждое вещество обладает определенным запасом потенциальной энергии. Главными материальными носителями ее являются химические связи, разрыв или преобразование которых приводит к освобождению энергии. Энергетический уровень одних связей имеет величину 8-10 кДж — эти связи называются нормальными. В других связях заключена значительно большая энергия — 25-40 кДж — это так называемые макроэргические связи. Почти все известные соединения, обладающие такими связями, имеют в своем составе атомы фосфора или серы, по месту которых в молекуле и локализованы эти связи. Одним из соединений, играющих важнейшую роль в жизнедеятельности клетки, является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ).

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) состоит из органического основания аденина (I), углевода рибозы (II) и трех остатков фосфорной кислоты (III). Соединение аденина и рибозы называется аденозином. Пирофосфатные группы имеют макроэргические связи, обозначенные значком ~. Разложение одной молекулы АТФ с участием воды сопровождается отщеплением одной молекулы фосфорной кислоты и выделением свободной энергии, которая равна 33-42 кДж/моль. Все реакции с участием АТФ регулируются ферментными системами.

Рис.1. Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ)

Энергетический обмен в клетке. Синтез АТФ

Синтез АТФ происходит в мембранах митохондрий в процессе дыхания, поэтому все ферменты и кофакторы дыхательной цепи, все ферменты окислительного фосфорилирования локализованы в данных органеллах.

Синтез АТФ происходит таким образом, что два иона Н + отщепляются от АДФ и фосфата (Р) с правой стороны мембраны, компенсируя потерю двух Н + при восстановлении вещества В. Один из кислородных атомов фосфата переносится на другую сторону мембраны и, присоединив два иона Н + из левого отсека, образует Н 2 О. Остаток фосфорила присоединяется к АДФ, образуя АТФ.

Рис.2. Схема окисления и синтеза АТФ в митохондриальных мембранах

В клетках организмов изучено много биосинтетических реакций, использующих энергию, заключенную в АТФ, в ходе которых происходят процессы карбоксилирования и декарбоксилирования, синтеза амидных связей, образования макроэргических соединений, способных переносить энергию от АТФ к анаболическим реакциям синтеза веществ. Эти реакции играют важную роль в процессах обмена веществ растительных организмов.

С участием АТФ и других макроэргических нуклеозидполифосфатов (ГТФ, ЦТФ, УГФ) может происходить активирование молекул моносахаридов, аминокислот, азотистых оснований, ацилглицеринов путем синтеза активных промежуточных соединений, являющихся производными нуклеотидов. Так, например, в процессе синтеза крахмала с участием фермента АДФ-глюкозо-пирофосфорилазы образуется активированная форма глюкозы — аденозиндифосфатглюкоза, которая легко становится донором глюкозных остатков при формировании структуры молекул этого полисахарида.

Синтез АТФ происходит в клетках всех организмов в процессе фосфорилирования, т.е. присоединения неорганического фосфата к АДФ. Энергия для фосфорилирования АДФ образуется в ходе энергетического обмена. Энергетический обмен, или диссимиляция, представляет собой совокупность реакций расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии. В зависимости от среды обитания диссимиляция может протекать в два или три этапа.

У большинства живых организмов — аэробов, живущих в кислородной среде, — в ходе диссимиляции осуществляется три этапа: подготовительный, бескислородный и кислородный, в процессе которых органические вещества распадаются до неор­ганических соединений. У анаэробов, обитающих в среде, лишенной кислорода, или у аэробов при его недостатке диссимиляция протекает лишь в два первых этапа с образованием промежуточных органических соединений, еще богатых энергией.

Первый этап — подготовительный — заключается в ферментативном расщеплении сложных органических соединений на более простые (белков — на аминокислоты, жиров — на глицерин и жирные кислоты, полисахаридов — на моносахариды, нуклеиновых кислот — на нуклеотиды). Распад органических субстратов пищи осуществляется на разных уровнях желудочно-кишечного тракта многоклеточных организмов. Внутриклеточное расщепление органических веществ происходит под действием гидролитических ферментов лизосом. Высвобождающаяся при этом энергия рас­сеивается в виде теплоты, а образующиеся малые органические молекулы могут подвергнуться дальнейшему расщеплению или использоваться клеткой как «строительный материал» для синтеза собственных органических соединений.

Второй этап — неполное окисление (бескислородный) — осуществляется непосредственно в цитоплазме клетки, в присутствии кислорода не нуждается и заключается в дальнейшем расщеплении органических субстратов. Главным источником энергии в клетке является глюкоза. Бескислородное, неполное расщепление глюкозы называют гликолизом.

Гликолиз — многоступенчатый ферментативный процесс прев­ращения шестиуглеродной глюкозы в две трехуглеродные молекулы пировиноградной кислоты (пирувата, ПВК) С3Н4О3. В ходе реакций гликолиза выделяется большое количество энергии — 200 кДж/моль. Часть этой энергии (60%) рассеивается в виде теплоты, остальное (40%) используется на синтез АТФ.

В результате гликолиза одной молекулы глюкозы образуется по две молекулы ПВК, АТФ и воды, а также атомы водорода, которые запасаются клеткой в форме НАД Н, т.е. в составе специфического переносчика — никотинамидадениндинуклеотида. Дальнейшая судьба продуктов гликолиза — пирувата и водорода в форме НАД Н — может складываться по-разному. У дрожжей или в клетках растений при недостатке кислорода происходит спиртовое брожение — ПВК восстанавливается до этилового спирта:

В клетках животных, испытывающих временный недостаток кислорода, например в мышечных клетках человека при чрезмер­ной физической нагрузке, а также у некоторых бактерий происходит молочнокислое брожение, при котором пируват восстанавливается до молочной кислоты. При наличии в среде кислорода продукты гликолиза претерпевают дальнейшее расщепление до конечных продуктов.

Третий этап — полное окисление (дыхание) — протекает при обязательном участии кислорода. Аэробное дыхание представляет собой цепь реакций, контролируемых ферментами внутренней мембраны и матрикса митохондрии. Попав в мито­хондрию, ПВК взаимодействует с ферментами матрикса и образует: диоксид углерода, который выводится из клетки; атомы водорода, которые в составе переносчиков направляются к внутренней мембране; ацетилкофермент А (ацетил-КоА), который вовлекается в цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса). Цикл Кребса — это цепь последовательных реакций, в ходе которых из одной молекулы ацетил-КоА образуются две молекулы СО2, молекула АТФ и четыре пары атомов водорода, передаваемые на молекулы-переносчики — НАД и ФАД (флавинадениндинуклеотид). Суммарную реакцию гликолиза и цикла Кребса можно представить в следующем виде:

Итак, в результате бескислородного этапа диссимиляции и цикла Кребса молекула глюкозы расщепляется до неорганического диоксида углерода (СО2), а высвободившаяся при этом энергия частично расходуется на синтез АТФ, но в основном сберегается в нагруженных электронами переносчиках НАД Н2 и ФАД Н2. Белки-переносчики транспортируют атомы водорода к внутренней мембране митохондрий, где передают их по цепи встроенных в мембрану белков. Транспорт частиц по цепи переноса осуществ­ляется таким образом, что протоны остаются на внешней стороне мембраны и накапливаются в межмембранном пространстве, превращая его в Н+-резервуар, а электроны передаются на внутреннюю поверхность внутренней митохондриальной мембра­ны, где соединяются в конечном итоге с кислородом.

В результате деятельности ферментов цепи переноса электро­нов внутренняя мембрана митохондрий изнутри заряжается отрицательно, а снаружи — положительно (за счет Н), так что между ее поверхностями создается разность потенциалов. Известно, что во внутреннюю мембрану митохондрий встроены молекулы фермента АТФ-синтетазы, обладающие ионным каналом. Когда разность потенциалов на мембране достигает критического уровня (200 мВ), положительно заряженные частицы Н+ силой электрического поля начинают про­талкиваться через канал АТФазы и, оказавшись на внутренней поверхности мембраны, взаимодействуют с кислородом, образуя воду.

Нормальное протекание метаболических реакций на молекулярном уровне обусловлено гармоничным сочетанием процессов катаболизма и анаболизма. При нарушении катаболических процессов прежде всего возникают энергетические трудности, нарушаются регенерация АТФ, а также поступление необходимых для биосинтетических процессов исходных субстратов анаболизма. В свою очередь, первичное или связанное с изменениями процессов катаболизма повреждение анаболических процессов ведет к нарушению воспроизведения функционально важных соединений — ферментов, гормонов и др.

Нарушение различных звеньев метаболических цепей неравнозначно по своим последствиям. Наиболее существенные, глубокие патологические изменения катаболизма происходят при повреждении системы биологического окисления при блокаде ферментов тканевого дыхания, гипоксии и др. или повреждении механизмов сопряжения тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования (например, разобщение тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования при тиреотоксикозе). В этих случаях клетки лишаются основного источника энергии, почти все окислительные реакции катаболизма блокируются или теряют способность аккумулировать освобождающуюся энергию в молекулах АТФ. При ингибировании реакций цикла трикарбоновых кислот выработка энергии в процессе катаболизма сокращается примерно на две трети.



Кроме белков, жиров и углеводов в клетке синтезируется большое количество других органических соединений, которые условно можно разделить на

промежуточные и конечные . Чаще всего получение определенного вещества связано с работой каталитического конвейера (большого числа ферментов), и связано с образование промежуточных продуктов реакции, на которые действует следующий фермент. Конечные органические соединения выполняют в клетке самостоятельные функции или служат мономерами при синтезе полимеров. К конечным веществам можно отнести аминокислоты , глюкозу , нуклеотиды , АТФ , гормоны , витамины .

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) — универсальный источник и основной аккумулятор энергии в живых клетках. АТФ содержится во всех клетках растений и животных. Количество АТФ колеблется и в среднем составляет 0,04% (на сырую массу клетки). Наибольшее количество АТФ (0,2-0,5%) содержится в скелетных мышцах.

АТФ представляет собой нуклеотид, состоящий из остатков азотистого основания (аденина), моносахарида (рибозы) и трех остатков фосфорной кислоты. Поскольку АТФ содержит не один, а три остатка фосфорной кислоты, она относится к рибонуклеозидтрифосфатам.

Для большинства видов работ, происходящих в клетках, используется энергия гидролиза АТФ. При этом при отщеплении концевого остатка фосфорной кислоты АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфорную кислоту), при отщеплении второго остатка фосфорной кислоты — в АМФ (аденозинмонофосфорную кислоту). Выход свободной энергии при отщеплении как концевого, так и второго остатков фосфорной кислоты составляет по 30,6 кДж. Отщепление третьей фосфатной группы сопровождается выделением только 13,8 кДж. Связи между концевым и вторым, вторым и первым остатками фосфорной кислоты называются макроэргическими (высокоэнергетическими).

Запасы АТФ постоянно пополняются. В клетках всех организмов синтез АТФ происходит в процессе фосфорилирования, т.е. присоединения фосфорной кислоты к АДФ. Фосфорилирование происходит с разной интенсивностью в митохондриях, при гликолизе в цитоплазме, при фотосинтезе в хлоропластах. Молекула АТФ используется в клетке за 1-2 минуты, у человека за сутки образуется и разрушается АТФ в количестве равном массе его тела.

Конечными органическими молекулами, также являются витамины и гормоны . Большую роль в жизнедеятельности многоклеточных организмов играют витамины . Витаминами считают такие органические соединения, которые данный организм синтезировать не может (или синтезирует в недостаточном количестве) и должен получать их вместе с пищей. Витамины, соединяясь с белками, образуют сложные ферменты. При недостатке в пище какого-либо витамина, не может образоваться фермент и развивается тот или иной авитаминоз. Например, недостаток витамина С приводит к цинге, недостаток витамин В 12 — к анемии, нарушению нормального образования эритроцитов.

Гормоны являются регуляторами , влияющими на работу отдельных органов и всего организма в целом. Они могут иметь белковую природу (гормоны гипофиза, поджелудочной железы), могут относиться к липидам (половые гормоны), могут быть производными аминокислот (тироксин). Гормоны образуются как животными, так и растениями.

Способы получения энергии в клетке

В клетке существуют четыре основных процесса, обеспечивающих высвобождение энергии из химических связей при окислении веществ и ее запасание:

1. Гликолиз (2 этап биологического окисления) – окисление молекулы глюкозы до двух молекул пировиноградной кислоты, при этом образуется 2 молекулы АТФ и НАДН . Далее пировиноградная кислота в аэробных условиях превращается в ацетил-SКоА, в анаэробных условиях – в молочную кислоту.

2. β-Окисление жирных кислот (2 этап биологического окисления) – окисление жирных кислот до ацетил-SКоА, здесь образуются молекулы НАДН и ФАДН 2 . Молекулы АТФ «в чистом виде» не появляются.

3. Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК , 3 этап биологического окисления) – окисление ацетильной группы (в составе ацетил-SКоА) или иных кетокислот до углекислого газа. Реакции полного цикла сопровождаются образованием 1 молекулы ГТФ (что эквивалентно одной АТФ), 3 молекул НАДН и 1 молекулы ФАДН 2 .

4. Окислительное фосфорилирование (3 этап биологического окисления) – окисляются НАДН и ФАДН 2 , полученные в реакциях катаболизма глюкозы, аминокислот и жирных кислот. При этом ферменты дыхательной цепи на внутренней мембране митохондрий обеспечивают образование большей части клеточного АТФ .

Два способа синтеза АТФ

В клетке постоянно происходит использование всех нуклеозидтри фосфатов (АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ, ТТФ) как донора энергии. При этом АТФ является универсальным макроэргом, участвующим практически во всех сторонах метаболизма и деятельности клетки. И именно за счет АТФ обеспечивается фосфорилирование нуклеотидов ГДФ, ЦДФ, УДФ, ТДФ до нуклеозидтри фосфатов.

У других нуклеозидтри фосфатов существует некая специализация. Так, УТФ участвует в обмене углеводов, в частности в синтезе гликогена. ГТФ задействован в рибосомах, участвует в образовании пептидной связи в белках. ЦТФ используется в синтезе фосфолипидов.

Основным способом получения АТФ в клетке является окислительное фосфорилирование, протекающее в структурах внутренней мембраны митохондрий. При этом энергия атомов водорода молекул НАДН и ФАДН 2 , образованных в гликолизе, ЦТК, окислении жирных кислот, преобразуется в энергию связей АТФ.

Однако также есть другой способ фосфорилирования АДФ до АТФ – субстратное фосфорилирование. Этот способ связан с передачей макроэргического фосфата или энергии макроэргической связи какого-либо вещества (субстрата) на АДФ. К таким веществам относятся метаболиты гликолиза (1,3-дифосфоглицериновая кислота , фосфоенолпируват ), цикла трикарбоновых кислот (сукцинил-SКоА ) и резервный макроэрг креатинфосфат . Энергия гидролиза их макроэргической связи выше, чем 7,3 ккал/моль в АТФ, и роль указанных веществ сводится к использованию этой энергии для фосфорилирования молекулы АДФ до АТФ.

Классификация макроэргов

Макроэргические соединения классифицируются по типу связи , несущей дополнительную энергию:

1. Фосфоангидридная связь. Такую связь имеют все нуклеотиды: нуклеозидтрифосфаты (АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ, ТТФ) и нуклеозиддифосфаты (АДФ, ГДФ, ЦДФ, УДФ, ТДФ).

2. Тиоэфирная связь. Примером являются ацил-производные коэнзима А: ацетил-SКоА, сукцинил-SКоА, и другие соединения любой жирной кислоты и HS-КоА.

3. Гуанидинфосфатная связь – присутствует в креатинфосфате, запасном макроэрге мышечной и нервной ткани.

4. Ацилфосфатная связь. К таким макроэргам относится метаболит гликолиза 1,3-дифосфоглицериновая кислота (1,3-дифосфоглицерат). Она обеспечивает синтез АТФ в реакции субстратного фосфорилирования.

5. Енолфосфатная связь. Представитель – фосфоенолпируват, метаболит гликолиза. Он также обеспечивает синтез АТФ в реакции субстратного фосфорилирования в гликолизе.

На рисунке представлены два способа изображения структуры АТФ . Аденозинмонофосфат (АМФ), аденозиндифосфат (АДФ) и аденозинтрифосфат (АТФ) относятся к классу соединений, называемых нуклеогидами. Молекула нук-леотида состоит из пятиуглеродного сахара, азотистого основания и фосфорной кислоты. В молекуле АМФ сахар представлен рибо-зой, а основание — аденином. В молекуле АДФ две фосфатные группы, а в молекуле АТФ — три.

Значение АТФ

При расщеплении АТФ на АДФ и неорганический фосфат (Фн) высвобождается энергия:

Реакция идет с поглощением воды , т. е. представляет собой гидролиз (в нашей статье мы много раз встречались с этим весьма распространенным типом биохимических реакций). Отщепившаяся от АТФ третья фосфатная группа остается в клетке в виде неорганического фосфата (Фн). Выход свободной энергии при этой реакции составляет 30,6 кДж на 1 моль АТФ.

Из АДФ и фосфата может быть вновь синтезирован АТФ, но для этого требуется затратить 30,6 кДж энергии на 1 моль вновь образованного АТФ.

В этой реакции , называемой реакцией конденсации, вода выделяется. Присоединение фосфата к АДФ называется реакцией фосфорилирования. Оба приведенных выше уравнения можно объединить:


Катализирует данную обратимую реакцию фермент, называемый АТФазой .

Всем клеткам, как уже было сказано, для выполнения их работы необходима энергия и для всех клеток любого организма источником этой энергии служит АТФ . Поэтому АТФ называют «универсальным носителем энергии» или «энергетической валютой» клеток. Подходящей аналогией служат электрические батарейки. Вспомните, для чего только мы их не используем. Мы можем получать с их помощью в одном случае свет, в другом звук, иногда механическое движение, а иногда нам нужна от них собственно электрическая энергия. Удобство батареек в том, что один и тот же источник энергии — батарейку — мы можем использовать для самых разных целей в зависимости от того, куда мы ее поместим. Эту же роль играет в клетках АТФ. Он поставляет энергию для таких различных процессов, как мышечное сокращение, передача нервных импульсов, активный транспорт веществ или синтез белков, и для всех прочих видов клеточной активности. Для этого он должен быть просто «подключен» к соответствующей части аппарата клетки.

Аналогию можно продолжить. Батарейки требуется сначала изготовить, а некоторые из них (аккумуляторные) так же, как и , можно перезарядить. При изготовлении батареек на фабрике в них должно быть заложено (и тем самым израсходовано фабрикой) определенное количество энергии. Для синтеза АТФ тоже требуется энергия; источником ее служит окисление органических веществ в процессе дыхания. Поскольку для фосфорилирования АДФ энергия высвобождается в процессе окисления, такое фосфорилирование называют окислительным. При фотосинтезе АТФ образуется за счет световой энергии. Этот процесс называют фотофос-форилированием (см. разд. 7.6.2). Есть в клетке и «фабрики», производящие большую часть АТФ. Это митохондрии; в них размешаются химические «сборочные линии», на которых образуется АТФ в процессе аэробного дыхания. Наконец, в клетке происходит и перезарядка разрядившихся «аккумуляторов»: после того как АТФ, высвободив заключенную в нем энергию, превратится в АДФ и Фн, он может быть вновь быстро синтезирован из АДФ и Фн за счет энергии, полученной в процессе дыхания от окисления новой порции органических веществ.

Количество АТФ в клетке в любой данный момент очень невелико. Поэтому в АТФ следует видеть только носителя энергии, а не ее депо. Для длительного хранения энергии служат такие вещества, как жиры или гликоген. Клетки весьма чувствительны к уровню АТФ. Как только скорость его использования возрастает, одновременно возрастает и скорость процесса дыхания, поддерживающего этот уровень.

Роль АТФ в качестве связующего звена между клеточным дыханием и процессами, идущими с потреблением энергии, видна из рисунка Схема эта выглядит простой, но она иллюстрирует очень важную закономерность.

Можно, таким образом, сказать, что в целом функция дыхания заключается в том, чтобы вырабатывать АТФ .


Суммируем вкратце сказанное выше.
1. Для синтеза АТФ из АДФ и неорганического фосфата требуется 30,6 кДж энергии на 1 моль АТФ.
2. АТФ присутствует во всех живых клетках и является, следовательно, универсальным носителем энергии. Другие носители энергии не используются. Это упрощает дело — необходимый клеточный аппарат может быть более простым и работать более эффективно и экономно.
3. АТФ легко доставляет энергию в любую часть клетки к любому нуждающемуся в энергии процессу.
4. АТФ быстро высвобождает энергию. Для этого требуется всего лишь одна реакция — гидролиз.
5. Скорость воспроизводства АТФ из АДФ и неорганического фосфата (скорость процесса дыхания) легко регулируется в соответствии с потребностями.
6. АТФ синтезируется во время дыхания за счет химической энергии, высвобождаемой при окислении таких органических веществ, как глюкоза, и во время фотосинтеза — за счет солнечной энергии. Образование АТФ из АДФ и неорганического фосфата называют реакцией фос-форилирования. Если энергию для фос-форилирования поставляет окисление, то говорят об окислительном фосфорилиро-вании (этот процесс протекает при дыхании), если же для фосфорилирования используется световая энергия, то процесс называют фотофосфорилированием (это имеет место при фотосинтезе).

Важнейшим веществом в клетках живых организмов является аденозинтрифосфорная кислота или аденозинтрифосфат. Если ввести аббревиатуру этого названия, то получим АТФ (англ. ATP). Это вещество относится к группе нуклеозидтрифосфатов и играет ведущую роль в процессах метаболизма в живых клетках, являясь для них незаменимым источником энергии.

Вконтакте

Одноклассники

Первооткрывателями АТФ стали учёные-биохимики гарвардской школы тропической медицины — Йеллапрагада Суббарао, Карл Ломан и Сайрус Фиске. Открытие произошло в 1929 году и стало главной вехой в биологии живых систем. Позднее, в 1941 году, немецким биохимиком Фрицем Липманом было установлено, что АТФ в клетках является основным переносчиком энергии.

Строение АТФ

Эта молекула имеет систематическое наименование, которое записывается так: 9-β-D-рибофуранозиладенин-5′-трифосфат, или 9-β-D-рибофуранозил-6-амино-пурин-5′-трифосфат. Какие соединения входят в состав АТФ? Химически она представляет собой трифосфорный эфир аденозина — производного аденина и рибозы . Это вещество образуется путём соединения аденина, являющегося пуриновым азотистым основанием, с 1′-углеродом рибозы при помощи β-N-гликозидной связи. К 5′-углероду рибозы затем последовательно присоединяются α-, β- и γ-молекулы фосфорной кислоты.

Таким образом, молекула АТФ содержит такие соединения, как аденин, рибозу и три остатка фосфорной кислоты. АТФ — это особое соединение, содержащее связи, при которых высвобождается большое количество энергии. Такие связи и вещества называются макроэргическими. Во время гидролиза этих связей молекулы АТФ происходит выделение количества энергии от 40 до 60 кДж/моль, при этом данный процесс сопровождается отщеплением одного или двух остатков фосфорной кислоты.

Вот как записываются эти химические реакции :

  • 1). АТФ + вода→АДФ + фосфорная кислота + энергия;
  • 2). АДФ + вода→АМФ + фосфорная кислота + энергия.

Энергия, высвобожденная в ходе указанных реакций, используется в дальнейших биохимических процессах, требующих определённых энергозатрат.

Роль АТФ в живом организме. Её функции

Какую функцию выполняет АТФ? Прежде всего, энергетическую. Как уже было выше сказано, основной ролью аденозинтрифосфата является энергообеспечение биохимических процессов в живом организме. Такая роль обусловлена тем, что благодаря наличию двух высокоэнергетических связей, АТФ выступает источником энергии для многих физиологических и биохимических процессов, требующих больших энергозатрат. Такими процессами являются все реакции синтеза сложных веществ в организме. Это, прежде всего, активный перенос молекул через клеточные мембраны, включая участие в создании межмембранного электрического потенциала, и осуществление сокращения мышц.

Кроме указанной, перечислим ещё несколько, не менее важных, функций АТФ , таких, как:

Как образуется АТФ в организме?

Синтез аденозинтрифосфорной кислоты идёт постоянно , т. к. энергия организму для нормальной жизнедеятельности нужна всегда. В каждый конкретный момент содержится совсем немного этого вещества — примерно 250 граммов, которые являются «неприкосновенным запасом» на «чёрный день». Во время болезни идёт интенсивный синтез этой кислоты, потому что требуется много энергии для работы иммунной и выделительной систем, а также системы терморегуляции организма, что необходимо для эффективной борьбы с начавшимся недугом.

В каких клетках АТФ больше всего? Это клетки мышечной и нервной тканей, поскольку в них наиболее интенсивно идут процессы энергообмена. И это очевидно, ведь мышцы участвуют в движении, требующем сокращения мышечных волокон, а нейроны передают электрические импульсы, без которых невозможна работа всех систем организма. Поэтому так важно для клетки поддерживать неизменный и высокий уровень аденозинтрифосфата.

Каким же образом в организме могут образовываться молекулы аденозинтрифосфата? Они образуются путём так называемого фосфорилирования АДФ (аденозиндифосфата) . Эта химическая реакция выглядит следующим образом:

АДФ + фосфорная кислота + энергия→АТФ + вода.

Фосфорилирование же АДФ происходит при участии таких катализаторов, как ферменты и свет, и осуществляется одним из трёх способов:

Как окислительное, так и субстратное фосфорилирование использует энергию веществ, окисляющихся в процессе такого синтеза.

Вывод

Аденозинтрифосфорная кислота — это наиболее часто обновляемое вещество в организме. Сколько в среднем живёт молекула аденозинтрифосфата? В теле человека, например, продолжительность её жизни составляет менее одной минуты, поэтому одна молекула такого вещества рождается и распадается до 3000 раз за сутки. Поразительно, но в течение дня человеческий организм синтезирует около 40 кг этого вещества! Настолько велики потребности в этом «внутреннем энергетике» для нас!

Весь цикл синтеза и дальнейшего использования АТФ в качестве энергетического топлива для процессов обмена веществ в организме живого существа представляет собой саму суть энергетического обмена в этом организме. Таким образом, аденозинтрифосфат является своего рода «батарейкой», обеспечивающей нормальную жизнедеятельность всех клеток живого организма.

Ошибка 404. Страница не найдена!

Уважаемые родители!

В нашей гимназии открыта запись в объединения дополнительного образования на новый 2021-2022 учебный год. Подробнее>>

ИЗМЕНЕНИЯ ПОДАЧИ ЗАЯВЛЕНИЙ НА СДАЧУ ОГЭ В 2021

Дубненские выпускники 9-х классов смогут подать заявление на сдачу основного государственного экзамена (далее-ОГЭ) дистанционно. Подробнее>>

Уважаемые учащиеся и родители!

Уважаемые родители!

В соответствии с Приказом Министерства просвещения Российской Федерации от 02.09.2020 № 458 «Об утверждении Порядка приема на обучение по образовательным программам начального общего, основного общего и среднего общего образования» информируем Вас об изменении сроков приема заявлений в первый класс на 2021-2022 учебный год.

  • Начало приема по закрепленной территории с 1 апреля по 30 июня.
  • Начало приема по незакрепленной территории с 6 июля по 5 сентября.
  • Уважаемые родители!

    Информируем вас о том, что записаться на «Родительский контроль» — проект по оценке качества питания в школах — в Подмосковье теперь можно в режиме онлайн. Сделать это можно на Школьном портале региона. Регистрация проходит быстро — вся процедура займет не более трех минут.

    — Нужно перейти во вкладку «Родительская»;
    — Перейти в раздел «Школьное питание»;
    — Выбрать желаемую дату и время;
    — Нажать кнопку «Записаться».
    Школа автоматически получит заявку и в назначенное время родителя будет ожидать классный руководитель или ответственный за питание.

    Проект «Билет в будущее»

    Билет в будущее» — это проект ранней профессиональной ориентации школьников 6−11 классов. 

    Кампания проекта проходит с июля по ноябрь 2020 года. Родителю и ребенку нужно пройти регистрацию на Платформе проекта по адресу https://bilet.worldskills.ru/, у каждого будет свой личный кабинет, в котором будут отражаться результаты участия.

    Инструкция для регистрации .pdf

    Подготовка к егэ

    Приказ №164 от 29.05.2020г. «Об организации подготовки к ЕГЭ в режиме онлайн в 2020г».pdf

    График консультаций ЕГЭ в режиме онлайн. pdf

    Приказ №166 от 29.05.2020 «О внесении изменений в приказ №142 от 29.04.2020 «Об организации сотрудников гимназии №11 с 01.06.2020 по 14.06.2020г.» .pdf

    внимание

    Приказ №151а от 12.05.2020 «О внесении изменений в приказ №142 от 29.04.2020 «Об организации сотрудников гимназии №11 с 06.04.2020 по 31.05.2020» .pdf

    Приказ №142 от 29.04.2020 «О внесении изменений в приказ №136 от 06.04.2020 «Об организации сотрудников гимназии №11 с 06.04.2020 по 30.04.2020» .pdf

    Северное инспекторское отделение Центра ГИМС ГУ МЧС России по Московской области информирует

    Сейчас на территории Подмосковья действует режим самоизоляции и покидать дома без острой необходимости запрещается, а прогулки у воды без присмотра взрослых могут стоить жизни. К сожалению, не все родители объясняют своим детям, что же означает этот режим, и к каким последствиям могут привести прогулки.

    Самоизоляция – это комплекс ограничительных мер для населения, которые вводит правительство на определенный срок для борьбы с распространением опасного заболевания.

    Граждан просят соблюдать режим: не выходить на улицу без острой необходимости, ограничить контакты с другими людьми и соблюдать все рекомендации по профилактике вирусных заболеваний, предложенные медицинским сообществом.

    Уважаемые родители и дети просим Вас не пользоваться береговой зоной водоемов и не нарушать режим самоизоляции.

    Берегите себя и своих близких!!!

    Приказ №136 от 06.04.2020 «Об организации работы сотрудников гимназии №11 с 06.04.2020г. по 30.04.2020г » .pdf

    Приказ №134 от 03.04.2020 «О переходе на обучение с использованием электронного обучения и дистанционных образовательных программ» .pdf

    Регламент организации дистанционного обучения в Гимназии №11

    Дорогие участники образовательного процесса, учащиеся, учителя, родители! Познакомьтесь с регламентом организации дистанционного обучения .pdf

    Изменения в Постановлении Губернатора Московской области

    Уважаемые родители и ученики! Согласно постановлению Губернатора Московской области №171-ПГ от 02.04.2020 образовательный процесс в Гимназии №11 с 06.04.2020 по 30.04.2020 будет осуществляться с использованием электронного обучения и дистанционных образовательных технологий .pdf

    О режиме повышенной готовности в гимназии №11

    20 марта на сайте гимназии опубликован приказ №122 » О введении режима повышенной готовности в гимназии №11″ .pdf

    меры профилактики гриппа и ОРВИ

    Уважаемые родители!
    Ежегодно в конце зимы и начале весны увеличивается число заболевших гриппом и ОРВИ. Давайте отнесемся к здоровью наших детей в этот период с особым вниманием. Узнать более подробно о мерах профилактики данных заболеваний:
    https://www.rospotrebnadzor.ru/about/info/news_time/news_details.php?ELEMENT_ID=13566 

    УВАЖАЕМЫЕ РОДИТЕЛИ! ПРИМИТЕ УЧАСТИЕ В ОПРОСЕ

    Родителям будущих первоклассников!

    График приема родителей: (приказ.pdf)
    1 февраля 2020г. — с 09.00 до 17.00 (обед 13.00-14.00)
    2 февраля 2020г. — с 09.00 до 17.00 (обед 13.00-14.00)
    с 03.02.2020 — 30.06.2020г. с  с 09.00 до 18.00 (обед 13.00-14.00) с понедельника по пятницу

    С 1 февраля 2020 года начинается прием заявлений от родителей (законных представителей) на зачисление детей в 1 класс 2020 – 2021  учебного года в электронном виде для граждан, проживающих на закрепленной территории, посредством Портала государственных и муниципальных услуг Московской области https://uslugi.mosreg.ru/.

    Подробнее по ссылке>>

    Учитель шахмат

    Департамент государственной политики в сфере общего образования Министерства Просвещения РФ информирует о проведении конкурса «Учитель шахмат», организатором которого является Общероссийская общественная организация «Федерация шахмат России». Заявки на участие в конкурсе принимаются до 15 апреля 2019 года.

    Показать/скрыть

    Форму заявки можно скачать по ссылке. Конкурсные материалы принимаются с 16 апреля до 30 июня 2019 года. Форму для прикрепления конкурсных материалов можно скачать здесь. Контактное лицо: руководитель проекта «Шахматный всеобуч России» Костьев Александр Николаевич, тел. 8(968)732-00-74, адрес электронной почты: [email protected]

    Урок мужества

    1 марта 2019 г. во всех классах школы пройдет Урок мужества. В этот день будет проходить торжественная церемония награждения детей-лауреатов Всероссийской общественной инициативы «Горячее сердце».

    Показать/скрыть

    Целью такого урока является формирование у школьников готовности к общественной полезной деятельности, преодолению сложных ситуаций в семье или ограничений здоровья.

    Лауреатами «Горячего сердца» являются дети, которые спасли людей при пожарах, помогли оказавшимся в беде или в сложной ситуации, участвовали в борьбе с распространением наркотиков, а также добились успеха в различных видах деятельности, несмотря на ограничения здоровья.
    Методические рекомендации

    Ребята и их родители!

    Приглашаем вас принять участие в увлекательных конкурсах! Зарегистрируйтесь  на сайте https://www.prav-pit.ru/, если есть вопросы, обращайтесь за помощью к координатору конкурса в гимназии №11социальному педагогу  Волковой Елене Ивановне.

    01.11.2018 – 15.06.2019

    Конкурс семейной фотографии. Участники конкурса должны подготовить семейный фотоплакат, демонстрирующий важность здорового образа жизни.
    15.10.2018 – 30.08.2019

    Фотоконкурс “Воспитываем здоровых и счастливых”. Участвуйте конкурсе и размещайте свои фотографии, рассказывающие о том, как в вашей семье воспитывают здоровых и счастливых!

    Авторы фотографий, за которых проголосует больше всего посетителей сайта, получат главный приз — 3 дневную экскурсионную поездку в Москву.

    ЕСИА Условия успешной авторизации на Школьном портале через ЕСИА (только для пользователей старше 14 лет)

    1.Наличие Подтверждённой учётной записиЕСИА (подробно о том, как и где подтвердить учётную запись ЕСИА, рассказано здесь)

    2.Наличие учётной записи в системе «Школьный портал»

    3.Совпадение ФИО и СНИЛС в учётных записях ЕСИА и системы «Школьный портал»

    ВНИМАНИЕ! В случае отсутствия СНИЛС в учетной записи необходимо выполнить связывание своих учетных записей вручную. Как это сделать: https://helpschool.mosreg.ru/hc/ru/articles/360001467547

    Уважаемые родители!
    Информацию о приеме в кружки и секции дополнительного образования на 2018/2019 уч.г. можно посмотреть в разделе Родителям

    Уважаемые учащиеся!

    Предлагаем вам ознакомиться с материалами и принять участие в VIII Всероссийском конкурсе социальной рекламы «Новый взгляд». Подробнее…

    Уважаемые учащиеся и родители!

    Министерство здравоохранения Московской области в рамках подготовки к Всемирному Дню сердца предлагает ознакомиться с видео-роликом о первых признаках инсульта «УДАР», а также на сайте службы медицинской профилактики Московской области пройти анкетирование и ознакомиться с полезной информацией о факторах риска развития инсульта.

    Молекула АТФ: что это такое, характеристики, функции и значение

    Когда мы говорим о молекулах, биологии и энергии, нам всегда приходит понятие, известное под названием АТФ. Это молекула, которая всегда появляется почти во всех биохимических реакциях живых существ. Не все знают, что такое АТФ и каковы его основные функции.

    Поэтому мы собираемся посвятить эту статью, чтобы рассказать вам обо всех характеристиках, функциях и важности АТФ.

    ключевые особенности

    Мы говорим о молекуле, которая участвует почти во всех биохимических реакциях живых существ. Химические реакции, такие как гликолиз, Цикл Кребса. Его неразлучная спутница — ADP. и он также играет важную роль во всех этих биохимических реакциях.

    Прежде всего, нужно знать, что такое АТФ. Это нуклеотид-аденозинтрифосфат, наиболее распространенный и универсальный промежуточный продукт, богатый энергией. Как видно из названия, он состоит из аденозиновой группы, которая, в свою очередь, состоит из аденина и рибозы, и трифосфатной группы. Основная характеристика заключается в том, что содержащиеся в нем фосфатные группы У АТФ есть три фосфатных единицы, которые электростатически отталкиваются друг от друга. Это потому, что атомы фосфора заряжены положительно, а атомы кислорода — отрицательно.

    Когда мы говорим об электростатическом отталкивании, мы имеем в виду, что они ведут себя так же, как когда мы хотим соединить два магнита двумя положительными полюсами или обоими отрицательными полюсами. Мы знаем, что противоположные полюса притягиваются, но как бы отталкиваются друг от друга.

     Функция и хранение АТФ

    Мы собираемся увидеть, какова основная функция АТФ в нашем организме и почему он так важен на нашей планете. Его основная функция — служат источником энергии почти во всех биохимических реакциях. Обычно все эти биохимические реакции необходимы для жизни и происходят внутри клетки. Благодаря этим биохимическим реакциям можно поддерживать активные функции клетки, такие как синтез ДНК и РНК, белков и перенос определенных молекул через клеточную мембрану.

    Когда мы идем в спортзал в первые секунды подъема плотин, именно АТФ дает нам для этого необходимую энергию. Когда упражнение длится более 10 секунд, мышечный гликоген отвечает за преодоление сопротивления, которое мы ему оказываем.

    Один из фундаментальных аспектов работы АТФ это знать, как он хранит энергию. Чтобы удерживать связи между фосфатами вместе в трифосфатной группе, требуется много энергии. В частности, на каждый моль АТФ необходимо 7.7 калорий свободной энергии. Это та же энергия, которая высвобождается при гидролизе АТФ в АДФ. Это означает, что он теряет фосфатную группу из-за действия воды и выделяется большое количество энергии.

    Мы собираемся вернуться к аналогии с магнитом, чтобы хорошо объяснить работу АТФ. Представим, что у нас есть два магнита, которые обращены своим положительным полюсом и соединены воском или клеем. Пока воск идеально твердый, магниты все еще прикреплены, хотя в исходном состоянии они должны отталкивать друг друга. Однако, если мы начнем нагревать воск, два магнита разорвут связь, которая удерживает их вместе, и разделят высвобождающуюся энергию. Таким образом, можно сказать, что энергия накапливается на тротуаре, который является связующим звеном между обоими магнитами.

    В случае этой молекулы энергия хранится в связях, которые удерживают молекулы фосфата вместе. Эти связи известны под названием пирофосфат. Другой способ называть эти связи — безводные или высокоэнергетические связи.

    Как АТФ отдает энергию

    Мы уже упоминали, что эта молекула является основной, отвечающей за снабжение организма энергией. Однако не все знают, как отдается эта энергия, чтобы ее можно было использовать в различных делах. Для этого АТФ отдает концевую фосфатную группу с высоким содержанием энергии группе акцепторных молекул, таких как сахара, аминокислоты и нуклеотиды. Когда фосфатный конец высвобождается, он превращается в аденозиндифосфат, то есть в АДФ. Это когда связывающая фосфатная группа высвобождается на молекуле акцептора. В этом процессе происходит перенос или фосфорилирование фосфатной группы, которое не следует путать с окислительным фосфорилированием, которое отвечает за образование молекулы.

    Фосфорилирование увеличивает уровень свободной энергии молекулы акцептора, и поэтому она может экзергонически реагировать в биохимических реакциях, которые катализируются ферментами. Ферменты отвечают за обеспечение максимально ускоренного функционирования биохимических реакций. Если изменение свободной энергии Гиббса отрицательно, реакция является экзэргонической. А именно, это изменение энергии от гидролиза или переноса фосфатной группы составляет -7.7 ккал. Молекула аденозинтрифосфата может выделять энергию путем гидролиза. В этом случае мы видим, как молекула воды отвечает за атаку одной из связей между фосфатными группами с образованием либо фосфатной группы, либо АДФ.

    Как это создается

    Давайте посмотрим, каковы основные шаги, с помощью которых создается АТФ, точка клеточного дыхания через электронную транспортную цепочку является основным источником создания. Это также происходит при фотосинтезе растений. Другая из форм или путей образования — во время гликолиза и во время цикла лимонной кислоты, также известного как цикл Кребса.

    Происходит образование АТФ фосфорилированием АДФ благодаря действию фосфата аргинина и фосфата креатина. Оба действуют как особые резервы химической энергии для более быстрого фосфорилирования. Это процесс, о котором мы упоминали выше, и известный как окислительное фосфорилирование. И креатин, и аргинин известны как фосфагены.

    Я надеюсь, что с этой информацией вы сможете больше узнать о молекуле АТФ и ее функциях.


    Аденозинтрифосфат (АТФ)

    Аденозинтрифосфат (АТФ)

    В состав молекулы аденозинтрифосфата (АТФ) входят:

    • аденин (относится к пуриновым основаниям),

    • рибоза (пятиуглеродный сахар, относится к пентозам),

    • три фосфатные группы (остатки фосфорной кислоты).

    АТФ подвержен гидролизу, при котором происходит отщепление концевых фосфатных групп, и выделяется энергия. Обычно отщепляется только конечный фосфат, реже второй. В обоих случаях количество энергии достаточно большое (около 40 кДж/моль). Если происходит отщепление третьей группы выделяется только около 13 кДж. Поэтому говорят, что в молекуле АТФ два последних фосфата связаны макроэргической (высокоэнергетической) связью, которую обозначают знаком «~». Таким образом, строение АТФ можно выразить формулой:

    Аденин – Рибоза – Ф ~ Ф ~ Ф

    При отщеплении от АТФ (аденозинтрифосфата) одного остатка фосфорной кислоты образуется АДФ (аденозиндифосфат). При отщеплении двух остатков — АМФ (аденозинмонофосфат).

    АТФ + H20 = АДФ + H3PO4 + энергия

    Главная функция аденозинтрифосфата в клетке заключаются в том, что он является для нее универсальной формой для запаса высвобождаемой при дыхании энергии, когда АДФ путем фосфорилирования превращается в АТФ. Такая универсальность позволяет всем процессам, идущим в клетке с поглощением энергии, иметь одинаковый «химический механизм» для приема энергии от АТФ. Мобильность АТФ позволяет доставлять энергию в любой участок клетки.

    АТФ образуется не только в процессе клеточного дыхания. Также он синтезируется в хлоропластах растений, в мышечных клетках с помощью креатинфосфата.

    Кроме энергетической роли аденозинтрифосфат выполняет ряд других функций. Он используется наряду с другими нуклеозидтрифосфатам (гуанозидтрифосфатом) как сырье при синтезе нуклеиновых кислот, входит в состав ряда ферментов и др.

    Синтез и распад АТФ в клетке происходит постоянно и в больших количествах.

    plustilino © 2019. All Rights Reserved

    АТФ — аденозинтрифосфорная кислота.

    Тема: АТФ – аденозинтрифосфорная кислота

    Цель: познакомиться с особенностями строения и функциями АТФ.

    Изучение нового материала

    АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) – сложное органическое соединение, содержащее две макроэргические (богатые энергией) связи.

    Представлена одним нуклеотидом, состоящим из азотистого основания аденина, углевода рибозы (пентоза) и (в отличие от нуклеотидов ДНК и РНК) трех остатков фосфорной кислоты.

    При отделении одного остатка фосфорной кислоты АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфорную кислоту), если отделяется еще один остаток фосфорной кислоты, то АДФ переходит в АМФ (аденозинмонофосфорную кислоту), что бывает крайне редко.

    АТФ→АДФ+Ф+Е

    АДФ→АМФ+Ф+Е

    Место отделившегося остатка фосфорной кислоты занимает молекула воды.

    Отделение каждого остатка фосфорной кислоты происходит с помощью ферментов, при этом выделяется 40 кДж (а при разрыве обычных ковалентных связей – около 12 кДж) энергии. Именно поэтому эти связи называют макроэргическими. В молекуле АТФ две макроэргические связи.

    При синтезе АТФ, наоборот, поглощается большое количество энергии. У всех организмов АТФ синтезируется на внутренней мембране митохондрий в процессе кислородного (III) этапа диссимиляции (катаболизма), поэтому их называют энергетическими станциями клетки.

    Молекулы АТФ, покидая митохондрии, попадают в гиалоплазму, участвуют в различных процессах жизнедеятельности клетки и возвращаются в виде АДФ и Ф.

    У зеленых растений, кроме митохондрий, АТФ синтезируется в хлоропластах в процессе световой стадии фотосинтеза (фотофосформирование).

    Во всех клетках АТФ аккумулирует энергию, которая расходуется по мере надобности там, где в клетке происходят процессы с затратой энергии.

    Наибольшее количество АТФ потребляет мышечная ткань.

    Закрепление

    Вопрос:

    Какие особенности строения определяют основную функцию АТФ?

    Обобщение

    Вывод: значение АТФ в жизни клетки велико, она играет центральную роль в клеточных превращениях энергии.

    Домашнее задание:

    Выучить конспект.

    Дополнительный материал

    АМФ – аденозинмонофосфорная кислота — входит в состав всех РНК.

    Остатки фосфорной кислоты отщепляются из состава АТФ под действием фермента АТФазы.

    Контрольная работа

    Тема: АТФ

    1. Какова структура молекулы АТФ?

    1) биополимер; 2) нуклеотид; 3) мономер.

    2. Какие соединения входят в состав АТФ?

    1) азотистое основание аденин; 2) углевод рибоза;

    3) три молекулы фосфорной кислоты; 4) глицерин; 5) аминокислота.

    3. В каких органеллах синтезируется АТФ в растительной клетке?

    1) рибосомы; 2) митохондрии; 3) хлоропласты.

    4. В каких органеллах синтезируется АТФ в животной клетке?

    1) рибосомы; 2) митохондрии; 3) хлоропласты.

    5. В результате какого процесса, происходящего в митохондриях, синтезируется АТФ?

    1) фотосинтез; 2) дыхание; 3) биосинтез белков.

    6. С каким процессом связан синтез АТФ в хлоропластах?

    1) световая фаза фотосинтеза; 2) темновая фаза фотосинтеза;

    3) биосинтез белков.

    7. Что служит источником энергии при синтезе АТФ в митохондриях?

    1) органические соединения; 2) теплота; 3) свет.

    8. Что служит источником энергии при синтезе АТФ в хлоропластах?

    1) органические соединения; 2) теплота; 3) свет.

    9. Где происходит синтез АТФ в митохондриях?

    1) на наружной мембране; 2) на кристах.

    10. Где происходит расщепление АТФ?

    1) на наружной мембране; 2) на кристах; 3) в цитоплазме.

    11. Сколько энергии заключено в АТФ?

    1) 40 кДж; 2) 80 кДж; 3) 0 кДж.

    12. Сколько энергии заключено в АДФ?

    1) 40 кДж; 2) 80 кДж; 3) 0 кДж.

    13. Сколько энергии заключено в АМФ?

    1) 40 кДж; 2) 80 кДж; 3) 0 кДж.

    Ответы:

    1-2

    2-1,2,3

    3-2,3

    4-2

    5-2

    6-1

    7-1

    8-3

    9-2

    10-3

    11-2

    12-1

    13-3

    За клеточным транспортом понаблюдали в режиме реального времени

    Simona Angerani et al. / Nature Communications, 2021

    Ученые пронаблюдали, как транспортная молекула кинезин, которая ответственна за перемещение молекул в клетке, передвигается по микротрубочкам – «дорожным путям» клетки. Это удалось благодаря тому, что разрабатываемый учеными молекулярный инструмент стал выполнять не те функции, которые от него ожидались. Вместо флуоресценции в ответ на клеточный окислительный стресс молекула-сенсор стала кристаллизоваться вслед за движением кинезина. Статья опубликована в Nature Communications

    Микротрубочки – полимерные структуры, которые играют роль дорожных путей в клетке. Двигательные молекулы (например, кинезины) связываются с микротрубочками и «шагают» по ним, стоит только грузу присоединиться к молекуле кинезина. В качестве источника энергии эти транспортные белки используют энергию разложения молекулы АТФ.

    Обычно кинезины «ходят» из центра клетки к периферии, но также могут переносить грузы от аппарата Гольджи к эндоплазматическому ретикулуму и обратно. При этом аппарат Гольджи считается одной из органелл, с которых начинается образование микротрубочек, наряду с центросомами.

    В целом у ученых уже есть способы подглядеть за моторными белками в клетках. Для этого, например, можно покрасить двигательные молекулы антителами к ним, или прикрепить к ним же флуоресцентные метки. Однако существующие методы позволяют помечать весь кинезин в клетке, независимо от того, активны ли молекулы прямо сейчас или нет. Учитывая, что одновременно в клетке активны только 30 процентов молекул кинезина, достаточно сложно изучать движение этих молекул в клетке имеющимися инструментами.

    Малые молекулы, которые могут издавать видимый сигнал (свечение), также используют для изучения различных процессов в клетках. Обычно такие системы показывают, где протекает реакция с участием того или иного заданного учеными фермента. Однако подобных красок для кинезина, который и сам является ферментом, до сих пор описано не было.

    Не стремились получить такую краску и ученые Женевского университета под руководством Николаса Винссингера (Nicolas Winssinger): исследователи хотели создать молекулу-сенсор, которая бы отражала окислительный стресс в клетках. Однако полученная молекула не реагировала на активные формы кислорода, зато образовывала протяженные кристаллы прямо внутри клеток. Заметив, что кристаллы подозрительно напоминают по форме клеточный скелет, авторы работы продолжили исследования. Эксперименты подтвердили их предположения: часть окрашенных микротрубочек находилась там же, где и кристаллы, которые расходились лучами от аппарата Гольджи.

    Сверху: реакция, в результате которой краска кристаллизуется. Снизу: кристаллы, которые обнаружили в клеткых ученые (слева) и их модель (справа).

    Simona Angerani et al. / Nature Communications, 2021

    Далее ученые выяснили, что самих по себе микротрубочек в пробирке недостаточно для того, чтобы их краска кристаллизовалась. Получалось, что изменения в ней вызывала какая-то ферментная активность, тесно связанная с микротрубочками – например, действие двигательных белков, расщепляющих АТФ.

    Ученые продолжили работу и выяснили, что скорость образования кристаллов в клетке и их размер зависят от активности кинезина-1 в клетке. В тех культурах, где клетки производили мутантный (неспособный шагать по микротрубочкам) двигательный белок, количество кристаллов уменьшилось на 87 процентов, и остаточная активность, скорее всего, связана с небольшим количеством обычного кинезина в клетке. Когда ученые подавляли выработку кинезина в клетках, кристаллы исчезали.

    Однако несмотря на то, что кинезины во время движения полагаются на энергию расщепления АТФ, в экспериментах вне клетки АТФ кинезину не понадобилась: краска все равно кристаллизовалась. Авторы работы сделали вывод, что кинезин может использовать разработанную ими флуорогенную краску как альтернативный субстрат, и в результате реакции и образуются флуоресцирующие кристаллы. Исследователи считают, что случайно полученный ими инструмент может помочь и дальше наблюдать за активностью двигательного белка в живых клетках. 

    Движение кинезинов по микротрубочкам интересует современных молекулярных биологов и химиков: механизм движения ученые уточнили не так давно. Сами же микротрубочки химики пробуют использовать в качестве молекулярных роботов, создавая из них управляемый рой, управлять которым помогает все тот же кинезин.

    Вера Сысоева

    1.7. АТФ и другие органические соединения клетки

    Вопрос 1. Какое строение имеет молекула АТФ?

    Молекула аденозинтрифосфорной кис­лоты (АТФ) по своей структуре напомина­ет один из нуклеотидов молекулы РНК. АТФ включает три компонента: аденин, пятиуглеродный сахар рибозу и три остат­ка фосфорной кислоты, соединенных между собой особыми макроэргическими связями. При разрыве макроэргической связи выделяется в четыре раза больше энергии, чем при расщеплении других хи­мических связей.

    Вопрос 2. Какую функцию выполняет АТФ?

    АТФ является универсальным источни­ком энергии для всех реакций, протекаю­щих в клетке. Энергия выделяется в слу­чае отделения от молекулы АТФ остатков фосфорной кислоты при разрыве макроэргических связей. Если отделяется один остаток фосфорной кислоты, то АТФ пере­ходит в АДФ (аденозиндифосфорную кис­лоту). При этом выделяется 40 кДж энер­гии. При отделении второго остатка фос­форной кислоты выделяется еще 40 кДж энергии, а АДФ переходит в АМФ (аденозинмонофосфат). Выделившаяся энергия используется клеткой.

    Вопрос 3. Какие связи называются макроэргическими?

    Макроэргическими называются свя­зи между остатками фосфорной кислоты, так как при их разрыве выделяется боль­шое количество энергии (в четыре раза больше, чем при расщеплении других хи­мических связей).

    Вопрос 4. Какую роль выполняют в организме витамины?

    Витамины — сложные биоорганические соединения различной химической при­роды. Большая часть витаминов поступа­ет в организм животных и человека с рас­тительной и животной пищей. Часть из них может синтезироваться самим орга­низмом. Некоторые витамины синтезиру­ются микрофлорой кишечника.

    Для нормальной жизнедеятельности организма витамины необходимы в ма­лых количествах, однако роль их в про­цессах обмена веществ чрезвычайно важ­на. Например, витамин D регулирует об­мен кальция и фосфора в организме человека, витамин К участвует в синтезе протромбина и способствует нормальной свертываемости крови.

    При отсутствии какого-либо витамина у человека наблюдается авитаминоз, при недостаточном поступлении в организм — гиповитаминоз. Витамины традиционно делят на жирорастворимые (A, D, Е и др.) и водорастворимые (С, РР, витамины груп­пы В).

    1.7. АТФ и другие органические соединения клетки

    3.5 (69.29%) 28 votes
    На этой странице искали :
    • какое строение имеет молекула АТФ
    • какие связи называются макроэргическими
    • какое строение имеет атф
    • какую функцию выполняет атф
    • АТФ и другие органические соединения клетки

    Сохрани к себе на стену!

    Структура решения сайта распознавания ATF-2 и его взаимодействие с пептидом ATF-2 | Исследование нуклеиновых кислот

    Аннотация

    Эффект связывания белков лейциновой молнии с сайтом узнавания ДНК является спорным. Результаты кристаллографии, гелевого и растворного методов привели к противоположным выводам о конформации ДНК в комплексе. Роль сайта связывания ДНК в процессе распознавания и в индукции гена, опосредованной факторами транскрипции, требует дальнейшего изучения.В этой статье самокомплементарный олигодезоксинуклеотид длиной 16 п.н. (CATGTGACGTCACATG) 2 , который содержит элемент ответа цАМФ, распознаваемый многочисленными факторами транскрипции семейства лейциновой молнии, был исследован на отсутствие белков и во взаимодействии с активирующим фактором транскрипции млекопитающих. 2. Процесс распознавания был исследован с помощью анализа кругового дихроизма, который выявил конформационные изменения как в ДНК, так и в белке при связывании. Структура раствора 16-мера, важная для определения эффектов, индуцируемых связыванием белков лейциновой молнии и внутренних свойств изгиба ДНК, была определена из данных ЯМР с использованием прямого уточнения по интенсивности NOE, анализа скалярных констант взаимодействия и ограниченных молекулярных свойств. расчеты динамики.Конечные структуры, начиная с форм A и B ДНК, соответствовали попарному среднеквадратическому отклонению (среднеквадратичное отклонение) 1,04 ± 0,3 Å (0,7 ± 0,2 Å к среднему) для всех атомов. Концевые пары оснований были определены хуже, а попарное отклонение 12 ядерных п.н. составило 0,83 ± 0,27 Å (0,55 ± 0,19 Å к среднему значению). Конечные конструкции относятся к семейству B со средним винтовой закруткой 36 ± 2 °. Не показано значительного внутреннего изгиба ДНК в регуляторном сайте активирующего фактора транскрипции.Однако есть существенные отклонения от канонической B-ДНК (среднеквадратичное значение = 3,6 Å) в ядре молекулы, связанные с относительно большими наклонами оснований.

    Введение

    Индукция прокариотических и эукариотических генов факторами транскрипции осуществляется путем связывания специфических активаторов транскрипции с регуляторным элементом cis , который сообщается с базальным аппаратом транскрипции в стартовом сайте транскрипции (1).На этой картине ДНК искажена из-за индуцированных белком изгибов, что позволяет сблизить удаленно расположенный регуляторный элемент и базальный аппарат транскрипции. Проверка этой общей гипотезы в некоторых случаях показала, что специфическая функция индуцированных белком изгибов в ДНК может быть обеспечена за счет индуцированных гетерологичным белком изгибов или внутренних (направленных на последовательность) элементов кривизны ДНК (2).

    Белок-индуцированное изгибание ДНК было исследовано для множества факторов транскрипции, включая членов семейства белков лейциновой молнии.Хотя было продемонстрировано, что некоторые регуляторы транскрипции, такие как активатор катаболита (CAP) Escherichia coli (3, 4) и белки-боксы группы высокой подвижности (HMG) (5, 6), способны сгибать свои ДНК-мишени. , существует некоторая неопределенность, индуцируют ли факторы транскрипции лейциновой молнии разные изгибы и ориентацию ДНК (см. ниже).

    Что касается комплексов лейциновая застежка-молния / ДНК, рентгеновские структуры GCN4 связаны с двумя разными сайтами узнавания [AP-1 и ATF (активирующий фактор транскрипции) / CREB] (7, 8) и гетеродимером Fos-Jun связанные с сайтом AP-1 (9), указывают на то, что конформация белка изменяется при связывании, тогда как конформация ДНК по существу находится в несвязанной конформации B.Это согласуется с данными о гетеродимере Fos-Jun в комплексе с целевым сайтом AP-1, полученными с помощью комбинации методов геля и раствора (10), но, по-видимому, противоречит некоторым результатам гель-электрофоретического анализа фазирования, которые предполагают, что ДНК (AP -1 сайт) загнут в комплекс с гетеродимером Fos-Jun и гомодимером Jun (11, 12). С другой стороны, результаты аномальной электрофоретической подвижности, наблюдаемые с GCN4 (13) и с Myc / Max (14), были интерпретированы как эффект формы комплекса, следствие мотива белка лейциновой застежки, а не изгиба ДНК, в согласие с результатами рентгеновского исследования.Похоже, что источником разногласий являются несоответствия и несоответствие используемых различных подходов, включая анализ циклической перестановки, фазовый анализ и тесты циклизации ДНК (15).

    Чтобы понять механизм процесса распознавания лейциновой молнии / ДНК, мы использовали различные методы растворения [гель-электрофорез, круговой дихроизм (КД), ЯМР и молекулярное моделирование; см. ниже], чтобы проанализировать взаимодействие и конформации как ДНК, так и белковых компонентов, чтобы можно было определить надлежащее сравнение эффектов образования конкретного комплекса.

    Октануклеотид 5′-TGACGTCA-3 ‘, идентифицированный как элемент ответа на цАМФ (CRE), является энхансером, который реагирует на повышение внутриклеточной концентрации цАМФ (16, 17). Высококонсервативный элемент CRE был обнаружен в регуляторных областях транскрипции большого количества эукариотических генов, таких как гены соматостатина, фибронектина, вазоактивного кишечного полипептида человека (VIP), α-субъединицы хорионического гонадотропина (α-ХГЧ) тирозингидроксилазы. , проэнкефалин человека, P-енолпируваткарбоксикиназа и гормон роста человека (HGh) (18) (см. обзоры 19, 20).Также было показано, что он придает чувствительность к E1a в нескольких генах аденовируса за счет взаимодействия с ATF-2 (21, 22).

    В этой статье гексадекамер d (CATG TGACGTCA CATG) 2 , содержащий консенсусную коровую последовательность CRE и фланкирующие области для ATF-2 (23), был исследован во взаимодействии с базовой областью — лейциновой застежкой-молнией ATF. -2 гомодимера по CD. Предварительные результаты (см. Ниже) показали, что помимо ожидаемого увеличения спирального содержания пептида, также наблюдается изменение КД ДНК в ближнем УФ-диапазоне при образовании специфического комплекса, как это наблюдалось для ответного элемента TPA ( TRE) и CRE, взаимодействующие с гомодимером Jun и гетеродимером Fos / Jun (24).Поскольку ДНК, по-видимому, претерпевает конформационные изменения при связывании ATF-2, важно определить структуру и конформацию ДНК в растворе.

    В данной статье структура раствора сайта связывания ATF была подробно исследована методами ЯМР и молекулярного моделирования. Следует отметить, что в литературе не сообщалось о структуре с высоким разрешением каких-либо сайтов связывания ДНК белка лейциновой молнии. Есть две причины для подробного изучения свободной ДНК.Во-первых, чтобы выяснить, существенно ли изменяется конформация при образовании комплекса и / или какие искажения происходят, поскольку для полного анализа необходимы конформационные изменения как белка, так и ДНК, чтобы оценить природу контактов ДНК / белок и обеспечить оценка свободной энергии процесса связывания. Второй связан с вопросом, что свободная ДНК может быть изогнутой по своей природе, как показал анализ циклизации ДНК сайта связывания ATF (10). В последнем случае факторам транскрипции лейциновой молнии может потребоваться эта структурная специфичность для распознавания ДНК и контакта.

    С другой стороны, если сайт связывания ДНК не изгибается в растворе, а также в комплексе с белками лейциновой молнии, это означает, что факторы транскрипции лейциновой молнии вызывают не различные изгибы и ориентацию ДНК, а внутренние свойства ДНК. вместе с вкладом других вовлеченных факторов может управлять сборкой инициирующих комплексов с различными структурными и функциональными свойствами.

    Материалы и методы

    Материалы

    Очищенный с помощью ВЭЖХ 16-мерный d (CATGTGACGTCACATG) 2 был приобретен у Oswel Research Products Ltd (Саутгемптон, Великобритания) и использован без дополнительной очистки.ДНК растворяли в водном буфере (5 мМ фосфат натрия, 100 мМ KCl, 0,01 мМ EDTA, pH 7) и отжигали при медленном охлаждении от 80 ° C. ДНК подвергали диализу против того же буфера в течение 2 дней и лиофилизировали. Образец повторно растворяли в 0,6 мл 2h3O или 0,6 мл 1H 2 O, содержащего 10% 2H 2 O. Конечная концентрация ДНК составляла 2,1 мМ в цепях.

    Основная область-лейциновая застежка ATF-2 (пептид из 55 аминокислот в мономерной форме) была синтезирована стандартными твердофазными методами и очищена с помощью ВЭЖХ на колонке с обращенной фазой (C18) с использованием градиента вода / ацетонитрил (0 .1% TFA). Затем пептид подвергали диализу против буфера (200 мМ KCl, 0,05 мМ EDTA, pH 7) и лиофилизировали. Концентрацию пептида определяли по УФ-поглощению при 279,6 нм, используя соответствующий коэффициент молярной экстинкции для одного остатка триптофана на мономер.

    Круговой дихроизм

    Спектры КД регистрировали на спектрополяриметре JASCO Model J-600 при 25 ° C. Все спектры представляли собой среднее значение пяти сканирований и были скорректированы по базовой линии и нормализованы по концентрации (то есть значения как для пептида, так и для ДНК равны выражается как молярная эллиптичность на остаток).Используемый буфер представлял собой 5 мМ фосфат натрия, 100 мМ KCl, pH 7, а длина клеточного пути составляла 1 и 10 мм.

    16-мерный (2 × 10-6 M дуплекс) и пептид ATF-2 (4 × 10-6 M гомодимер) сканировали в диапазонах длин волн 220–330 нм (ближний УФ) и 190–260 нм (дальний). УФ). За титрованием ДНК пептидом и титрованием пептида ДНК следили, считывая спектры в ближнем и дальнем УФ, соответственно.

    Электрофорез

    Эксперименты по электрофорезу проводили с использованием 20% полиакриламидных мини-гелей (Atto Corp) в трис-борат-ЭДТА, pH 8, при комнатной температуре (23 ° C).Гели предварительно подвергали электрофорезу в течение 20 мин перед загрузкой. Дуплекс ДНК (3,2 мкМ) растворяли в рабочем буфере с добавлением 25% глицерина, смешивали с возрастающими концентрациями пептида и инкубировали в течение 30 минут перед нанесением на гель. Следящий краситель (бромфеноловый синий) не смешивался с образцами, а запускался отдельно на самых удаленных дорожках. Гели работали при 120–200 В до тех пор, пока краситель не приблизился к концу геля. Образцы окрашивали бромидом этидия и визуализировали по флуоресценции интеркалированного красителя.

    Спектроскопия ЯМР

    Спектры ЯМР

    1 H записывали при 11,75 и 14,1 Тл на спектрометрах Varian UnityPlus и Varian Unity соответственно. 2,2-Диметил-2-силапентан-5-сульфонат (DSS) использовали для внутреннего химического сравнения сдвига.

    Спектры NOESY в 2H 2 O были записаны при 25, 40 и 50 ° C с использованием метода States et al. (25), со временем смешивания 30, 50, 100, 250 и 300 мс, и временем сбора данных 0.06 и 0,7 с для т 1 и т 2 соответственно. До преобразования Фурье затухания свободной индукции заполнялись нулями до 8192 или 16 384 точек в t2 и 2048 точек в t1 и умножались на несмещенную гауссову весовую функцию в обоих измерениях.

    Управляемые эксперименты по усеченному NOE (26) в 2H 2 O были записаны с восемью временами облучения от 30 до 500 мс при 25 ° C и от 50 до 600 мс при 40 ° C. Эффективное время корреляции вращения дуплекса определяли из константы кросс-релаксации каждого вектора C (H6-H5) при 25 и 40 ° C, как описано ранее (27–29).

    Спектры в 1H 2 O регистрировали при 4 и 10 ° C с использованием последовательности импульсов градиента Уотергейта (30) для подавления сигнала растворителя. Спектры NOESY были получены при 14,1 Тл со временем смешивания 50 и 250 мс при 4 ° C и 75 и 300 мс при 10 ° C. Типичное время сбора данных составляло 0,05 и 0,4 с для т 1 и т 2 соответственно. Матрицы данных были аподизированы с использованием функции Гаусса без сдвига и заполнены нулями, чтобы получить матрицу из 16 384 или 8192 на 2048 комплексных точек.

    31 P Спектры ЯМР записывали при 9,4 Тл на спектрометре Bruker AM400, используя метилендифосфонат в качестве внешнего эталона химического сдвига. Обнаруженный протонами спектр корреляции гетероядерного сдвига регистрировали при 40 ° C с использованием метода, описанного Sklenar et al. (31). Пределы констант взаимодействия 1H-31P были оценены с использованием моделирования и наблюдаемых противофазных расщеплений в F2.

    Молекулярное моделирование и уточнение структуры

    Ограничители.Объемы кросс-пиков ЯМР определяли, как описано ранее (32), и нормировали на объем кросс-пика C (H6-H5). Объемы были независимо подтверждены с использованием процедур интеграции в FELIX 2.30 (Biosym, Сан-Диего).

    Конформации нуклеотидов анализировали в соответствии с моделью двух состояний, то есть P (S), χ (S) и P (N), χ (N), с использованием программы NUCFIT (33). Затем рассчитывали внутринуклеотидные расстояния для основной конформации, полученной из наиболее подходящих растворов. Двугранные углы χ, лучше всего определенные данными, были ограничены до ± 10 °, тогда как те, которые определялись с использованием меньшего количества внутринуклеотидных NOE, были ограничены до ± 20 °.Конформации сахара ограничивались расстояниями h2′-h5 ‘и h3′-h5’, определенными по интенсивности NOE или рассчитанными на основе значений P (S), полученных из констант взаимодействия, как сообщалось ранее (34). В некоторых расчетах конформация сахара также ограничивалась углом позвоночника δ (C5′-C4′-C3′-O3 ′), который рассчитывался из P (фазовый угол псевдовращения) и φm (максимальная амплитуда) (35). Угол γ остова был определен из измерений Σ4 ′ в спектрах DQF-COSY и ширины на полувысоте резонансов h5 ′, взятых из сечений NOESY (из h2 ′ и h3 ′ ′), и сравнения интенсивностей NOESY для базового к H57H5 ′ ′ взаимодействиям.Для всех остатков, кроме концевых, γ был ограничен до 0–100 °, как определено по Σ4 ‘(и см. Ниже).

    Тяжелые атомы, участвующие в спаривании оснований Уотсона-Крика, удерживались в соответствии со стандартными расстояниями (2,8–3,25 Å) (36) на основе спектров ЯМР обмениваемых протонов. Кроме того, ограничения расстояния для AC2H-TN3H, CN4H-GN1H также были предоставлены на основе наблюдений интенсивных NOE для этих пар протонов [2,2–3,2 Å для AC2H-TN3H, 2,5–4,0 Å для GN1H-CN4H (2) и 3.0–4,5 Å для GN1H-CN4H (1)].

    Расчеты молекулярной динамики (МД). Все расчеты MD были выполнены на рабочей станции Silicon Graphics Iris IndigoII с использованием Discover 2.9 (Biosym, San Diego). Расчеты структуры проводились с использованием силового поля Янтаря, начиная с различных начальных координат для дуплекса d (CATGTGACGTCACATG) 2 , включая стандартную B-ДНК, стандартную A-ДНК и координаты, полученные после короткого (3 пс) запуска в свободной динамике. из B-ДНК.Растворитель и противоионы не учитывались в расчетах, но их эффекты были смоделированы с использованием зависящей от расстояния диэлектрической проницаемости с ε = r ij для стадий молекулярной механики (MM) и MD. Дополнительные расчеты были выполнены без электростатики, чтобы оценить относительную важность экспериментальных ограничений и силового поля.

    Протокол, используемый для уточнения структуры, состоял из следующих этапов: (i) 1000 шагов минимизации сопряженного градиента, (ii) MD с нагревом до 300 K в течение 30 пс (временной шаг 1 фс), (iii) 200 пс MD (время 1 фс) шаг) с подключением к термостату при 300 К, отбор проб с интервалами 20 фс и (iv) 1000 шагов минимизации сопряженного градиента.После повторения этапов (i), (ii), (iii) и (iv) уточнение завершилось со среднеквадратичным градиентом <0,05 ккал / моль / Å. Расчеты, начиная с 1000 К, сходятся к тому же минимуму. Мягкие ограничения применялись на протяжении всего уточнения для всех нуклеотидов с силовыми константами (40 ккал / моль / Å2 для расстояний и 40 ккал / моль / рад2 для кручений). Когда использовались исходные координаты стандартной A-ДНК, протокол уточнения структуры использовал дополнительные 1000 шагов минимизации сопряженного градиента перед шагом (i), применяя ограничения, но не полное силовое поле (масштабирование торсионного, несвязанного и кулоновского взаимодействия до 0.05).

    Структуры анализировали с помощью Insight II (Biosym, Сан-Диего).

    Результаты

    Взаимодействие пептида ATF-2 с сайтом-мишенью

    Круговой дихроизм. Спектры КД нуклеиновых кислот обеспечивают общий обзор природы укладки оснований внутри спирали. Спектры КД d (CATGTGACGTCACATG) 2, записанные в диапазоне длин волн 220–330 нм, характерны для B-ДНК (рис. 1 A) (37). На рис. 1А показаны две точки титрования 16-мера пептидом ATF-2, соответствующие 1: 0.5 и 1: 1 концентрации ДНК (дуплекс) / пептида (гомодимера). Эффект специфического связывания пептида с центральными 8 п.н. (CRE) ДНК представляет собой общее изменение структуры стэкинга оснований в CRE (рис. 1 A), на что указывает небольшой сдвиг спектров ДНК в сторону меньшая длина волны и увеличение положительного сигнала. Поскольку пептид не имеет значимого сигнала CD в ближнем УФ-диапазоне, как показано на рисунке 1А, изменения в профиле CD ДНК подразумевают конформационные изменения CRE при связывании ATF-2.Это поведение качественно похоже на поведение последовательностей TRE и CRE, связанных с гомодимером Jun и гетеродимером Fos / Jun (24).

    Дальний УФ-спектр КД пептида ATF-2 в использованных экспериментальных условиях (материалы и методы) показывает, что область белка (~ 30% гомодимера), вероятно, домен димеризации, является а-спиральной (минимум при ∼220 и 208 нм, максимум на 193 нм), тогда как основная область выглядит как подвижный гибкий сегмент, свернутый в рыхлую спираль в растворе.Это согласуется с данными, полученными для других пептидов основной области лейциновой молнии в аналогичных условиях (38, 39). Молярная эллиптичность пептида ATF-2 увеличивается при связывании ДНК, как показано на рисунке 1B, что указывает на существенное увеличение содержания α-спирали в белке. Согласно расчетной подгонке, объединяющей идеальную α-спираль и спектры случайных клубков полилизина, количество α-спирали в комплексе составляет ~ 70%. У 16-мера мало CD в этой области (рис. 1В), так что эффект обусловлен изменением структуры пептида, что согласуется с данными, полученными для других белков лейциновой молнии (24, 38, 39).

    Анализ титрования, проведенный при микромолярных концентрациях, соответствует ожидаемой стехиометрии дуплекса ДНК 1: 1 / гомодимера ATF-2. Это указывает на то, что K d (константа диссоциации) комплекса составляет << 1 мкМ. Изменения сигнала CD были полностью обратимы.

    Из-за наблюдаемых изменений конформации как ДНК, так и пептида при образовании специфического комплекса необходимо определить структуру обоих компонентов в растворе, а также в комплексе.

    Рисунок 1

    (A) Спектр КД сайта связывания ATF и его титрование пептидом ATF-2, как описано в тексте, длина клеточного пути 1 мм, 25 ° C. (B) Спектр КД пептида ATF-2 и его титрование с участком связывания ДНК, длина клеточного пути 10 мм, 25 ° C.

    Рисунок 1

    (A) Спектр CD сайта связывания ATF и его титрование пептидом ATF-2, как описано в тексте, длина клеточного пути 1 мм, 25 ° C. (B) Спектр КД пептида ATF-2 и его титрование с участком связывания ДНК, длина клеточного пути 10 мм, 25 ° C.

    Электрофорез. Сдвиги полос ДНК выполняли, как описано в разделе «Материалы и методы». При увеличении концентрации ATF-2 интенсивность полосы свободной ДНК уменьшалась, и одновременно появлялась новая полоса с относительной подвижностью 1:10 (данные не показаны). Полоса свободной ДНК исчезла при соотношении пептид (мономер): ДНК (дуплекс) ~ 2: 1, что указывает на то, что задержанная полоса соответствует 1 димеру ATF-2 к 1 дуплексу ДНК.Даже при концентрации пептида, значительно превышающей ДНК, дополнительных полос не наблюдалось. Кроме того, задержанная полоса была резкой и, по-видимому, образовывала комплексы с ДНК, по существу, стехиометрически, что указывает на то, что в этих условиях константа диссоциации составляет << 1 мкМ, что согласуется с данными CD. Эксперименты, проведенные со смешанными последовательностями ДНК (в которых использовались варианты локальной последовательности 16-мерного), не показали никаких доказательств связывания с пептидом ATF-2 (данные не показаны).

    Спектроскопия ЯМР

    Отнесение незаменяемых и обменных протонов. Все незаменяемые протоны d (CATGTGACGTCACATG) 2 , кроме H57H5 ′ ′, были отнесены к 25, 40 и 50 ° C после хорошо определенных связей (40, 41) в NOESY (ядерная спектроскопия с усилением Оверхаузера), TOCSY (полная корреляционная спектроскопия) и DQF-COSY (корреляционная спектроскопия с двойным квантовым фильтром). На рис. 2А показан участок типичного спектра NOESY, показывающий области оснований-h2 ‘, -H5 и -h4’ и последовательные связи между основными протонами и h2 ‘и h4’.h3 ′ и h3 ′ ′ различались как по относительной интенсивности кросс-пиков h2 ′ -h3 ′ и h2 ′ -h3 ′ ′ в спектрах NOESY за короткое время смешивания (h3 ′ ′ дает более интенсивный пик), так и по результатам анализа. тонкой структуры этих пиков в DQF-COSY, как подробно описано в другом месте (34).

    Протоны аденина C2 были отнесены из очень слабого кросс-пика внутри остатка к h2 ‘и слабых последовательных и перекрестно-цепочечных NOE к h2′ соседних 3’-нуклеотидов в 300 мс спектрах NOESY (где разрешено).Отнесение AC2H-резонансов было подтверждено сильными кросс-пиками NOE к N3H спаренного по основанию T в спектрах NOESY 1h3O (см. Ниже).

    Имино- и аминопротоны были отнесены к спектрам NOESY, записанным в 1h3O. При 4 и 10 ° C все ожидаемые восемь иминопротонов наблюдались в спектральной области между 13,73 и 12,41 ppm, что согласуется с 2-кратной симметрией сайта узнавания ATF-2. Конечный G16N1H и все имино-протоны TN3H и GN1H могут быть однозначно отнесены к характерным химическим сдвигам, поведению и связям NOE (41).

    Аминопротоны были отнесены (где это возможно) из NOE к имино-протону спаренного основания (41). Назначение проверяли, наблюдая очень интенсивный внутриамино NOE. Аминопротоны всех остатков цитозина могут быть однозначно отнесены. Широкий концевой иминопротон C1-G16 не обнаруживал NOE для аминопротонов C1, но можно было отнести последние протоны по наличию кросс-пиков между ними и H5 того же остатка в спектрах NOESY.Отнесение аминопротонов A и G затруднено из-за обменного расширения резонансов за счет вращения вокруг связи C-N, и только аминопротоны A14 могут быть идентифицированы с уверенностью. Аминопротоны, соответствующие протонам А2 и А12, могли быть предварительно отнесены, но некоторая неоднозначность оставалась из-за отсутствия NOE между протонами аминогруппы А12 и спектрального перекрытия. Ни аминопротоны A7, ни протоны любого из остатков G не могут быть отнесены.

    Время корреляции вращения. Эффективное время корреляции вращения дуплекса определяли по кривым наращивания NOE для протонов цитозина H6-H5, как описано в разделе «Материалы и методы»; Среднее время корреляции составляло 6,1 ± 0,2 нс при 25 ° C и 3,65 ± 0,2 нс при 40 ° C. Это время корреляции относится к вектору, перпендикулярному оси спирали, и содержит вклады времен корреляции для вращения вокруг длинной и короткой осей. Для дуплекса ДНК длиной 16 п.н. в конформации B (см. Ниже) осевое отношение составляет ∼2.6. Время корреляции для переворачивания «конец за концом» может быть затем рассчитано как примерно в 1,6 раза больше, чем измеренное значение цитозиновых векторов (28). Следовательно, время корреляции для движения длинной оси составляет ~ 9,8 нс при 25 ° C и 5,8 нс при 40 ° C. Влияние этой анизотропии на NOE учитывается в NUCFIT (33).

    Раствор конформации d (CATGTGACGTCACATG) 2 Спектры ЯМР 1H d (CATGTGACGTCACATG) 2 показали только один набор резонансов, указывающих на то, что 16-мер в среднем симметричен в растворе.Конформации сахаров ранее были описаны в терминах двухуровневого равновесия между состояниями S и N с использованием комбинации скалярных связей, интенсивностей NOE и метода спектрального моделирования. Все сахара были не менее 65% в S-конформации и в среднем 88% для нетерминальных остатков, со значениями P (S) в диапазоне 138–166 ° (34) (Таблица 1). Гликозидные торсионные углы были определены из зависящих от времени NOE, предполагая двухуровневое равновесие, в котором NOE выражаются как линейная комбинация двух состояний, а именно χ (S) P (S) и χ (N) P (N).Поскольку мольная доля состояния N была низкой, конформация этого состояния поддерживалась фиксированной при χ (N) P (N) = -160 °, 9 °. Параметры, которые описывают состояние S, затем были найдены методом нелинейной регрессии по экспериментальным данным (33, 42) с использованием нескольких различных начальных значений для P (S) и f s , выбранных рядом со значениями, рассчитанными из констант связи и различные значения χ (S). Эта процедура аналогична так называемому прямому уточнению (43, 44). Гликозидные торсионные углы [χ (S)] для всех нетерминальных остатков были найдены в диапазоне от -110 до -129 ° (± 10 ° / 20 °) (таблица 1) как при 25, так и при 40 ° C.

    Рисунок 2

    ( A ) Спектр NOESY d (CATGTGACGTCACATG) 2 в 2H 2 О. Спектр был записан при 14,1 Тл и 25 ° C со временем смешивания 300 мс. Время захвата составляло 0,06 и 0,7 с для т 1 и т 2 соответственно. Матрица данных была аподизирована с использованием смещенной гауссовой весовой функции и заполнена нулями до 8192 на 2048 комплексных точек. Показаны межпротонные связи H8 / H6 с h2 ′ и h4 ′. (В) Конструкции гексадекамеры ATF-2. Десять наложенных друг на друга структур показаны в стерео.

    Рисунок 2

    ( A ) Спектр NOESY d (CATGTGACGTCACATG) 2 в 2H 2 О. Спектр был записан при 14,1 Тл и 25 ° C со временем смешивания 300 мс. Время захвата составляло 0,06 и 0,7 с для т 1 и т 2 соответственно. Матрица данных была аподизирована с использованием смещенной гауссовой весовой функции и заполнена нулями до 8192 на 2048 комплексных точек.Показаны межпротонные связи H8 / H6 с h2 ′ и h4 ′. (В) Конструкции гексадекамеры ATF-2. Десять наложенных друг на друга структур показаны в стерео.

    Конформация нуклеотидов также частично описывается двугранным углом γ (O5 ‘-C5’ -C4 ‘-C3’) (45). Ротамер g + можно легко отличить от ротамеров g или t, потому что в состоянии g + связи J4 ‘5’ и J4 ‘5’ ‘малы (~ 3 Гц), тогда как одна связь большая ( ∼ 12 Гц) в двух других ротамерах.Значение суммы констант связи Σ4 ′ (= 3J3 ′ 4 ′ + 3J4 ′ 5 ′ + 3J4 ′ 5 ′ ′ + 4J4 ′ P), взятой из поперечного сечения через перекрестный пик h4′-h5 ′ DQF -Спектры COSY предоставляют информацию о размере сцеплений 3 J 4′5 ′ и 3J4 ′ 5 ′ ′, поскольку значение 3J3 ′ 4 ′ известно из анализа конформации сахара (34), а верхний предел до 4 Дж 4’p может быть получен из эксперимента по гетероядерной корреляции PH. Мы обнаружили, что эта связь обычно мала (см. Ниже).Для d (CATGTGACGTCACATG) 2 все значения Σ4 ′, взятые из DQF-COSY при 50 ° C, были обнаружены в диапазоне 6,5–7,5 Гц (данные не показаны), за исключением C1, где Σ4 ′ = 12 Гц. Даже с учетом неточности оценок 4J (PH), это небольшое значение согласуется только с g + ротамером (0–100 °). Очевидно, что этот метод не позволяет точно определить угол γ, поскольку на 2V, взятые из поперечного сечения h4′-h5 ′ DQF-COSY, влияют ошибки, зависящие от ширины линии. Моделирование спектров DQF-COSY с помощью программы Gamma (46) показало, что для найденного диапазона ширин линий гексадекамера (34) величина Σ4 ′ занижена для ротамера g + , но завышена для ротамеров g- и t , так что значение ∼7.0 Гц однозначно определяет ротамер g + . Σ4 ′ также определялась косвенно путем оценки ширины на полувысоте резонансов h5 ′, которая содержит сумму констант связи и ширины линии h5 ′. Спектральное перекрытие препятствовало измерению ширины резонанса по одномерным спектрам; измерения проводились по поперечным сечениям через h2 ‘и h3’ в спектрах NOESY, записанных со временем смешивания 300 мс при 25, 40 и 50 ° C (не показаны). Эти оценки хорошо согласуются со значениями, полученными с помощью DQF-COSY.Кроме того, внутринуклеотидные NOE H5 ‘/ H5’ ‘соответствовали также ротамеру g + (47). Эта информация позволила удержать все γ в диапазоне 0–100 ° (кроме C1 и G16). Значения P (S), χ (S) и γ типичны для нуклеотидов в конформации B, что подтверждается наблюдаемыми интенсивностями межнуклеотидных NOE, в частности последовательными h3 ′ (i) — H8 / H6 (i + 1 ) НЕТ. Таким образом, были определены параметры, которые описывают S-состояние, из которых могут быть получены точные ограничения для нуклеотидных конформаций.

    Таблица 1

    Конформационный анализ для d (CATGTGACGTCACATG) 2

    Таблица 1

    Конформационный анализ для d (CATGTGACGTCACATG) 2

    Спектр ЯМР 31 P (не показан) имел дисперсию 0,52 ppm (не показан) , что типично для B-ДНК, у которой все углы остова находятся в обычных ротамерных состояниях (48). Эксперимент по гетероядерной корреляции PH был слишком переполнен, чтобы дать полное определение фосфатных резонансов.Однако не было никаких доказательств в кросс-пиках h4′-P для констант связи> 5-6 Гц, согласующихся с ε в обычном диапазоне для конформации BI.

    Ограничения расстояния для межнуклеотидных расстояний и расстояний между цепями были получены из кривых нарастания NOE. Из-за возможных эффектов конформационного усреднения на уровне нуклеотидов, эти расстояния были относительно свободно классифицированы следующим образом: (0–2,6, 2,6–3,5, 3,0–5,0 Å). В расчетах использовалось 430 ограничений, в том числе 164 внутринуклеотидных расстояния, 92 торсионных угла (включая χ, δ и γ), 172 межнуклеотидных последовательных расстояния, 48 расстояний между цепями (включая AC2H и CH5) и 40 ограничений расстояния H-связей.Использовались только конформационно-чувствительные ограничения расстояния. В некоторых расчетах мы также предоставили свободные ограничения для основных ротамеров относительно двугранных углов ε (−187 ° ± 50 °) и β (180 ° ± 50 °) на основе спектров ЯМР 31 P (см. Выше).

    Расчеты были начаты с различных конформаций внутри семейства B, а также с конформации A. За исключением терминальных пар оснований, которые относительно плохо ограничиваются данными, все окончательные структуры очень похожи, как показано статистикой в ​​таблице 2.Таким образом, структуры, полученные из различных исходных конформаций A и B, уточнены до попарного среднеквадратичного отклонения (среднеквадратичное отклонение) 1,04 ± 0,3 Å для всех атомов (0,7 ± 0,2 Å к средней структуре). Если игнорировать клемму 2 bp, попарное среднеквадратичное значение. между ядрами 12 п.н. падает до 0,83 ± 0,27 Å (0,55 ± 0,19 Å к среднему). Это указывает на то, что центральная часть дуплекса, включая весь консенсусный сайт узнавания, относительно хорошо определена. Концевые пары оснований подвержены истиранию (см. Выше), а также имеют более низкую плотность ограничений, чем основные нуклеотиды.Качество конструкций зависит как от характера, так и от количества ограничений. Таким образом, если используются только 338 расстояний (без кручения), попарное среднеквадратичное значение. значения ∼1.9 Å для всех атомов. Для этих структур был обнаружен значительный разброс угла хребта γ. Ограничение g оказало существенное влияние на общую сходимость, что привело к типичному парному среднеквадратичному значению. значение ∼1,2 Å. Добавление дополнительных торсионных ограничений для δ и χ имело небольшой эффект, в основном потому, что конформации нуклеотидов задаются жесткими ограничениями на расстояние между остатками, полученными в результате подробного анализа динамики NOE и констант связи.Таким образом, эти торсионные ограничения предоставляют избыточную информацию. Наконец, добавление свободных ограничений для кручений β и ε оказало очень небольшое влияние на определение структуры, предполагая, что для B-подобных дуплексов нет значительной силы, чтобы изменить эти кручения по сравнению со значениями, присутствующими в исходных структурах (которые находятся в местный минимум энергии). Нарушений углов кручения> 1,5 °, из которых было 2, не было и нарушений расстояний> 0,1 Å. 10 лучших структур имели общую энергию в пределах 10 ккал / моль, а энергия структур была меньше -987 ккал / моль.

    В расчетах, в которых не учитывался электростатический вклад в силовое поле, были получены глобально похожие структуры, но с большим разбросом, особенно для концевых 2 п.о., и для положений фосфата. Попарное среднеквадратичное значение значение для ядра 12 п.н. составило 1,6 ± 0,1 Å (1,1 ± 0,1 Å в среднем). Попарное среднеквадратичное значение для структур с электростатикой и без нее — 3,35 ± 0,2 Å. Таким образом, учитывая неопределенность в правильном рассмотрении электростатических свойств ДНК, положения фосфатов нельзя считать хорошо определенными данными ЯМР в отсутствие относительно жестких, явных экспериментальных ограничений, что согласуется с выводами Gonzalez et al. (49). Применяемые здесь свободные ограничения на b и e обладают относительно слабой сдерживающей способностью. Значительно более точные значения этих торсионных углов, например, из гетероядерных экспериментов с меченой ДНК (50), потребуются для более точного определения конформации остова.

    Таблица 2

    Статистика расчета структуры rMD

    Таблица 2

    Статистика расчета структуры rMD

    Обсуждение

    Взаимодействие d (CATGTGACGTCACATG) 2 с гомодимером ATF-2 основной области лейциновой молнии было исследовано в растворе с помощью анализа CD, который показал, что процесс распознавания подразумевает конформационные изменения как для белка, так и для ДНК.Как сообщалось для других белков лейциновой молнии, основная область пептида сворачивается в α-спираль при связывании ДНК. Данные КД в ближнем УФ-диапазоне на ДНК показывают конформационное изменение при связывании с белком, обнаруживаемое общим изменением структуры укладки оснований в последовательности CRE. Идентификация и анализ конформационных изменений ДНК требуют структурного анализа участка узнавания ДНК, свободного от белка, чтобы можно было провести надлежащее сравнение с конформацией ДНК в комплексе.

    Конечные структуры, показанные на рисунке 2B, ясно демонстрируют, что сайт связывания ATF находится в семействе конформаций B, но значительно отличается от канонической структуры B (rmsd = 3,6 Å), а также от энергии B-ДНК, минимизированной без экспериментальных исследований. ограничения (среднеквадратичное значение = 2,9 Å). Это указывает на то, что экспериментальные ограничения определяют структуру, и подразумевает, что для получения подробной и точной картины процесса распознавания, а также для установления эффекта связывания белков лейциновой молнии было бы неверно предположить, что конформация сайта узнавания ДНК является просто стандартной B (каноническая структура и / или энергия минимизированы без экспериментальных ограничений).

    Среднеквадратичное значение значения окончательных структур, особенно если рассматривать только ядро ​​молекулы, указывают на достаточно хорошо определенную структуру. Аналогичные результаты были получены для меньших фрагментов ДНК (51), и оказывается, что хорошо определенные структуры (за исключением остова) могут быть также получены для длинных дуплексов, где биологически интересная последовательность может быть изучена без влияния концевых эффектов. .

    Количество независимых ограничений было относительно небольшим.Однако путем соответствующей подгонки модели, по крайней мере, существенные части молекулы могут быть определены с высокой точностью (т.е. нуклеотидные конформации), тогда как, поскольку существует относительно меньше межнуклеотидных и кросс-цепочечных NOE и больше параметров для определения на динуклеотид, вряд ли удивительно, что параметры основной цепи менее точно определены с данными, которые реально могут быть получены гомоядерными методами.

    В этих структурах мы учли конформационное усреднение в нуклеотидах в контексте простого конформационного равновесия с двумя состояниями, которое подтверждается обширными данными NOE и скалярного сцепления.Этой модели достаточно, чтобы учесть все эти данные, но она может быть упрощением (52). Из-за гораздо меньшего количества экспериментальных данных, доступных для межнуклеотидных взаимодействий, и большего числа степеней свободы, мы решили использовать довольно свободные межнуклеотидные ограничения. Это приводит к относительно плохому определению параметров спирали на основе одних только экспериментальных данных; природа параметризации силового поля становится относительно более важной и, следовательно, подверженной большей неопределенности.Влияние конформационного усреднения сахаров на межнуклеотидные NOE, независимо от усреднения конформации остова, не оценивалось, хотя возможный метод для этого был описан группой Джеймса (49, 52).

    Наблюдение, что все сахара преимущественно являются «S», отличается от других версий сайта узнавания ATF от промотора E2A аденовируса (54, 55). Это указывает на то, что характерная поверхность скелета, отличная от поверхности стандартной B-ДНК, строго не требуется в процессе распознавания ДНК-белок.

    Винтовые закрутки, подъем, закручивание гребного винта и наклоны основания были рассчитаны для различных конструкций с использованием Curves версии 5.1 (56) (Таблица 3). В среднем, спиральное закручивание составляло 34,5 ± 3,0 ° (33,4 ± 2,3 ° для 12 основных п.н.) и подъем 3,4 ± 0,4 Å, с небольшими различиями между структурами, начинающимися с конформаций B или A, и являются типичными для B-ДНК. Параметры конечных базовых ступеней были весьма разнообразными и отражали отсутствие ограничений на концах дуплекса.Скручивания пропеллера были небольшими и не показывали особого рисунка в последовательности.

    Таблица 3

    Параметры спирали для d (CATGTGACGTCACATG) 2 , рассчитанные, как описано в тексте, с использованием Curves версии 5.1 (56)

    Таблица 3

    Параметры спирали для d (CATGTGACGTCACATG) 2 , рассчитанные, как описано в тексте с использованием Curves version 5.1 (56)

    Параметры спирали, показанные в таблице 3, указывают на то, что регуляторный сайт ATF не имеет значительных перегибов в растворе, свободен от белка, и предполагают, что лейциновая застежка-молния не требует этой структурной специфичности для распознавания ДНК и привязка.После оценки структуры свободной ДНК в растворе можно будет детально определить изменения конфигурации ДНК, вызванные связыванием белков лейциновой застежки-молнии. Результаты с CD показали, что помимо ожидаемого увеличения спирального содержания пептида, также наблюдается изменение ближнего УФ-диапазона CD ДНК при образовании специфического комплекса (см. Выше). Как наблюдалось для гомодимера Jun и гетеродимера Fos / Jun (24), разница в спектрах CD ДНК, индуцированная при связывании с белком, вряд ли связана с различным изгибом сайта связывания ДНК, поскольку CD, по-видимому, довольно нечувствителен к изгибу ДНК.Термодинамические и структурные исследования комплекса ATF-2 и 16mer / ATF-2 в настоящее время продолжаются (MRConte, G.Bloomberg и ANLane, неопубликованные результаты) с целью детального исследования природы процесса распознавания и определения конформация ДНК в комплексе. Изгибы ДНК часто проявляются в спектре ЯМР 31P (57, 58) или обменных протонов (6). Предварительные результаты 31P и 1H ЯМР комплекса 16mer / ATF-2 (данные не показаны, MRConte, G.Bloomberg и ANLane, данные будут опубликованы в другом месте) предполагают, что ДНК не сильно искажается в комплексе с ATF-2. .Эти данные позволяют предположить, что белки лейциновой застежки-молнии связываются с участком связывания ДНК, не изогнутым по своей природе, в B-подобной конформации и вызывают конформационные изменения ДНК, которые, по-видимому, не связаны с изгибом ДНК.

    В заключение, предварительные предположения показали, что белки лейциновой застежки-молнии не ответственны за изгиб ДНК при сборке инициирующего комплекса.

    Распределение протонного ЯМР доступно в M.R.C. или как дополнительный материал через NAR Online.

    Благодарности

    Эта работа была поддержана Советом по медицинским исследованиям Великобритании и исследовательской стипендией Wellcome Traveling Research Fellowship для M.R.C. Мы благодарим доктора S.Martin за помощь в изучении компакт-дисков и доктора J.Gyi за комментарии к рукописи. Спектры ЯМР регистрировали в MRC Biomedical NMR Facility.

    Список литературы

    1.,

    Nature

    ,

    1994

    , т.

    370

    (стр.

    177

    178

    ) 2,.,

    Nature (Лондон)

    ,

    1989

    , т.

    341

    (стр.

    251

    254

    ) 3,. ,

    Биополимеры

    ,

    1990

    , т.

    29

    (стр.

    29

    38

    ) 4,,. ,

    Наука

    ,

    1991

    , т.

    253

    (стр.

    1001

    1007

    ) 5,,. ,

    Proc. Natl. Акад. Sci. США

    ,

    1993

    , т.

    90

    (стр.

    9465

    9469

    ) 6,,,.,

    Ячейка

    ,

    1995

    , т.

    81

    (стр.

    705

    714

    ) 7,,,. ,

    Ячейка

    ,

    1992

    , т.

    71

    (стр.

    1223

    1237

    ) 8,. ,

    J. Mol. Биол.

    ,

    1993

    , т.

    233

    (стр.

    139

    154

    ) 9,. ,

    Природа

    ,

    1995

    , т.

    373

    (стр.

    257

    261

    ) 10,. ,

    Proc. Natl. Акад. Sci USA

    ,

    1996

    , т.

    93

    (стр.

    3248

    3252

    ) 11,. ,

    Curr. Opin. Struct. Биол.

    ,

    1991

    , т.

    1

    (стр.

    71

    79

    ) 12. ,

    Proc. Natl. Акад. Sci. США

    ,

    1996

    , т.

    93

    (стр.

    10117

    10122

    ) 13,,,. ,

    Proc. Natl. Акад. Sci. США

    ,

    1990

    , т.

    87

    (стр.

    6034

    6038

    ) 14,,. ,

    Proc. Natl. Акад.Sci. США

    ,

    1996

    , т.

    93

    (стр.

    14434

    14439

    ) 15. ,

    Proc. Natl. Акад. Sci. США

    ,

    1996

    , т.

    93

    (стр.

    9993

    9996

    ) 16,,,,. ,

    Природа

    ,

    1986

    , т.

    323

    (стр.

    353

    356

    ) 17,,,,. ,

    Proc. Natl. Акад. Sci. США

    ,

    1986

    , т.

    83

    (стр.

    6682

    6686

    ) 18,,.,

    J. Biol. Chem.

    ,

    1994

    , т.

    269

    (стр.

    1804

    1814

    ) 19,. ,

    Endocrine Rev.

    ,

    1993

    , vol.

    14

    (стр.

    269

    290

    )

    20,,. ,

    Trends Neurosci.

    ,

    1990

    , т.

    13

    (стр.

    184

    188

    ) 21,. ,

    Новая биол.

    ,

    1990

    , т.

    2

    (стр.

    1123

    1134

    ) 22,.,

    Природа

    ,

    1994

    , т.

    368

    (стр.

    520

    525

    ) 23,. ,

    Мол. Клетка. Биол.

    ,

    1991

    , т.

    11

    (стр.

    4297

    4305

    ) 24,,,,. ,

    Nucleic Acids Res.

    ,

    1996

    , т.

    24

    (стр.

    4487

    4494

    ) 25,,. ,

    J. Magn. Резон.

    ,

    1982

    , т.

    48

    (стр.

    286

    292

    )

    26,.,

    J. Magn. Res.

    ,

    1979

    , т.

    33

    (стр.

    675

    680

    )

    27,,. ,

    J. Magn. Резон.

    ,

    1986

    , т.

    66

    (стр.

    201

    218

    )

    28,. ,

    евро. Биофиз. J.

    ,

    1990

    , т.

    19

    (стр.

    73

    78

    ) 29,,. ,

    евро. J. Biochem.

    ,

    1995

    , т.

    229

    (стр.

    433

    444

    ) 30,,.,

    J. Biomol. Ул.

    ,

    1992

    , т.

    2

    (стр.

    661

    665

    )

    31,,,. ,

    FEBSLett.

    ,

    1986

    , т.

    208

    (стр.

    94

    96

    ) 32,,,. ,

    Biochemistry

    ,

    1991

    , vol.

    30

    (стр.

    1372

    1385

    ) 33. ,

    Биохим. Биофиз. Acta.

    ,

    1990

    , т.

    1049

    (стр.

    189

    204

    ) 34,,.,

    J. Biomol. ЯМР

    ,

    1996

    , т.

    7

    (стр.

    190

    206

    ) 35,,,. ,

    евро. J. Biochem.

    ,

    1987

    , т.

    166

    (стр.

    87

    101

    ) 36. ,

    Принципы структуры нуклеиновых кислот

    ,

    1984

    Нью-Йорк

    Springer Verlag

    37,,,,. ,

    J. Mol. Биол.

    ,

    1974

    , т.

    87

    (стр.

    817

    833

    ) 38,,,,,.,

    Biochemistry

    ,

    1991

    , vol.

    30

    (стр.

    1310

    1317

    ) 39,. ,

    Nature Struct. Биол.

    ,

    1995

    , т.

    2

    (стр.

    450

    457

    ) 40. ,

    Q. Rev. Biophys.

    ,

    1987

    , т.

    20

    (стр.

    1

    34

    ) 41,,. . ,

    ЯМР макромолекул. Практический подход

    ,

    1993

    Oxford

    IRL Press

    (стр.

    217

    288

    ) 42,,.,

    Biochemistry

    ,

    1987

    , vol.

    26

    (стр.

    5076

    5090

    ) 43,. ,

    J. Magn. Резон.

    ,

    1989

    , т.

    83

    (стр.

    643

    648

    )

    44,. ,

    Biochemistry

    ,

    1992

    , vol.

    31

    (стр.

    3524

    3533

    ) 45,,,,,. ,

    J. Magn. Res.

    ,

    1994

    , т.

    103B

    (стр.

    134

    141

    ) 46,,,.,

    J. Magn. Res.

    ,

    1994

    , т.

    106A

    (стр.

    75

    105

    ) 47,,. ,

    Biochemistry

    ,

    1992

    , vol.

    31

    (стр.

    3564

    3574

    ) 48. ,

    Методы энзимол.

    ,

    1992

    , т.

    211

    (стр.

    254

    286

    ) 49,,,. ,

    Биохимия

    ,

    1995

    , т.

    34

    (стр.

    4969

    4982

    ) 50,,,.,

    J. Am. Chem. Soc.

    ,

    1995

    , т.

    117

    (стр.

    7227

    7278

    ) 51,,,. ,

    Биохимия

    ,

    1994

    , т.

    33

    (стр.

    354

    366

    ) 52,. ,

    Биохимия

    ,

    1990

    , т.

    29

    (стр.

    11172

    11180

    ) 53. ,

    Магн. Res. Chem.

    ,

    1996

    , т.

    34

    (стр.

    S3

    S10

    ) 54. ,

    Biochemistry

    ,

    1993

    , vol.

    32

    (стр.

    6506

    6514

    ) 55. ,

    Biochem. Биофиз. Acta

    ,

    1994

    , т.

    1219

    (стр.

    505

    514

    )

    56,. ,

    J. Biomol. Struct. Дин

    ,

    1988

    , т.

    6

    (стр.

    63

    91

    ) 57,,. ,

    евро. Биофиз. J.

    ,

    1993

    , т.

    21

    (стр.

    417

    424

    ) 58,,,,,,. ,

    Наука

    ,

    1994

    , т.

    266

    (стр.

    1494

    1500

    )

    © 1997 Oxford University Press

    (PDF) Структура решения сайта распознавания ATF-2 и его взаимодействие с пептидом ATF-2

    3815

    Nucleic Acids Research, 1994, Vol. 22, No. 1

    Nucleic Acids Research, 1997, Vol. 25, No. 19 3815

    Различие в спектрах КД ДНК, индуцированное при связывании с белком

    , вряд ли связано с различным изгибом участка связывания ДНК

    , поскольку КД, по-видимому, довольно нечувствителен к изгибу ДНК.

    Термодинамические и структурные исследования комплекса ATF-2 и

    16mer / ATF-2 в настоящее время продолжаются (MRConte,

    G.Bloomberg и ANLane, неопубликованные результаты), чтобы

    детально исследовать характер процесса распознавания и

    определяют конформацию ДНК в комплексе. Изгибы ДНК

    часто проявляются в спектре ЯМР

    31

    P (57,58) или обменных протонов

    (6). Предварительные результаты

    31

    P и

    1

    H ЯМР

    на комплексе 16mer / ATF-2 (данные не показаны, M.R.Conte,

    G.Bloomberg и A.N. Lane, данные будут опубликованы в другом месте)

    предполагает, что ДНК не сильно искажена в комплексе с

    ATF-2. Эти данные предполагают, что белки лейциновой молнии

    связываются с участком связывания ДНК, не изогнутым по своей природе, в B-подобной конформации

    и индуцируют конформационные изменения ДНК, которые, по-видимому, не являются изгибом ДНК.

    В заключение, предварительные предположения показали бы, что

    белков лейциновой молнии не ответственны за изгиб ДНК

    в сборке инициирующего комплекса.

    Распределение протонного ЯМР доступно в M.R.C. или как

    Дополнительные материалы через NAR Online.

    БЛАГОДАРНОСТИ

    Эта работа была поддержана Советом по медицинским исследованиям

    Великобритании и исследовательской стипендией Wellcome Traveling Research Fellowship для M.R.C.

    Мы благодарим доктора S.Martin за помощь в изучении компакт-дисков и доктора J.Gyi

    за комментарии к рукописи. Спектры ЯМР записывали на

    в MRC Biomedical NMR Facility.

    ССЫЛКИ

    1 Nordheim, A.(1994) Nature 370, 177–178.

    2 Goodman, S.D. и Нэш, Х.А. (1989) Nature (Лондон), 341, 251–254.

    3 Zinkel, S.S. and Crothers, D.M. (1990) Biopolymers 29, 29–38.

    4 Schultz, S.C., Shields, G.C. и Steitz, T.A. (1991) Science 253,

    1001–1007.

    5 Пил П.М., Чоу К.С. и Липпард С.Дж. (1993) Proc. Natl. Акад. Sci. USA

    90, 9465–9469.

    6 Вернер, М.М., Хут, Дж. Р., Гроненборн, А.М. и Clore, G.M. (1995) Cell

    81, 705–714.

    7 Элленбергер Т.Э., Брандл К.Дж., Штрул К. и Харрисон С.С. (1992) Cell

    71, 1223–1237.

    8 Konig, P. and Richmond, T.J. (1993) J. Mol. Биол. 233, 139–154.

    9 Гловер, J.N.M. и Харрисон, С.С. (1995) Nature 373, 257–261.

    10 Sitlani, A. and Crothers, D.M. (1996) Proc. Natl. Акад. Sci USA 93,

    3248–3252.

    11 Kerppola, T.K. и Curran, T. (1991) Curr. Opin. Struct. Биол. 1, 71–79.

    12 Kerppola, T.K.(1996) Proc. Natl. Акад. Sci. USA 93, 10117–10122.

    13 Гартенберг, М.Р., Ампе, К., Стейтц, Т.А. и Кротерс, Д. (1990) Proc.

    Нац. Акад. Sci. USA 87, 6034–6038.

    14 Маккормик Р.Дж., Бадалян Т. и Фишер Д.Э. (1996) Proc. Natl. Акад.

    Sci. USA 93, 14434–14439.

    15 Hagerman, P.J. (1996) Proc. Natl. Акад. Sci. USA 93, 9993–9996.

    16 Comb, M., Birnberg, N.C., Seasholtz, A., Herbert, E. and Goodman, H.M.

    (1986) Nature 323, 353–356.

    17 Montminy, M.R., Sevarino, K.A., Wagner, J.A., Mandel, G. and Goodman,

    R.H. (1986) Proc. Natl. Акад. Sci. USA 83, 6682–6686.

    18 Шепард А.Р., Чжан В. и Эберхардт Н.Л. (1994) J. Biol. Chem. 269,

    1804–1814.

    19 Meyer, T.E. и Habener, J.F. (1993) Endocrine Rev. 14, 269–290.

    20 Montminy, M.R., Gonzalez, G.A. и Ямамото, К. (1990) Trends

    Neurosci. 13, 184–188.

    21 Tassios, P.T. и Ла Танге, Н.Б. (1990) New Biol. 2, 1123–1134.

    22 Лю Ф. и Грин М.Р. (1994) Nature 368, 520–525.

    23 Джонс, К. и Ли, К.А.У. (1991) Мол. Клетка. Биол. 11, 4297–4305.

    24 Джон М., Леппик Р., Буш С.Дж., Грейнджер-Шнарр М. и Шнарр М.

    (1996) Nucleic Acids Res. 24, 4487–4494.

    25 штатов, Д.Дж., Хаберкорн, Р.А. и Рубен, Д.Дж. (1982) J. Magn. Резон. 48,

    286–292.

    26 Wagner, G. и Wüthrich, K. (1979) J. Magn. Res. 33, 675–680.

    27 Lane, A.N., Lefèvre, J.-F. и Jardetzky, О. (1986) J. Magn. Резон. 66,

    201–218.

    28 Birchall, A.J. и Лейн, А. (1990) Eur. Биофиз. J. 19, 73–78.

    29 Конте, М.Р., Дженкинс, Т.С. и Лейн, А. (1995) Eur. J. Biochem. 229,

    433–444.

    30 Piotto, M., Saudek, V. и Sklenar, V. (1992) J. Biomol. Ул. 2, 661–665.

    31 Sklenar, V. Miyashiro, H., Zon, G. and Bax, A. (1986) FEBS Lett. 208,

    94–96.

    переулок 32, д.Н., Дженкинс, Т.К., Браун, Т. и Нейдл, С. (1991) Biochemistry

    30, 1372–1385.

    пер., 33, пр. А.Н. (1990) Биохим. Биофиз. Acta. 1049, 189–204.

    34 Conte, M.R., Bauer, C.J. and Lane, A.N. (1996) J. Biomol. ЯМР 7,

    190–206.

    35 Rinkel, L.J., van der Marel, G.A., van Boom, J.H. и Altona, C. (1987)

    Eur. J. Biochem. 166, 87–101.

    36 Saenger, W. (1984) Принципы структуры нуклеиновых кислот. Springer Verlag,

    Нью-Йорк.

    37 Иванов В.И., Минченкова Л.Е., Минят Е.Е., Франк-Каненецкий М.Д.

    и Щолкина А.К. (1974) J. Mol. Биол. 87, 817–833.

    38 Saudek, V., Pasley, H.S., Gibson, T., Gausepohl, H., Frank, R. and Pastore,

    A. (1991) Biochemistry 30, 1310–1317.

    39 Станоевич Д. и Вердин Л. (1995) Nature Struct. Биол. 2, 450–457.

    40 Reid, B.R. (1987) Q. Rev. Biophys. 20, 1–34.

    41 Wijmenga, S.S., Mooren, M.M.W. и Хильберс К.W. (1993) в

    Roberts, G.C.K. (ред.), ЯМР макромолекул. Практический подход.

    IRL Press, Oxford, Ch. 8. С. 217–288.

    42 Lefèvre, J.-F., Lane, A.N. и Jardetzky, O. (1987) Biochemistry 26,

    5076–5090.

    43 Ип П. и Кейс Д.А. (1989) J. Magn. Резон. 83, 643–648.

    44 Робинсон, Х. и Ван, А.Х.-Дж. (1992) Biochemistry 31, 3524–3533.

    45 Wijmenga, S.S., Heus, H.A., Werten, B., van der Marel, G.A., van Boom,

    J.H. и Hilbers, C.W. (1994) J. Magn. Res. 103Б, 134–141.

    46 Smith, S.A., Levante T.O., Meier, B.H. и Эрнст Р.Р. (1994) J. Magn.

    Рез. 106А, 75–105.

    47 Ким, С.-Г., Лин, Л.Дж. и Рид, Б.Р. (1992) Biochemistry 31, 3564–3574.

    48 Горенштейн Д.Г. (1992) Methods Enzymol. 211, 254–286.

    49 Гонсалес, К., Стек, В., Рейнольдс, М. и Джеймс, Т.Л. (1995) Биохимия

    34, 4969–4982.

    50 Тейт, С.-и, Кубо, Ю., Оно, А. и Кайносё, М.(1995) J. Am. Chem. Soc.

    117, 7227–7278.

    51 Weisz, K., Shafer, R.H., Egan, W. and James, T.L. (1994) Biochemistry 33,

    354–366.

    52 Гочин М. и Джеймс Т.Л. (1990) Biochemistry 29, 11172–11180.

    переулок 53, проспект А. (1996) Магн. Res. Chem. 34, S3 – S10.

    54 Borden, K.L.B. (1993) Biochemistry, 32, 6506–6514.

    55 Borden, K.L.B. (1994) Biochem. Биофиз. Acta 1219, 505–514.

    56 Лавери Л. и Скленар Х. (1988) Дж.Biomol. Struct. Дин., 6, 63–91.

    57 Beckmann, P., Martin, S.R. и Лейн, А. (1993) Eur. Биофиз. J. 21,

    417–424.

    58 Хакк, К.М., Кинг, С.-Й., Укияма, Э., Фальсафи, С., Хакк, Т.Н., Донахью,

    П.К. и Вайс, М.А. (1994) Science 266, 1494–1500.

    Активирующий белок фактора транскрипции | ATF Пептид

    О ATF:

    ATF — или активирующий фактор транскрипции — относится к определенной группе факторов транскрипции bZIP.Есть много генов, которые подпадают под категорию ATF, включая ATF1, ATF2, ATF3, ATF4, ATF5, ATF6, ATF7 и ATFx,
    В целом считается, что все ATF очень чувствительны к внеклеточным сигналам. Таким образом, многие полагают, что это означает, что они играют ключевую роль в гомеостазе. Однако разные гены ATF также выполняют некоторые специфические роли / функции, такие как стрессовая реакция или подавление апоптоза.

    Структура ATF
    Все члены ATF считаются членами семейства CREB / ATF.При первом обнаружении считалось, что они имели структуру, аналогичную этой семье. Однако позже выяснилось, что на самом деле они были структурно больше похожи на факторы AP-1. Таким образом, многие члены семейства ATF имеют структуру, аналогичную таким факторам, как c-Jun или c-Fos. Трудно увидеть точную структуру каждого отдельного активирующего фактора транскрипции. Они так сильно различаются и имеют так много взаимодействий, что трудно точно определить, как каждый из них выглядит. Однако мы можем предоставить немного информации по ATF2 и ATF5.
    Каждая ATF имеет разную структуру. ATF2 содержит в общей сложности 505 аминокислот и находится на хромосоме 2q32 человека. Говорят, что белок ATF5 содержит 282 аминокислоты.

    Активация механизма фактора транскрипции
    Общий способ работы ATF — это реакция на различные внеклеточные сигналы по всему телу. У каждого гена в этой группе есть свой собственный механизм, о котором нужно заботиться. Например, ATF1 влияет на физиологический процесс. Он регулирует экспрессию генов, связанных с ростом, выживанием и многими другими клеточными действиями.ATF2 связывается с цАМФ-чувствительным элементом, октамерным палиндромом. Здесь он образует гомодимер или гетеродимер с c-jun. Отсюда он стимулирует CRE-зависимую транскрипцию.

    Функция ATF
    Каждый ген имеет свою собственную емкость, где он играет определенную роль. В ATF4 эта услуга предназначена для помощи в дифференцировке остеобластов. Обнаружено, что ATF3 индуцируется при физиологическом стрессе в некоторых тканях тела. Более того, это также означает регенерацию после повреждения нейронов ганглиев задних корешков.Таким образом, считается, что этот активирующий фактор транскрипции способствует регенерации периферических нейронов.
    ATF1 помогает усилить трансформацию клеток. Это происходит, когда он фосфорилируется, поскольку это увеличивает его трансактивационную и транскрипционную активность. Транскрипты и белки ATF обнаруживаются во многих тканях по всему телу. Это особенно распространено в печени. Вы также найдете ATF5 в VZ и SVZ во время развития мозга. ATF6 представляет собой трансмембранный фактор транскрипции, регулируемый стрессом эндоплазматического ретикулума.По сути, он помогает активировать транскрипцию молекул ER.

    ATF взаимодействия
    Взаимодействия активирующего фактора транскрипции многочисленны. Каждый член семьи взаимодействует с разными элементами в разных тканях. Ниже мы перечислили, с чем взаимодействует каждый участник:

    ● ATF1: ​​BRCA1, CSNK2A2, CSNK2AI, EWS
    ● ATF2: C-jun, казеин-киназа 2, связывающий белок CREB, CSN2A2, JDP2, MAPK14, MAPK8, NCOA6, RUVBL2, UBE2IAD3
    ● ATF2: P53, C-jun
    ● ATF4: RUNX2, osterix, JNK
    ● ATF5: DISC1, TRIB3
    ● ATF6: YY1, коэффициент реакции сыворотки
    ● ATF7: PTP4A1

    Фотолюминесценция и электролюминесценция высокоэффективных излучателей ближнего инфракрасного диапазона на основе 1,5-нафтиридин-4-ол-содержащих гетеролептических комплексов платины (ii)

    Четыре комплекса платины, содержащие 1,5-нафтиридин-4-ол: AtFOND , AtFNND , PBSOND и PBSNND , были синтезированы и охарактеризованы на их фотолюминесцентные (PL) и электролюминесцентные (EL) свойства. .Помимо подтверждения образования агрегатов / эксимеров четырех комплексов платины в твердом состоянии, спектры поглощения и излучения раствора, тонкой пленки легирующей добавки и твердого состояния предполагают, что перенос заряда металл-металл-лиганд (MMLCT) является основной причиной очень длинных длин волн излучения λ max 770 и 774 нм для PL и EL AtFOND соответственно. MMLCT выводится из монокристаллической рентгеновской структуры, а именно с помощью коротких контактов Pt – Pt (3.39 и 3.88 Å) и почти перпендикулярно молекулярным плоскостям AtFOND . Квантовый выход твердотельной ФЛ (PLQY) составляет 9%, 58%, 53% и 33% для AtFOND , AtFNND , PBSOND и PBSNND соответственно. Хотя четыре комплекса платины показывают ФЛ от зеленого до желтого ( λ PL max 523–546 нм) в разбавленном растворе, все нелегирующие OLED с тонким эмиссионным слоем (2 нм) на основе AtFOND , AtFNND , PBSOND и PBSNND отображают NIR ( λ EL max 704–774 нм) EL со значениями EQE, равными 1.8%, 6,5%, 4,0% и 10,1% соответственно. Относительно высокий EQE (10,1%) PBSNND NIR OLED можно приписать молекулярному выравниванию в тонкой пленке, которое увеличивает светоотдачу устройств. Вместе с монокристаллической рентгеновской структурой исследование 2D-GIWAXS предоставляет убедительные доказательства выгодного молекулярного выравнивания PBSNND .

    Регуляторная роль активации фактора транскрипции 2 в воспалении

    Активирующий фактор транскрипции 2 (ATF2) является членом семейства ДНК-связывающих белков лейциновой молнии и широко распространен в тканях, включая печень, легкие, селезенку и почки.Подобно c-Jun и c-Fos, ATF2 реагирует на стимулы, связанные со стрессом, и тем самым может влиять на пролиферацию клеток, воспаление, апоптоз, онкогенез, неврологическое развитие и функцию, а также на ремоделирование скелета. Недавние исследования проясняют регуляторную роль ATF2 в воспалении и описывают потенциальные ингибиторы этого белка. В этой статье мы суммируем свойства и функции ATF2 и исследуем потенциальные применения ингибиторов ATF2 в качестве инструментов для исследований и разработки иммуносупрессивных и противовоспалительных препаратов.

    1. Введение

    Воспаление функционирует как подкомпонент иммунного ответа, который представляет собой систему клеток и тканей, которая эволюционировала для поддержания границ между специализированными популяциями клеток и тканями многоклеточных организмов. Иммунитет и воспаление блокируют вторжение микробных патогенов и способствуют реакции организма на стресс. Патологические эффекты могут быть результатом длительной или патологической воспалительной реакции, например, при астме и аутоиммунных заболеваниях [1, 2].Локально воспаление вызывает покраснение, отек, жар и боль, поскольку сенсибилизированные клетки атакуют чужеродные клетки растворимыми медиаторами (цитокинами) и / или поглощают вызывающий стресс агент. Системные признаки воспаления включают лихорадку и увеличение количества лейкоцитов, происходящих из костного мозга и тимуса, таких как макрофаги и лимфоциты [3, 4]. Локальный сосудистый компонент воспаления играет важную роль в системной иммунной защите или стрессовой реакции. В процессе воспаления молекулярные медиаторы могут прямо и / или косвенно повреждать нормальные клетки и ткани [5, 6].Хотя застой в тканях и экссудаты могут разбавлять и разрушать цитотоксические факторы, лежащие в основе стромальные клетки постепенно регенерируют, восстанавливая и заживляя поврежденные ткани. Таким образом, воспалительный ответ можно описать как динамический процесс разрушения и восстановления.

    Воспаление подразделяется на острое и хроническое в зависимости от продолжительности. Острое воспаление с покраснением, отеком и болью — это кратковременный процесс, отражающий сосудистый компонент. При хроническом воспалении, таком как аутоиммунное заболевание и туберкулез, растворимые медиаторы сохраняются на более низких уровнях, чем при остром воспалении, но в течение более длительных периодов; Клетки, в которые в основном вовлечены, включают лимфоциты, плазматические клетки и макрофаги.Макрофаги дифференцируются от мононуклеарных предшественников под действием определенных факторов, таких как гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (GM-CSF), и неспецифических агентов, таких как форбол-12-миристат-13-ацетат (PMA). Макрофаги участвуют как в врожденных, так и в адаптивных иммунных процессах. Фенотипически макрофаги и моноциты являются фагоцитирующими лейкоцитами [7], которые способны распознавать, поглощать и переваривать клеточный мусор и патогены [8]. Макрофаги взаимодействуют с окружающей средой через множество рецепторов, экспрессируемых на плазматической мембране [9–11].Когда макрофаги связываются с микроорганизмом, аномальной клеткой или иммуногенным химическим веществом и распознают их, они подвергаются сложной фенотипической трансформации, которая приводит к привлечению и активации других типов клеток, участвующих в врожденном или приобретенном иммунитете [12]. В зависимости от стимула и задействованных клеток в защиту могут быть задействованы различные отделы иммунной системы [13].

    Активирующий фактор транскрипции 2 (ATF2) представляет собой фактор транскрипции из семейства ДНК-связывающих белков лейциновой молнии, открытого в 1991 г. Ozawa et al.[46] и расположен на хромосоме 2q32 человека. Белок ATF2 состоит из 505 аминокислот с сайтами фосфорилирования около С-конца при остатках серина 472 и 480 в белке мыши и серинах 490 и 498 в белке человека. В ответ на разрывы двухцепочечной ДНК протеинкиназа, мутантная по телеангиэктазии (ATM), активирует ATF2 [47]. Семейство белков ATF включает шесть подтипов, основанных на сходстве последовательностей [48]. Белки ATF играют решающую роль в пролиферации клеток, апоптозе, воспалении и раке.

    В этом исследовании мы описываем общие свойства ATF2, уделяя особое внимание его роли в воспалении. Кроме того, мы рассматриваем недавно идентифицированные ингибиторы ATF2, включая встречающиеся в природе соединения, экстракты растений и ингибиторы экспрессии генов, которые могут применяться при лечении воспалительных заболеваний.

    2. Общие характеристики белков семейства ATF
    2.1. Белки семейства ATF

    Семейство ATF / CREB состоит из шести подтипов на основе сходства последовательностей, включая CREB, CRE-BP1 (ATF2), ATF3, ATF4, ATF6 и B-ATF [49].Все они имеют общий элемент bZIP, через который они димеризуются и связываются с октануклеотидом TGACGTCA палиндромного элемента ответа цАМФ (CRE) в ДНК [49]. N-концевые домены белков ATF обнаруживают дивергенцию, но лейциновая молния на С-конце для димеризации и связывания ДНК хорошо консервативна. Группа ATF2, которая первоначально была обозначена как CRE-BP1, содержит ATF2, CRE-BP и ATF7 (также известную как ATF) (рисунок 1). Близкое сходство последовательностей выделяет эти белки в подгруппу, которая отличается структурой металлического пальца и структурой лейциновой молнии в NH 2 — и COOH-концевых областях; эти мотивы важны для трансактивации [34, 50–52].Однако, несмотря на сильное сходство последовательностей, белки ATF2 различаются по функциям, сайтам фосфорилирования и паттернам экспрессии [50]. CRE-BP1 обнаруживается в большинстве клеток и тканей, но особенно много в головном мозге и регенерирующей печени [50, 53]. CRE-BP обнаруживается в ограниченном количестве клеточных линий и тканей, включая клетки HeLa и плаценту [50]. ATF повсеместно экспрессируется у эмбрионов и взрослых мышей, с высокой экспрессией в плоском эпителии и ткани мозга [54]. Белок ATF2 находится в цитоплазме как гомодимер, но сохраняется как гетеродимер с Jun в ядре [55].Обычно ATF2 локализуется в цитоплазме на внешней мембране митохондрий [56]. Характеристики белков семейства ATF приведены в Таблице 1.



    (ii)
    cytoplus См. Разделы 2, 3 и 4 97 [14, 1589 ] 9128 2
    (ii)
    (ii) Регулирование воспаления сетчатки и выработки цитокинов при диабете; участие в комплексообразовании промотора PKA; регуляция экспрессии IL-8; участие в передаче сигналов Nrf2-ARE

    Молекула Распределение (ткань / клетка) Функции Ссылка
    (i) Повсеместно, с высоким содержанием щитовидной железы
    (ii) Ядро
    Регуляция злокачественной меланомы [14]

    ATF2 (i) Убиквитное ядро ​​

    ATF3 (i) Повсеместно (i) Ингибирование MCP-1, HMGB1 и CCL4
    (ii) Высокое содержание плаценты, поджелудочной железы и легких (ii) Регулирование церебральной ишемии, глиального воспаления, поражения почек и легких [16–21]
    (iii) Ядро (iii) Передача сигналов панкреатических клеток, передача сигналов SFA / TLR4 [22, 23]

    ATF4 (i) Убиквитное [24–27]

    ATF5 (i) Повсеместно
    (ii) Высокое содержание в печени, легких, жировой ткани, сердце и скелетных мышцах
    (iii ) Ядро и цитоплазма
    (i) Регуляция сигнального пути GR
    (ii) Участие в различных раковых заболеваниях
    [28]
    [29]

    ATF6 (i) Печень, сыворотка плазма, тромбоциты и раковые клетки (i) Участие в передаче сигналов активации AKT-NF-B [30]
    (ii) Ядро (ii) Индукция UPR в CF [31]

    ATF7 (i) Печень, плазма, тромбоциты и раковые ткани (i) Участие в ответе на витамин D при болезни Педжета [32]
    (ii) Ядро и цитоплазма (ii) Репрессор o f Промотор E-селектина / NF-ELAM1 / дельта-A [33]

    CRE-BP
    (CREB5)
    (i) Печень, плазма и тромбоциты
    (ii) HEK293
    Участие в дифференцировке адипоцитов [34]

    MCP-1: хемотаксический белок-1 моноцитов, HMGB1: белок-бокс-1 группы с высокой подвижностью, воспалительный белок CCL4-макрофага бета, SFA: насыщенная кислота, TLR4: толл-подобный рецептор 4, CF: муковисцидоз, UPR: ответ развернутого белка, GR: рецептор глюкокортикоидов.

    2.2. Сигнальные пути активации ATF2

    Гормоны необходимы для поддержания регенеративных тканей. Они включают эндокринные гормоны, которые циркулируют системно, и разнообразную популяцию факторов роста, которые являются локально активными белками, продуцируемыми определенными типами клеток. Белки факторов роста могут быть далее охарактеризованы как паракринные факторы, которые действуют между клетками, и аутокринные факторы, которые действуют внутри клеток, которые их продуцируют.К эндокринным гормонам относятся как белки, так и стероиды, которые различаются по способу передачи сигнала. Стероидные гормоны, такие как эстроген, проходят через клеточную мембрану, связываются со специфическими цитоплазматическими рецепторами и перемещаются в ядро, чтобы напрямую взаимодействовать с генами-мишенями. Белковые гормоны, такие как инсулин и эпидермальный фактор роста (EGF), связываются с рецепторами внеклеточных мембран, запуская внутриклеточный каскад ферментативных сигнальных реакций, ведущих к изменениям в экспрессии ядерных генов.Передача провоспалительных сигналов может активироваться специфически гормональными и клеточными механизмами. Неспецифические вещества, такие как аллергены, антигены и раздражающие вещества, также могут активировать провоспалительную передачу сигналов. После такой стимуляции ATF2 может быть активирован двумя альтернативными Ras-связанными путями [57]. Через путь Raf-MEK-ERK треонин 71 ATF2 фосфорилируется. Через путь Ral-RalGDS-Src-p38 Thr69 фосфорилируется (рис. 2). В клетках, активированных факторами роста, p38 и JNK-опосредование фосфорилирования по Thr71 или Thr69 + 71 не может объяснить наблюдаемый уровень активации ATF2, а также ERK-опосредованное фосфорилирование Thr69 + 71 само по себе не может эффективно активировать ATF2 [57].


    Многие факторы окружающей среды, включая ультрафиолет, тепловой шок, осмотический стресс и окислительный стресс, могут активировать ATF2, обычно через сенсоры стресса, связанные с нижележащими белками-мишенями в пути Rac / cdc42. Посредством этого пути путь MEKKs / MLKs-SEK / MKKs-JNK / p38 может быть активирован, что приводит к фосфорилированию ATF2 по сайтам Thr69 и Thr71 без участия ERK [49, 58–64] (Figure 2).

    3. Функциональное участие ATF2 в воспалении

    Белки ATF широко исследуются как проканцерогенные факторы при опухолях простаты, груди, печени и легких, а также при лейкемии [49].Также появляется особая роль этих белков в воспалительных заболеваниях. Например, ATF1 участвует в заживлении ран и воспалении десен [65]. ATF3 ослабляет транскрипцию провоспалительного гена MCP-1 при ишемии-реперфузии почек [14] и может значительно влиять на воспалительные процессы в центральной нервной системе (ЦНС), связанные с частотой эпилептических припадков [66]. Недавние данные свидетельствуют о роли ATF2 в воспалении. Отчеты продемонстрировали, что ATF2 высоко экспрессируется в инфильтрирующих макрофагах и может подавлять транскрипцию ATF3 в макрофагах M1 белой жировой ткани при ожирении [67].ATF3 может быть ядерным медиатором воспалительной боли, которая индуцируется сигнальным путем p38-митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK) [68]. ATF2 наблюдается как серологический маркер воспаления и поражения легких при системном склерозе (SSc) [69]. При LPS-индуцированном гепатите и HCl / EtOH-индуцированном гастрите мы недавно наблюдали значительную активацию ATF2 (неопубликованные данные), предполагая, что ATF2 участвует в этих воспалительных процессах [35]. Более того, уровень смертности мышей с мутантом ATF2 был намного выше, чем у контрольной группы, при лечении LPS и D-галактозамином, что подразумевает, что ATF2 может играть критическую роль в индуцированной LPS токсичности [70].

    3.1. Активированные ATF2 провоспалительные гены

    Активированные комплексы ATF2 стимулируют транскрипцию различных генов, участвующих в воспалении, таких как молекулы клеточной адгезии (CAM), провоспалительные цитокины и хемокины. САМ, экспрессируемые на поверхности клеток, участвуют в связывании с другими клетками или внеклеточным матриксом (ЕСМ). Белки САМ включают интегрины, кадгерины и селектины (E-селектин, P-селектин и L-селектин). Селектины участвуют в начальном привлечении лейкоцитов к месту повреждения во время воспаления.VCAM-1 может влиять на развитие атеросклероза и ревматоидного артрита. У мышей с дефицитом ATF2 индукция E-селектина, P-селектина и VCAM-1 в легких и почках после инъекции липополисахарида была значительно снижена по сравнению с контрольными мышами; кроме того, ответы на провоспалительные и инфекционные вызовы задерживались или подавлялись [70].

    Клетки, которые организуют иммунный ответ, производят множество растворимых белковых факторов или цитокинов для иммобилизации, уничтожения, секвестрации или уничтожения инвазивных клеток и микроорганизмов.Системные эффекты этой реакции включают лихорадку, разрушение тканей, септический шок и смерть [71]. Провоспалительный цитокин TNF-, продуцируемый в основном макрофагами, лимфоидными клетками, тучными клетками и жировой тканью, вызывает множество клинических воспалительных заболеваний, таких как ревматоидный артрит, псориаз, рефрактерная астма и воспалительное заболевание кишечника. У мышей с нокаутом ATF2 экспрессия TNF была значительно подавлена. Кроме того, интерлейкин- (IL-) 1 и IL-6 также резко подавлялись у мышей с дефицитом ATF2 [70].

    Растворимые хемоаттрактанты кератиноцитов являются наиболее индуцируемыми хемокинами, продуцируемыми IL-1 и TNF-. Они участвуют в хемотаксисе, клеточной активации нейтрофилов и воспалительных реакциях нейтрофилов. Интересно, что у мышей с дефицитом ATF2 экспрессия хемоаттрактантов кератиноцитов явно подавлялась [70]. Кроме того, сообщалось о регуляторной роли ATF2 в экспрессии реннина [72].

    3.2. Сигнальные пути для активации ATF2 при воспалении

    Рецепторные белки распознавания образов (PRR) позволяют клеткам и организмам млекопитающих распознавать вторгшиеся микроорганизмы и аномальные или поврежденные клетки.Толл-подобные рецепторы (TLR) играют особенно важную роль во врожденном иммунном ответе, распознавая поверхностные структуры на микробных захватчиках [73]. К настоящему времени идентифицировано одиннадцать белков семейства TLR [4]. Активация передачи сигналов TLR может быть инициирована во внутрицитоплазматических доменах TIR, которые консервативны среди всех TLR. Адаптерные белки, содержащие домен TIR, включают MyD88, TIRAP и TRIF. Для индукции воспалительных цитокинов требуется MyD88. В ответ на специфические лиганды MyD88 привлекает киназу-4, ассоциированную с рецептором IL-1 (IRAK4), в TLR, взаимодействуя с доменами гибели обеих молекул.IRAK-1 активируется путем фосфорилирования и связывается с TRAF6, активируя комплекс IKK и киназы MAP (JNK, p38 и ERK) [74–77]. ATF2 поддерживается в транскрипционно неактивной форме за счет внутримолекулярных взаимодействий между его собственным доменом активации и доменом bZIP [49, 78]. В ответ на активированные вышестоящие сигнальные факторы p38 и JNK, ATF2 фосфорилируется по аминокислотам Thr69 и Thr71. Фосфорилированный ATF2 может затем образовывать гомодимеры или гетеродимеры с другими членами семейства ATF / CREB и семейства Fos / Jun [49, 79] (Figure 2).

    3.3. Роль ATF2 в воспалительном заболевании

    Исследования in vitro на линиях клеток человека и мыши, а также на мышах с нокаутом показали активацию ATF2 при нескольких воспалительных заболеваниях, включая ожирение, гепатит, воспалительную боль и аллергическую астму [80, 81].

    3.3.1. Ожирение

    Белая жировая ткань (WAT), которая накапливается при ожирении, демонстрирует множественные маркеры воспаления с прогрессирующей инфильтрацией макрофагами и генерацией активных форм кислорода (ROS).Некоторые данные связывают эти маркеры с инсулинорезистентностью и дисрегуляцией адипокина [67]. У мышей с генетическим ожирением (ob / ob) как общий, так и фосфорилированный ATF2 высоко экспрессируются в макрофагах, инфильтрирующих WAT. В макрофагах RAW264.7 активация ATF2 может быть вызвана обработкой либо H 2 O 2 , либо LPS [67]. У ATF2-мутантных мышей WAT значительно реже, чем у мышей дикого типа [34]. Обработка мышей ингибиторами передачи сигналов p38-ATF2 подавляет дифференцировку адипоцитов и накопление WAT.Кроме того, он может противодействовать ожирению, вызванному диетой с высоким содержанием жиров (HFD), резистентности к инсулину, инфильтрации макрофагов в WAT и связанному с этим увеличению экспрессии TNF- [34]. Доказательства того, что передача сигналов ATF2, связанных с p38, является регуляторным компонентом воспаления, связанного с ожирением, может пролить свет на патологические эффекты избыточного питания.

    3.3.2. Гепатит

    Наиболее распространенной этиологией воспаления печени в промышленно развитых странах является инфицирование вирусным гепатитом типа A, B или C.По оценкам, в мире около 250 миллионов человек инфицированы гепатитом C, а 300 миллионов могут быть инфицированы гепатитом B [82]. Передозировка алкоголя и некоторых лекарств может вызвать гепатит и усилить влияние вирусной инфекции на функцию печени. Существуют противоречивые данные об участии ATF2 в воспалении печени. С одной стороны, сообщается, что ATF2 подавляет активность промотора X вируса гепатита B за счет конкуренции за сайт связывания активирующего белка 1 и за счет образования гетеродимера ATF2-Jun [83].Однако сообщается, что передача сигналов через путь PKA-CREB / ATF2 активирует и поддерживает транскрипционную активность на промоторе pre-S2 / S вируса гепатита B [24]. Мы обнаружили, что у мышей с гепатитом, вызванным лечением в течение 7 дней D-gal / LPS, уровни активированного ATF2 были значительно выше, чем в контрольной группе [35]. Во время лечения ингибиторами ATF2 симптомы гепатита у мышей регрессировали параллельно со снижением уровня активированного ATF2 [35]. Кроме того, нокдаун как ATF2, так и ATF7 вызывает серьезные нарушения в развивающейся печени и сердце, что приводит к гибели эмбрионов у мышей [84].Эти данные убедительно указывают на потенциальную роль ATF2 в воспалении печени.

    3.3.3. Воспалительная боль

    У крыс, которым вводили полный адъювант Фрейнда (CFA) для индукции хронической воспалительной боли, мы наблюдали клетки, экспрессирующие фосфо-ATF2-IR, накапливающиеся в спинном роге спинного мозга. Было показано, что уровень белка p-ATF2 повышается в течение 14 дней после инъекции [68]. После лечения электроакупунктурой (ЭА), китайской лекарственной терапии для лечения воспалительной боли, набухание лодыжки, наблюдаемое у крыс CFA, уменьшилось, параллельно со снижением уровня клеток, экспрессирующих p-ATF2-IR, и уровней белка.Эти наблюдения предполагают активную роль ATF2 в регуляции воспалительной боли.

    3.3.4. Аллергическая астма

    Воспаление при астме, вызванной аллергеном, частично опосредуется высвобождением эйкозаноидов [85], биоактивных липидов, обладающих как противовоспалительным, так и противовоспалительным действием в легочных тканях. В модели аллергической астмы у мышей Aspergillus fumigatus индуцирует секрецию cPLA2 (IVC PLA2 (фосфолипаза А2)) в эозинофилах и экспрессию TNF- в эпителиальных клетках легких посредством активации макрофагов.В основе этих эффектов лежит рекрутирование комплексов ATF2 / JUN, RELA / RELA (p65 / p65) и USF1 / USF2 на энхансер PLA2G4C в эпителиальных клетках легких в ответ на стимуляцию TNF [85]. Кроме того, ATF2 может быть активным компонентом аутоиммунного заболевания, сосудистого гомеостаза и ангиогенеза [86, 87]. При болезнях Альцгеймера, Паркинсона и Хантингтона ATF2 подавляется в гиппокампе и хвостатом ядре [88], что означает, что ATF2 может иметь важное значение для жизнеспособности нейронов и нормальной неврологической функции.

    4. Ингибирование ATF2 и его применение

    Роль ATF2 в регуляции медиаторов воспаления и заболеваний делает его привлекательной лекарственной мишенью. Для нацеливания на белок ATF2 при разработке новых противовоспалительных методов лечения требуются ингибиторы ATF2 с высокой эффективностью и специфичностью. Применяемые до сих пор соединения-кандидаты не прошли испытания на безопасность, эффективность и другие важные характеристики.

    4.1. Природные соединения

    Выбранные соединения, подавляющие активность ATF2, представлены в таблице 2.Биханин-А, изофлавон, проявляет противовоспалительный и антипролиферативный потенциал за счет ингибирования фосфорилирования ATF2 [37]. Пимаровая кислота из Aralia cordata подавляет NF-B и AP-1, что приводит к ингибированию фосфорилирования ATF2. Это ингибирует TNF-индуцированную экспрессию MMP-9 и миграцию гладкомышечных клеток аорты человека (HASMC) [38]. Номилин, тритерпеноид, присутствующий в цитрусовых, подавляет экспрессию провоспалительных цитокинов и экспрессию генов, подавляя активность ATF2 [39].Пиперин значительно подавляет экспрессию провоспалительных медиаторов IL-1, IL-6, TNF-, GM-CSF и IL-12P40, а также подавляет продукцию матриксной металлопротеиназы [42]. Специфический для p38 киназы ингибитор SB203580, специфический для фосфатидилинозитол-3-киназы ингибитор LY294002 и ингибитор SAPK / JNK, JNK-взаимодействующий белок-1 (JIP-1), все ингибируют фосфорилирование ATF2, опосредованное фактором роста гепатоцитов / фактором рассеяния (HGF). / SF) [36].



    [40] инфицирования клеток аренавирусом Нового Света Pichindé (PICV)

    Соединение Действие на ATF-2 Каталожный номер

    Андрографолид Подавление продукции NO и PGE 2 и облегчение симптомов LPS-индуцированного гепатита и EtOH / HCl-индуцированного гастрита у мышей [35]

    SB203580 Ингибирование воспалительных цитокинов 1 и TNF- [36]

    JIP-1 Повышает фагоцитарную активность, подавляя TNF-, IL-1, IL-6, IFN-, IL-12 и IL- 18 [36]

    LY294002 Ингибирование провоспалительных цитокинов NO и TNF- [36]

    912oc
    912oc
    Bi2oc , IL-1 и TNF- продукция в RAW264.7 клеток [37]

    Пимаровая кислота Подавление индукции MMP-9 и миграции гладкомышечных клеток аорты человека [38]
    12
    Ингибирование продукции провоспалительных цитокинов [39]

    Берберин Ослабление сверхэкспрессии ЦОГ-2 во время острой эндотоксемии
    [41]

    Piperine Снижение провоспалительных цитокинов: IL-1, IL-6, TNF-, GM-CSF, и MMP [42]

    4.2. Традиционные травы

    Некоторые традиционные травы могут оказывать противовоспалительное действие за счет ингибирования ATF2. Schizonepeta tenuifolia значительно подавляет LPS-индуцированные уровни TNF-альфа в сыворотке у мышей после перорального введения, что согласуется с результатами in vitro [43]. HangAmDan-B (HAD-B), порошкообразная смесь, признанная народной медициной, подавляет выработку простагландина E 2 (PGE 2 ) и NO в LPS-активированных макрофагах.Он также ослабляет симптомы гастрита, вызванного HCl / EtOH, за счет ингибирования передачи сигналов JNK-ATF2 [44]. Некоторые составы HangAmDan-B применялись в клинических испытаниях. Рецепт Jianpi Jiedu состоит из смеси трав, в том числе Codonopsis pilosula , Poria cocos , Radices paeoniae alba, Radix bupleuri и четырех других. Сообщается, что рецепт Jianpi Jiedu снижает экспрессию циклооксигеназы (COX-2) в линии клеток рака желудка, инфицированной Helicobacter pylori (Hp), MKN45, посредством подавления передачи сигналов p38-ATF2 [45].Отобранные традиционные травы, которые ингибируют активность ATF2, представлены в таблице 3.

    9128 Снижение LPS-индуцированных уровней TNF- в сыворотке после перорального введения мышам



    Растение Целевое действие на ATF-2 Ссылка

    [43]

    HangAmDan-B Подавляет выработку PGE 2 и NO в макрофагах HCl / мелиоратов. EtOH-индуцированный гастрит [44]

    Рецепт Jianpi Jiedu Ингибирование экспрессии СОХ-2 в Helicobacter pylori инфицированных клетках рака желудка 912 9128 912 912 912 912 912
    4.3. Генные регуляторные факторы, которые ингибируют активность ATF2

    Белковые факторы, которые модулируют активность ATF2, терапевтически применимы и могут быть важны для выявления регуляторных сетей, которые включают белки этого семейства. Krüppel-подобный фактор 2 (KLF2), член семейства Krüppel-подобных факторов транскрипционных факторов цинковых пальцев, может проявлять противовоспалительную активность посредством ингибирования ATF2 в ядре [89]. Костный морфогенетический белок- (BMP-) 7 может ингибировать фосфорилирование эндогенного ATF2 в высоких дозах (10 нМ) [90].PGE 2 подавляет индуцированную IL-17 трансактивацию ATF2 / c-Jun и связывание ДНК, что зависит от опосредованного Erg-1 ингибирования экспрессии c-Jun [91].

    4.4. Клинические испытания ингибиторов ATF2

    К сожалению, нет сообщений о клинических испытаниях ингибиторов ATF2. Однако, поскольку ингибирование активности ATF2, по-видимому, не наносит вреда нормальным клеткам, системное введение активного агента допустимо. Учитывая растущее количество доказательств роли ATF2 в воспалении, клиническая терапия с его специфическими ингибиторами может быть вскоре применена для лечения воспалительных заболеваний человека.

    5. Резюме и перспективы

    Расширение данных об ATF2 как провоспалительном регуляторном белке побуждает нас исследовать ATF2 как молекулярную мишень при лечении воспалительных заболеваний. В частности, сильное влияние ATF2 на вирусную инфекцию гепатита важно для профилактики гепатита и борьбы с ним, а также для разработки терапевтических целей. Специфические ингибиторы могут быть разработаны и синтезированы на основе структурных и функциональных свойств ATF2. Между тем, природные соединения и растительные вещества, ингибирующие ATF2, требуют систематических исследований в качестве безопасных и специфических противовоспалительных средств.Однако их клиническая применимость и терапевтический индекс для людей еще предстоит определить. Идентификация новых классов соединений с большей специфичностью и меньшим количеством побочных эффектов может улучшить лечение воспалительных заболеваний человека.

    Аббревиатуры
    TLR рецепторы TLR c1289 K -Jun N-концевая киназа KC : Костный белок :
    ATM: протеинкиназа, мутированная в результате атаксии-телеангиэктазии
    ATF: Активирующий фактор транскрипции
    9128 9128 COST 9128 9128 iNOS: Индуцируемая синтаза оксида азота
    (TNF) -: Фактор некроза опухоли-
    ERK: Киназа, связанная с внеклеточными сигналами
    MAPK: Митоген-активированная протеинкиназа
    NF-B: Ядерный фактор-каппа B
    AP-1: Активаторный белок-1
    GM-CSF: Гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор
    PMA: Форбол-12-миристат-13-ацетат
    SSc: Системный склероз
    ECM: внеклеточный матрикс
    Семейство рецепторов распознавания образов
    IRAK4: Киназа-4, ассоциированная с рецептором IL-1
    WAT: Белая жировая ткань
    EGF1288 Эпидерный фактор роста HFD: Диета с высоким содержанием жиров
    CFA: Полный адъювант Фрейнда
    EA: Электроакупунктура
    HASMCs: Гладкие мышцы аорты человека SAPK / JNK ингибитор JNK-взаимодействующий белок-1
    HGF / SF: Рост гепатоцитов f актор / фактор рассеяния
    HAD-B: HangAmDan-B
    KLF2: Krüppel-like Factor 2
    BMP-7: CNN
    Центральная нервная система.
    Конфликт интересов

    Авторы сообщают об отсутствии конфликта интересов.

    Выражение признательности

    Эта работа была проведена при поддержке Программы совместных исследований для развития сельскохозяйственных наук и технологий (проект № PJ009241) Управления сельского развития Республики Корея. Только авторы несут ответственность за содержание и написание статьи.

    Регуляция печеночного метаболизма и роста клеток семейством транскрипционных факторов ATF / CREB

    Введение

    Печень играет центральную роль в метаболическом гомеостазе.Нарушение регуляции метаболизма глюкозы и липидов предрасполагает к развитию метаболических заболеваний, таких как инсулинорезистентность, диабет 2 типа и неалкогольная жировая болезнь печени (НАЖБП), и увеличивает риск развития нескольких типов рака, таких как гепатоцеллюлярная карцинома (ГЦК). (1,2). Аберрантная передача сигналов, регулируемая фактором транскрипции или кофактором в ответ на питательные вещества и факторы роста, играет ключевую роль в развитии этих нарушений.

    Члены ATF / CREB представляют собой консервативное семейство белков, которые разделяют домен основной области лейциновой молнии (bZIP), состоящий как из ДНК-связывающей основной области, так и из мотива димеризации лейциновой молнии (3-5).Активирующий фактор транскрипции (ATF) был впервые назван в 1987 году для определения группы белков, которые связываются с основной последовательностью «CGTCA» на промоторе аденовирусного гена (6). ЦАМФ-чувствительный элемент-связывающий белок (CREB) был определен как ядерный белок, который связывается с цАМФ-чувствительным элементом (CRE) на промоторе нейропептида соматостатина (7). Сайт связывания ATF позже был распознан как TGACGT (C / A) (G / A) (8), что полностью соответствует последовательности CRE (TGACGTCA) (9). Из-за этой последовательности эти две группы белков были вместе известны как семейство ATF / CREB (3,4).У млекопитающих идентифицировано более 20 белков, названных с префиксом ATF / CREB. Они делятся на подгруппы на основании их аминокислотного сходства как внутри, так и вне домена bZIP (таблица 1). Учитывая, что белки из разных подгрупп не имеют большего сходства, кроме домена bZIP, их следует рассматривать как отдельные белки, хотя они имеют похожие запутанные названия (3). Многие из белков ATF / CREB повсеместно экспрессируются в различных типах клеток. Белки семейства образуют гомодимер или селективный гетеродимер друг с другом или с другими белками bZIP и участвуют в регуляции экспрессии генов, связанных с широким спектром клеточных процессов в клетках млекопитающих.Обширные исследования установили, что белки ATF / CREB могут воспринимать и реагировать на внеклеточные колебания концентрации питательных веществ, уровней гормонов и энергетического статуса и функционировать как факторы или кофакторы транскрипции, чтобы играть критическую роль в регуляции системного гомеостаза в ключевых метаболических тканях. особенно в печени (Таблица 1). Однако, насколько и каким образом эти белки модулируются внеклеточными сигналами, а затем вносят вклад в гомеостаз клеточного метаболизма и роста, не совсем понятно.То, как хроническое переедание нарушает эти гомеостатические механизмы в физиологических условиях, приводя к избыточному накоплению липидов в печени, измененной секреции гепатокинов, гиперинсулинемии и, в конечном итоге, к диабету 2 типа, НАЖБП и ГЦК, в настоящее время является интенсивной областью исследований. Этот обзор сосредоточен на открытии основных белков ATF / CREB в сочетании сигналов питания и роста с регуляцией метаболизма глюкозы и липидов, а также роста и пролиферации клеток в печени.

    Таблица 1

    Локализация и функция членов семейства ATF / CREB

    Семейство ATF / CREB в метаболизме глюкозы

    Печень является ключевым органом, который поддерживает системный гомеостаз глюкозы, который зависит от координации множества биохимических путей, таких как гликогенез, глюконеогенез, синтез гликогена и гликолиз.Регуляторные гормоны, включая инсулин, глюкагон и глюкокортикоиды (10), контролируют гомеостаз глюкозы в печени во время цикла голодания и кормления, регулируя экспрессию генов, участвующих в этих путях. Семейство факторов транскрипции ATF / CREB модулирует множество клеточных процессов метаболизма глюкозы, особенно в регуляции глюконеогенеза и чувствительности к инсулину (рис. 1).

    Рисунок 1

    Обзор роли семейства ATF / CREB в пути, участвующем в глюконеогенезе в печени.Члены семейства ATF / CREB играют центральную роль в глюконеогенезе печени в качестве регуляторов транскрипции. В условиях голодания повышенный уровень циркулирующего глюкагона связывает рецептор, связанный с G-белком (GPCR), и стимулирует выработку цАМФ. CREB фосфорилируется и активируется PKA, которая передает сигнал в ядро ​​посредством взаимодействия с CRTC2. CREB / CRTC2 связывается с мотивом CRE в промоторе глюконеогенных ферментов, таких как G6Pase и PEPCK. Уровни экспрессии PGC-1α и MPC1 также индуцируются комплексом CREB / CRTC2, что приводит к усилению глюконеогенеза.ATF3, ATF6 и CREBZF подавляют глюконеогенез, нарушая взаимодействие между CREB и CRTC2. CREBH образует комплекс с PPARα и способствует гликолизу и глюконеогенезу за счет связывания с уникальной последовательностью, отличной от сайта связывания CREB / CRTC2. ATF4 регулирует глюконеогенез, способствуя экспрессии FOXO1, который функционирует как активатор транскрипции глюконеогенеза. AC, аденилатциклаза; CRTC2, коактиватор транскрипции, регулируемый CREB 2; G6Pase, глюкозо-6-фосфатаза; ЖК, жирная кислота; FOXO1, вилочная коробка класса О 1; MPC1, митохондриальный переносчик пирувата 1; PEPCK, фосфоенолпируваткарбоксикиназа; PGC-1α, рецептор, активируемый пролифератором пероксисом, γ, коактиватор-1α; PPARα, рецептор α, активируемый пролифератором пероксисом.

    Глюконеогенез

    Глюконеогенез — это метаболический путь, который приводит к синтезу глюкозы из пирувата и других неуглеводных предшественников, таких как аминокислоты, лактат и глицерин. Глюконеогенез активируется во время длительного голодания или ограничения энергии для поддержания гомеостаза уровней циркулирующей глюкозы (11). Как член семейства ATF / CREB, CREB действует как главный регулятор глюконеогенеза в печени. В ответ на голодание CREB фосфорилируется и активируется с помощью индуцированной глюкагоном передачи сигналов цАМФ-PKA.Активация CREB способствует глюконеогенезу за счет стимуляции экспрессии ключевых глюконеогенных ферментов, таких как PEPCK и G6Pase (12–14), а также коактиватора ядерного рецептора PGC-1α (15), который важен для глюконеогенеза. Во-вторых, активация транскрипции CREB усиливается дефосфорилированием и ядерной транслокацией CREB-регулируемого коактиватора транскрипции 2 (CRTC2) (15). Недавние исследования показывают, что активность CREB регулируется криптохромами (Cry) циркадным образом (16,17) и пируватдегидрогеназой киназой 4 (PDK4), которая увеличивает окисление жирных кислот в митохондриях и накопление цитозольного цАМФ (18).Более того, глюконеогенные эффекты CREB / CRTC2 опосредуются стимуляцией митохондриального переносчика пирувата 1 (MPC1), что приводит к усилению транспорта пирувата в митохондрии и увеличению количества субстратов для глюконеогенеза (19). Интересно, что уровни глюкозы натощак и глюконеогенная способность остаются неизменными у мышей, специфичных для печени, с нокаутом CREB, генерируемых инъекцией флоксированных мышей CREB с аденоассоциированным вирусом, экспрессирующим рекомбиназу Cre (20), что позволяет предположить, что функциональная избыточность может существовать среди CREB-связанных клеточных белков в регуляция глюконеогенеза.

    Примечательно, что другие члены семейства ATF / CREB, такие как ATF3, ATF6, CREBH и CREBZF, также играют роль в регуляции глюконеогенного процесса. ATF3 действует как репрессор транскрипции, подавляя глюконеогенез. Трансгенная сверхэкспрессия ATF3 в печени подавляет глюконеогенез и приводит к гипогликемии у мышей, получавших пищевую диету, через ATF3-опосредованное связывание сайта ATF / CRE на промоторе гена PEPCK (21,22). После обработки этанолом ATF3 связывается с элементом cAMP-ответа и блокирует рекрутирование CREB и CRTC2 на промотор глюконеогенных генов, что приводит к снижению глюконеогенеза (23).Более того, ATF6, один из сенсоров ответа развернутого белка при стрессе эндоплазматического ретикулума (ER), ингибирует глюконеогенез и связывает сигналы стресса ER с метаболизмом глюкозы (24,25). Механически ATF6 связывается с CRTC2 и нарушает его связь с CREB, что приводит к подавлению транскрипционной активности CREB и снижению глюконеогенеза. Что касается CREBH, он действует как положительный регулятор глюконеогенеза в печени и контролирует метаболизм глюкозы. Дефицит CREBH или специфический для печени нокдаун CREBH приводит к снижению уровня глюкозы натощак (26,27).Механически активная ядерная форма CREBH индуцируется при голодании, что приводит к усилению транскрипции PEPCK и G6Pase за счет связывания с уникальной последовательностью, отличной от сайта связывания CREB / CRTC2 (26,28,29). Более того, он также действует как связанный с циркадным ритмом регулятор транскрипции и играет роль в метаболизме глюкозы в печени (29). Протеолитическое расщепление и модификация ацетилирования CREBH регулируются циркадными часами, а ацетилированная ядерная форма CREBH взаимодействует с рецептором, активируемым пролифератором пероксисом (PPARα), что приводит к усилению гликогенолиза и глюконеогенеза (29).Интересно, что опосредованная аденовирусом избыточная экспрессия CREBZF, по-видимому, ингибирует активность комплекса CREB / CRTC2 и подавляет экспрессию PGC-1α, PEPCK и G6Pase, что приводит к снижению выхода глюкозы у мышей в условиях кормления (30). Вместе эти исследования показывают, что CREB координируется с другими белками ATF / CREB для контроля продукции глюкозы в печени и что сеть ATF / CREB имеет решающее значение для глюконеогенеза и поддержания системного гомеостаза глюкозы.

    Чувствительность к инсулину

    Многочисленные доказательства показывают важную роль семейства ATF / CREB в регуляции чувствительности к инсулину и метаболизма глюкозы.ATF3, по-видимому, оказывает пагубное влияние на передачу сигналов инсулина и увеличивает частоту диабета 2 типа, хотя было показано, что он ингибирует глюконеогенез в печени. Нокдаун ATF3 с помощью системы доставки миРНК in vivo-jetPEI улучшает нарушенное действие инсулина и непереносимость глюкозы у крыс с диабетом Цукера (ZDF) (31). В гепатоцитах ATF3 подавляет экспрессию AdipoR2, ключевого рецептора адипонектина с высокой экспрессией в печени, что может способствовать развитию инсулинорезистентности (32).Более того, уровни экспрессии ATF3 повышены в печени крыс с диабетом ZDF и пациентов с диабетом 2 типа, что позволяет предположить, что ATF3 может быть биомаркером диабета 2 типа у людей. Что касается ATF4, он отменяет передачу сигналов инсулина и приводит к инсулинорезистентности и гипергликемии (33–35). Мыши с дефицитом ATF4 защищены от гипергликемии, вызванной возрастом и диетой с высоким содержанием жиров (HFD), непереносимости глюкозы и ожирения (33). Ингибирующее действие ATF4 на чувствительность к инсулину опосредуется индукцией транскрипции TRB3, ингибитора Akt (34).

    В отличие от ингибирующего действия ATF3 и ATF4 на чувствительность к инсулину, ATF6 достаточен для активации индуцированного инсулином фосфорилирования Akt и активации передачи сигналов инсулина. ATF6 также действует как сенсибилизатор инсулина посредством подавления протеинкиназы R-подобной ER киназы (PERK) –фосфорилированной ветви eIF2α – ATF4 пути развернутого белкового ответа (34,36). Помимо индукции глюконеогенеза, CREB способствует инсулинорезистентности посредством ATF3-опосредованной репрессии адипонектина и GLUT4 в адипоцитах (37).Хронической активации коактиватора CREB CRTC2 в печени достаточно для повышения инсулинорезистентности печени и нарушения гомеостаза глюкозы (38). Однако эти результаты противоречат выводам о том, что макрофаг-специфическая недостаточность CREB вызывает инсулинорезистентность, подавляя поляризацию макрофагов M2 в висцеральной белой жировой ткани у мышей, получавших HFD (39). Более того, предыдущие исследования показывают, что CREB опосредует инсулино-сенсибилизирующие эффекты кальций / кальмодулин-зависимой протеинкиназы IV (CaMKIV) (40).Таким образом, эти данные предполагают, что регуляторная роль CREB в передаче сигналов инсулина в печени и в системе требует дальнейшего изучения. В соответствии с CREB, CREBH вызывает инсулинорезистентность. Дефицит CREBH увеличивает чувствительность к инсулину у мышей, получавших пищу и HFD (27,41). Кроме того, опосредованный аденовирусом нокдаун CREBH улучшает чувствительность к инсулину печени, о чем свидетельствуют гиперинсулинемические-эугликемические зажимы (26), хотя это противоречит результатам, показывающим, что аденовирусная или трансгенная сверхэкспрессия CREBH в печени вызывает как индукцию чувствительности к инсулину, так и снижение системные уровни глюкозы (42).При совокупности этих исследований выясняется, что семейство ATF / CREB играет разнообразную роль в контроле передачи сигналов инсулина в печени и системного гомеостаза глюкозы. Интересно, что новый перекрестный разговор внутри членов семьи, такой как CREB-опосредованная резистентность к инсулину через ATF3, может представлять собой новую молекулярную основу, лежащую в основе дерегулированного метаболизма глюкозы и гипергликемии. Понимание сложного механизма может предоставить терапевтические стратегии для лечения инсулинорезистентности и диабета 2 типа.

    Семейство ATF / CREB в метаболизме липидов

    Печень является основным местом синтеза и окисления жирных кислот de novo, которые играют центральную роль в поддержании системного гомеостаза липидного обмена. Семейство ATF / CREB участвует в регуляции многих аспектов процессов липидного метаболизма (рис. 2). Интересно, что многие члены семейства ATF / CREB индуцируются в ответ на питательные вещества, гормональные сигналы и клеточную энергию. ATF4 стимулирует чрезмерное накопление липидов в печени при высокоуглеводной диете, HFD или инъекции глюкозы или жирных кислот (43–47).При перегрузке питательными веществами уровни трансляции ATF4 повышаются за счет фосфорилирования и активации PERK и эукариотического фактора инициации трансляции 2α (eIF2α) пути стресса ER (43,48). ATF4 также индуцируется эукариотическим фактором инициации 6 (eIF6) в ответ на инсулин (49) и протеинтирозинфосфатазой-1B (PTP-1B) (47). Более того, ATF6 индуцируется в печени мышей, которых кормили HFD или вводили фармакологические индукторы стресса ER (50,51), в то время как CREBH индуцируется питательными и гормональными сигналами, такими как жирные кислоты, инсулин, HFD, диета с ограничением белка и голодание (27,52–54).Недавно выяснилось, что CREBZF действует как сенсор питательных веществ в регуляции липидного обмена (55,56). В ответ на возобновление питания или лечение инсулином CREBZF индуцируется посредством передачи сигналов PI3K-Akt в гепатоцитах и ​​печени мышей (55). CREBZF также индуцируется посредством аминокислотной реакции, подобной элементу (AARE), при лишении аминокислот, что указывает на потенциальную роль в регуляции аминокислотного ответа (AAR) (56). Вместе эти исследования подтверждают роль семейства ATF / CREB в чувствительности к питательным веществам и существование сети ATF / CREB для поддержания метаболизма липидов в печени, особенно в регуляции синтеза липидов, окисления жирных кислот и метаболизма липопротеинов.

    Рисунок 2

    Обзор роли семейства ATF / CREB в метаболизме липидов в печени. Члены семейства ATF / CREB передают различные питательные и энергетические сигналы в ядро ​​и модулируют метаболизм липидов в печени посредством регулирования экспрессии ключевых ферментов и регуляторов, участвующих в липогенезе, окислении жирных кислот и метаболизме липопротеинов. ATF4 активируется осью PERK-eIF2α стрессового ответа ER. ATF4 увеличивает липогенез, стимулируя экспрессию SREBP-1c и PPARγ, ключевых факторов транскрипции, участвующих в синтезе липидов.ATF4 активирует окисление жирных кислот, стимулируя экспрессию FGF21 и Sphk2. ATF6 стимулируется перегрузкой питательными веществами и перемещается в ядро ​​для подавления экспрессии SREBP-1c, PPARγ и SREBP-2, которые контролируют синтез липидов. В сотрудничестве с PPARα, ATF6 также увеличивает окисление жирных кислот, усиливая CPT1α и FGF21. После ацетилирования и активации PCAF, CREBH связывается с LXR, чтобы индуцировать экспрессию Fsp27β, что приводит к увеличению накопления липидов в печени. CREBH повышает экспрессию CPT1α и FGF21 для усиления окисления жирных кислот печени, взаимодействующих с PPARα.Более того, CREBH снижает уровень липидов в плазме и поддерживает гомеостаз липопротеинов за счет усиления экспрессии Apoa2, Apoa4 и Apoa5. CREBZF связывает инсулиновый сигнал, способствуя расщеплению и экспрессии SREBP-1c посредством взаимодействия с ATF4, тем самым стимулируя липогенез de novo. Ac-CoA, ацетил-CoA; АСС, ацетил-КоА карбоксилаза; CPT1α, карнитин пальмитоилтрансфераза 1α; eIF2α, фактор инициации трансляции эукариот 2α; FFA, свободная жирная кислота; FGF21, фактор роста фибробластов 21; Fsp27β, жиро-специфический белок 27β; PCAF, фактор, связанный с p300-CBP; PERK, протеинкиназа R-подобная ER киназа; PPARα, рецептор, активируемый пролифератором пероксисом; PPARγ, рецептор γ, активируемый пролифератором пероксисом; SCD1, стеароил-КоА десатураза 1; Sphk2, сфингозинкиназа; ТГ, триглицерид.

    Синтез липидов

    Синтез жирных кислот происходит в цитозоле и катализируется ограничивающим скорость ферментом синтазой жирных кислот (FAS), где в качестве субстратов используются ацетил-КоА и малонил-КоА. SREBP-1c является ключевым фактором транскрипции, который контролирует гены, участвующие в синтезе липидов. ATF4 играет важную роль в регуляции липогенеза печени. Мыши с дефицитом ATF4 в организме, получавшие диету с высоким содержанием углеводов или фруктозы, защищены от чрезмерного накопления триглицеридов и стеатоза печени в печени (44,45).Механически ATF4 усиливает липогенез за счет стимуляции SREBP-1c и его нижележащих липогенных мишеней, таких как ацетил-CoA-карбоксилаза (ACC), FAS и стеароил-CoA-десатураза 1 (SCD1) (44,45). Что касается ATF6, он участвует в подавлении липогенеза. У мышей с нокаутом ATF6 всего тела, по-видимому, снижена экспрессия липогенных генов, таких как SREBP-1c и PPARγ, и они устойчивы к HFD-индуцированному стеатозу печени (57). Механически ATF6 ингибирует липогенез и накопление липидов в печени путем рекрутирования корепрессора гистондеацетилазы 1 (HDAC1) в комплекс ATF6-SREBP-2 на стерол-регуляторном элементе промотора липогенного гена (58).В отличие от снижающих липогенность эффектов ATF6, сверхэкспрессия активного ядерного ATF6, по-видимому, увеличивает липогенез и стеатоз печени у рыбок данио с вызванной алкоголем жировой болезнью печени (59). Несмотря на это, большинство данных подтверждают влияние ATF6 на ингибирование синтеза липидов и ослабление стеатоза печени.

    CREBH участвует в контроле липогенеза. CREBH способствует липогенезу и метаболизму липидов в печени за счет взаимодействия и усиления липогенного ядерного рецептора, рецептора X печени (LXRα) циркадным образом (60).Опосредованная аденовирусами сверхэкспрессия конститутивно активного CREBH достаточна для ускорения увеличения липидных капель и накопления триглицеридов за счет индукции специфического для жира белка 27b (Fsp27β) в печени мышей (61). Также сообщалось, что CREBH-опосредованная активация Fsp27β имеет решающее значение для развития алкогольного стеатогепатита у мышей, получавших этанол, и людей с алкогольным стеатогепатитом (62). Сообщалось, что CREB подавляет синтез липидов. Нокдаун CREB с использованием аденовирусной сверхэкспрессии доминантно-отрицательного CREB приводит к повышенной экспрессии в печени липогенных генов, таких как PPARγ, FAS и цитратлиаза АТФ (ACLY), у голодных мышей (63).Механически CREB подавляет экспрессию PPARγ посредством стимуляции волосатого энхансера расщепления (HES-1), репрессора транскрипции. Соответственно, передача сигналов CREB-PPARγ опосредует положительные эффекты обонятельного рецептора 43 (Olfr43) на улучшение стеатоза печени у мышей с ожирением, вызванным диетой (64). Что касается CREBZF, сообщалось, что он способствует липогенезу. В ответ на повторное кормление инсулино-индуцированная активация CREBZF ингибирует транскрипцию Insig-2a посредством взаимодействия с ATF4, что позволяет обрабатывать SREBP-1 и активировать синтез жирных кислот.Во время ожирения или перегрузки питательными веществами гиперактивация CREBZF может представлять механизм чрезмерного липогенеза и развития стеатоза печени в условиях селективной инсулинорезистентности (55). Вместе оказывается, что ATF4, CREBH и CREBZF стимулируют липогенез в печени и накопление липидов в гепатоцитах, тогда как ATF6 и CREB имеют противоположный эффект. Эти результаты особенно интересны, поскольку сеть ATF / CREB может предоставить гепатоцитам средства для поддержания необходимого количества жирных кислот и, следовательно, контроля гомеостаза липидов в ответ на доступность питательных веществ.

    Окисление жирных кислот

    β-окисление жирных кислот является основным путем разложения жирных кислот и имеет важное значение для поддержания энергетического гомеостаза, который сильно активируется в печени при голодании. Ацил-КоА жирных кислот перемещается в митохондрии с помощью карнитин-пальмитоилтрансферазы 1 (CPT1), которая обеспечивает энергией гепатоциты и кетоновые тела в качестве метаболического топлива для других тканей во время голодания (65). CREBH способствует окислению жирных кислот, взаимодействуя с PPARα (42,52,53,60,66), ключевым ядерным рецептором для увеличения β-окисления жирных кислот (67).Ацетилирование лизина 294 CREBH ацетилтрансферазой PCAF необходимо для индукции активности комплекса CREBH и PPARα и уменьшения стеатоза печени, вызванного голоданием, тогда как деацетилирование SIRT1 имеет противоположные эффекты (68). В подтверждение этого, дефицит CREBH вызывает сильную индукцию стеатоза печени и фенотипов глубокого неалкогольного стеатогепатита (НАСГ) у мышей, получавших HFD (27). Механически CREBH индуцирует гепатокин FGF21 для усиления окисления жирных кислот печени путем взаимодействия с PPARα (41,42,53,66,69,70).Интересно, что положительные эффекты CREBH на стеатоз печени дополнительно усиливаются ингибирующими эффектами FGF21 на липолиз жировой ткани, что приводит к снижению мобилизации триглицеридов из жировой ткани в печень (41). Более того, вызванный дефицитом CREBH стеатоз печени и НАСГ у мышей, получавших атерогенный HFD, были обращены рекомбинантным белком FGF21 (53). Вместе эти данные свидетельствуют о том, что PPARα и FGF21 синергетически опосредуют положительные эффекты CREBH на окисление жирных кислот и поддерживают метаболизм липидов в печени.

    В отличие от эффектов ATF4 на индукцию липогенеза, ATF4, по-видимому, увеличивает продукцию FGF21 и оказывает благотворное влияние на увеличение окисления жирных кислот и снижение накопления липидов в гепатоцитах (71–75). ATF4 связывается с мотивом AARE промотора FGF21 через путь PERK-eIF2α у мышей в условиях стресса HFD или ER, вызванного ожирением или стрессорами ER. Активации ATF4 посредством конститутивного фосфорилирования eIF2α, которое индуцируется печеночно-специфической делецией eIF2α-фосфатазы CReP, достаточно для увеличения экспрессии FGF21 у мышей с ожирением, вызванным диетой, что приводит к снижению уровня триглицеридов в печени и улучшению стеатоза печени (74).Кроме того, ATF4 увеличивает окисление жирных кислот за счет усиления экспрессии сфингозинкиназы (Sphk2) у мышей, индуцированных диетой (76). Учитывая стимулирующие эффекты ATF4 на синтез липидов, относительный вклад ATF4 в метаболизм липидов в печени может контролироваться точным патофизиологическим контекстом, который может определяться чистыми эффектами ATF4 на липогенез анаболизма и катаболическое окисление жирных кислот. Сообщалось, что ATF6 является важным регулятором окисления жирных кислот печени (77).Механически ATF6 физически взаимодействует с PPARα и усиливает транскрипционную активность PPARα. Сверхэкспрессия доминантно-отрицательной формы ATF6 (dnATF6) или siRNA-опосредованный нокдаун ATF6 снижает транскрипционную активность комплекса PPARα / RXR и подавляет скорость потребления кислорода в гепатоцитах (77). Следовательно, активация PPARα, опосредованная ATF6, может представлять собой альтернативный путь к улучшению функции печени и лечению стеатоза печени при ожирении.

    Помимо регуляции липогенеза и окисления жирных кислот, CREBH и ATF6 также регулируют метаболизм липопротеинов.Липопротеинлипаза (ЛПЛ) — ключевой фермент, участвующий в гидролизе триацилглицеринового компонента циркулирующих хиломикронов и ЛПОНП и, таким образом, в удалении триглицеридов из крови. CREBH снижает уровень липидов в плазме, регулируя активность LPL. CREBH-дефицитные мыши проявляют фенотип гипертриглицеридемии, что связано с уменьшением коактиваторов LPL, таких как ApoC2, ApoA4 и ApoA5, ​​а также индукцией ингибитора LPL ApoC3 (78). CREBH напрямую индуцирует транскрипцию ApoA4 через сайты связывания CREBH на промоторе гена ApoA4, что приводит к усиленному гидролизу триглицеридов VLDL и снижению количества триглицеридов в циркуляции (54,79,80).Важно отметить, что сообщалось, что несколько мутаций гена CREBH, кодирующих нефункциональные белки CREBH, были идентифицированы у пациентов с гипертриглицеридемией, что указывает на потенциальную роль мутации CREBH в развитии дислипидемии (78). Более того, ATF6 улучшает гомеостаз липидов, регулируя синтез и транспорт липопротеинов. Дефицит ATF6α вызывает дестабилизированный аполипопротеин B-100, что приводит к снижению образования ЛПОНП и избыточному накоплению липидов в печени мышей, обработанных индукторами ER-стресса (81).Соответственно, дефицит ATF6α вызывает снижение экспрессии генов, связанных с синтезом и транспортом липопротеинов у мышей (82). Эти исследования демонстрируют, что CREBH и ATF6 улучшают стеатоз печени и контролируют метаболизм липидов, регулируя метаболизм липопротеинов.

    Из других регуляторных механизмов, CREB, по-видимому, улучшает метаболизм липидов в печени и функцию печени за счет стимуляции митофагии, индуцированной Bnip3, что приводит к снижению митохондриально-зависимой гибели клеток и защите от стеатоза печени, фиброза и НАЖБП (83).В отличие от положительного воздействия на улучшение липидного обмена, CREB, как сообщается, способствует фиброзу печени за счет активации TGFβ1 в звездчатых клетках печени (84). Опосредованная лентивирусами сверхэкспрессия CREB способствует фиброгенезу в печени крыс при обработке четыреххлористым углеродом (CCl 4 ). Необходимы дальнейшие исследования для определения причинных эффектов CREB на фиброз и НАСГ с использованием тканеспецифичных мышей с нокаутом CREB. Более того, CREBZF может регулировать метаболизм жирных кислот и холестерина в печени путем ингибирования транскрипционной активности ядерных рецепторов, таких как рецептор глюкокортикоидов (GR), конститутивный рецептор андростана (CAR) и ядерный фактор гепатоцитов 4 (HNF4) (85).Учитывая, что ингибирование активности GR за счет специфического для печени нокаута GR или дефицита активатора GR FKBP52 приводит к стеатозу печени у мышей, получавших кормовой рацион или HFD (86, 87), ингибирование GR и других ядерных рецепторов может подчеркивать потенциальную роль CREBZF в развитии нарушения липидного обмена и НАЖБП (55). Хотя выяснение основных механизмов все еще продолжается, текущие результаты показывают, что сеть ATF / CREB играет критическую роль в регуляции метаболизма липидов.

    Семейство ATF / CREB в росте клеток и раке

    Помимо метаболизма глюкозы и липидов, члены семейства ATF / CREB участвуют в регуляции роста и пролиферации гепатоцитов в ответ на множественные внешние раздражители (рис. 3). Интересно, что многочисленные белки ATF / CREB увеличиваются с помощью AAR, пути в клетках млекопитающих, предназначенного для ответа на дефицит аминокислот и контроля синтеза и обмена мРНК и белка (88). Как ключевой регулятор метаболизма аминокислот, ATF4 индуцируется AAR через аминокислотный сенсор GCN2-опосредованное фосфорилирование eIF2α (89–92), и тем самым повышающая регуляция ATF4 способствует выживанию клеток за счет активации экспрессии митохондриальной PEPCK (PEPCK-M ) (90).Кроме того, ATF4 способствует пролиферации клеток, индуцируя ферменты, необходимые для синтеза серина и поддержания активности mTORC1 (91), главного регулятора роста и метаболизма клеток в ответ на многочисленные сигналы, такие как факторы роста и аминокислоты (93). Соответственно, гипоталамический ATF4 увеличивает активность mTORC1 и повышает восприимчивость к инсулинорезистентности (94). ATF4 также опосредует эффекты mTORC1 на индукцию синтеза пурина по сигналам роста посредством стимуляции метилентетрагидрофолатдегидрогеназы 2 (MTHFD2) (95).Следовательно, mTORC1-зависимая активация ATF4 может обеспечивать петлю положительной обратной связи, которая дополнительно способствует росту клеток. Что касается ATF3, он транскрипционно индуцируется ATF4 в ответ на лишение аминокислот (96), что указывает на потенциальную роль ATF3 в регуляции роста клеток. ATF3 также индуцируется митогенными сигналами, такими как эпидермальный фактор роста (EGF) и фактор роста гепатоцитов (HGF). Активация ATF3 связывается с мотивом AP-1 промотора гена циклина D1, что приводит к усилению транскрипции циклина D1 и синтезу и пролиферации ДНК гепатоцитов (97).Однако также сообщается, что ATF3 способствует апоптозу, останавливает клеточный цикл и ингибирует Ras-опосредованный туморогенез (98). Учитывая противоречивые наблюдения, влияние ATF3 на пролиферацию клеток требует дальнейшего изучения. Более того, ATF2 индуцируется активацией JNK, активируемой путем AAR, которая не зависит от пути ATF4 (99). Активация ATF2 способствует пролиферации клеток и может способствовать развитию ГЦК (100,101). Влияние ATF2 на пролиферацию клеток дополнительно подтверждается наблюдениями, показывающими усиление регенерации гепатоцитов с помощью ATF2.Сообщалось, что ATF2 напрямую активируется MKK7, JNK-1 и глутатион-трансферазами P1 / P2 (GSTP1 / 2), что способствует экспрессии генов клеточного цикла и пролиферации гепатоцитов (102-104). Кроме того, ATF2 фосфорилируется MKK-активированными киназами p38 MAP (MAPK), что способствует выживанию и росту клеток. Напротив, активация c-Jun / ATF2 ингибирует фосфорилирование p38 за счет стимуляции MAPK-фосфатаз, что обеспечивает механизм отрицательной обратной связи для подавления гиперактивации активности p38 и аберрантного выживания и роста клеток (105).

    Рисунок 3

    Регулирование пролиферации и роста клеток семейством факторов транскрипции ATF / CREB. В ответ на факторы роста (такие как инсулин) и аминокислоты, ATF4 активируется активацией комплекса mTORC1 или AAR через аминокислотный сенсор GCN2-опосредованное фосфорилирование eIF2α. Повышающая регуляция ATF4 способствует синтезу пурина и выживанию клеток за счет стимуляции MTHFD2 и PEPCK-M и PKM2 соответственно. Напротив, активность ATF4 ингибируется эукариотическим фактором инициации трансляции 4E-BP1 как следствие низких факторов роста.Более того, димеризация и активация c-Jun и ATF2 запускаются AAR или воспалительными сигналами, которые способствуют пролиферации клеток и могут способствовать развитию HCC. ATF3 транскрипционно индуцируется ATF4. ATF3 усиливает экспрессию циклина D1 посредством связывания с мотивом AP-1 промотора гена циклина D1, что приводит к усилению синтеза и пролиферации ДНК гепатоцитов. Интересно, что CREBZF подавляет рост и пролиферацию клеток посредством репрессии димеризации и транскрипционной активности STAT3, а также стабилизации и активации p53.GCN2, общий контроль негерметичный 2; 4E-BP1, 4E-связывающий белок; JNK, N-концевая киназа c-Jun; mLST8, смертельный исход для млекопитающих с белком 8 Sec13; MTHFD2, метилентетрагидрофолатдегидрогеназа 2; mTORC1, мишень рапамицинового комплекса 1 у млекопитающих; PEPCK-M, митохондриальная фосфоенолпируваткарбоксикиназа; PKM2, изофермент пируваткиназы типа M2; RAPTOR, регуляторный ассоциированный белок mTOR 1.

    Неконтролируемая активация роста и пролиферации клеток приводит к онкогенезу. В тканях HCC уровни экспрессии ATF6 повышены и коррелируют с гистологической классификацией HCC (106).Сверхэкспрессия ATF6α в клетках фибробластов легких человека (HLF), линии клеток HCC человека, вызывает индукцию 18 генов, которые высоко экспрессируются в тканях HCC (107), что указывает на потенциальную роль ATF6 в патогенезе HCC (106,107). Напротив, обогащенный печенью CREBH действует как супрессор роста, подавляя пролиферацию клеток. Сверхэкспрессия CREBH подавляет вступление в S-фазу и блокирует развитие клеточного цикла в клетках HepG2, что приводит к подавлению роста и пролиферации гепатоцитов (108).Важно отметить, что уровни экспрессии CREBH ниже в тканях HCC человека по сравнению с соседними доброкачественными тканями печени (108). Эти результаты предполагают, что CREBH действует как ингибитор роста и пролиферации гепатоцитов и что потеря активности CREBH может способствовать инициации и / или прогрессированию HCC. Интересно, что как еще один член семейства ATF / CREB, CREB3, разделяя высококонсервативные домены с CREBH (109,110), также участвует в метастазировании опухолевых клеток. Механически CREB3 способствует транскрипции рецептора 4 мотива CXC (CXCR4) посредством связывания с элементом CRE в промоторе CXCR4, что приводит к повышенной миграции метастатических клеток рака молочной железы MDA-MB-231 (111).CREM активируется в клетках HCC человека и мыши и может действовать как кандидат в онкогены в патогенезе HCC (112). Влияние CREM на рост и пролиферацию клеток дополнительно подтверждается наблюдениями, показывающими усиление регенерации печени у мышей с дефицитом CREM после гепатэктомии (108,113,114). Что касается CREBZF, он действует как ингибитор роста клеток. Сверхэкспрессия CREBZF вызывает мощную стабилизацию и активацию супрессора опухолей p53, что приводит к ингибированию ингибирования роста клеток (115), тогда как нокдаун CREBZF приводит к снижению p53 и индукции прогрессирования клеточного цикла (116).Кроме того, выявлена ​​ингибирующая роль CREBZF в пролиферации гепатоцитов и регенерации печени (117). Гепатоцит-специфическая недостаточность CREBZF стимулирует экспрессию семейства генов циклинов, способствует прогрессированию клеточного цикла и усиливает регенерацию печени после частичной гепатэктомии или в ответ на лечение CCl 4 . Механически CREBZF сильно ассоциируется с линкерным доменом STAT3 и подавляет его димеризацию и транскрипционную активность (117). Взятые вместе, семейство факторов транскрипции ATF / CREB жизненно важно для поддержания функции и физиологии печени, а аберрантная регуляция этих сигналов может привести к раку человека, включая ГЦК.Нацеливание на эти молекулы может обеспечить потенциальное лечение онкогенеза и прогрессирования ГЦК.

    Выводы и перспективы на будущее

    Исследования последних десятилетий выявили плеотропные функции семейства белков ATF / CREB в регуляции метаболизма и роста клеток. Эти результаты заметно расширили наше понимание патогенеза диабета 2 типа, НАЖБП и рака, а также выявили новые цели для профилактики и лечения этих заболеваний. Хотя многие белки семейства ATF / CREB имеют перекрывающиеся функции в метаболизме, они играют неизбыточную роль в ответ на доступность питательных веществ, гормонов и энергии.После активации они действуют как факторы транскрипции или кофакторы, чтобы контролировать метаболический гомеостаз посредством образования комплексов с другими клеточными белками. Дальнейшие транскриптомные и протеомные анализы необходимы для дальнейшего определения биологии и механизма белков семейства ATF / CREB при различных физиологических и патологических состояниях.

    Интересно, что доклинические исследования показывают, что семейство ATF / CREB может представлять собой терапевтические средства для лечения некоторых типов рака. Ингибитора CREB 666-15 достаточно для подавления роста раковых клеток в модели ксенотрансплантата MDA-MB-468 (118).Мелатонин действует как ингибитор ATF6, способствуя апоптозу клеток гепатомы, и может быть потенциальным кандидатом для лечения ГЦК (119). Более того, ATF3 и ATF4 гиперактивированы в печени пациентов с НАЖБП и НАСГ (31, 120), и несколько мутаций гена CREBH были идентифицированы у пациентов с гипертриглицеридемией (78). Учитывая, что активность членов семьи не регулируется при диабете, жировой болезни печени и опухолях, терапевтические подходы, такие как ингибиторы или агонисты ATF / CREB, могут предложить новые захватывающие возможности для лечения этих заболеваний.

    Тем не менее, еще предстоит ответить на многие вопросы. Хотя семейство ATF / CREB объединяет широкий спектр внутриклеточных и внеклеточных сигналов, таких как глюкоза, свободные жирные кислоты, факторы роста и стероидные гормоны, как интегрированные сигналы и перекрестные помехи регулируются между членами семьи независимо или взаимодействуют с другими ядерными факторами. или кофакторы не совсем понятны. Физиологическая значимость сигнальных путей ATF / CREB требует дальнейшего изучения на животных моделях.Биология белков ATF / CREB и механизм действия должны быть изучены с использованием различных тканеспецифичных мышей с нокаутом. Играет ли и как передача сигналов ATF / CREB роль в соединении изменения глюкозы или метаболизма липидов с развитием неконтролируемого роста клеток и туморогенеза?

    Учитывая широкий спектр паттернов экспрессии генов, члены семейства ATF / CREB также функционируют в других ключевых метаболических тканях, таких как жировая ткань, скелетная мышца, иммуноциты и нервная система.Будущие исследования в области понимания механизмов действия белков ATF / CREB в этих тканях важны для раскрытия их полного патофизиологического потенциала в контроле метаболического гомеостаза всего тела. Вместе семейство ATF / CREB имеет решающее значение для множества сигнальных путей, важных для здоровья человека. Дальнейшее освещение их биологической функции и лежащего в основе механизма, а также перевод результатов фундаментальных исследований в новые терапевтические средства, безусловно, будут в центре внимания исследований на долгие годы.

    Маркер нейронального повреждения ATF-3 индуцируется в первичных афферентных нейронах крыс с моноартритом — Реферат — Нейросигналы 2011, Vol. 19, № 4

    Оригинальная бумага

    Бесплатный доступ

    Насименто Д.· Поцца Д.Х. · Кастро-Лопес Д.М. · Нето Ф.Л.

    Принадлежность к авторам

    Departamento de Biologia Experimental, Faculdade de Medicina do Porto e Instituto de Biologia Molecular e Celular (IBMC), Universidade do Porto, Порту, Португалия

    Автор, ответственный за переписку

    Fani Lourença Moreira Neto

    Departamento de Biologia Experimental

    Faculdade de Medicina da Universidade do Porto

    Alameda Prof.Эрнани Монтейро, PT – 4200-319 Порту (Португалия)

    Тел. +351 22 551 3654, электронная почта [email protected]

    Нейросигналы 2011; 19: 210–221

    .

    Аннотация

    Экспрессия активирующего фактора транскрипции 3 (ATF-3) была связана с несколькими сигнальными путями, участвующими в ответе на клеточный стресс во многих типах клеток, и обычно рассматривается как маркер повреждения нейронов в ганглиях задних корешков (DRG).Мы исследовали экспрессию ATF-3 в первичных афферентах на моноартритической (МА) модели хронической воспалительной боли в суставах. Иммуногистохимия показала, что ATF-3 сильно индуцируется, главным образом, в малых и средних нейронах, особенно на 2-й и 4-й день МА в L 5 DRG. Совместная локализация с пептидом, связанным с геном кальцитонина (CGRP) и изолектином B4 (IB4), продемонстрировала, что ATF-3-иммунореактивные клетки в основном являются пептидергическими. Отсутствие значимых различий в совместной локализации ATF-3 и pAkt указывает на то, что ATF-3, вероятно, не участвует в pAkt-опосредованном пути выживания.Противовоспалительное введение (кетопрофен) не смогло обратить вспять индукцию ATF-3 у крыс MA, но значительно увеличило экспрессию CGRP. Эти данные предполагают, что экспрессия ATF-3 определенно участвует в МА, фактически маркируя поврежденные нейроны. Некоторая степень повреждения нейронов, по-видимому, происходит с первых дней болезни, в основном затрагивая пептидергические нейроны малого и среднего размера. Внутрисуставная инъекция полного адъюванта Фрейнда и создание нейровоспалительной среды кажутся правдоподобным объяснением местного повреждения нервов.

    © 2011 S. Karger AG, Базель


    Список литературы

    1. Schaible HG, Richter F, Ebersberger A, Boettger MK, Vanegas H, Natura G, Vazquez E, Segond von Banchet G: Боль в суставах. Exp Brain Res 2009; 196: 153–162.
    2. Вульф CJ, Costigan M: Транскрипционная и посттрансляционная пластичность и создание воспалительной боли.Proc Natl Acad Sci USA 1999; 96: 7723–7730.
    3. Лю Д., Чен Дж., Хай Т.: Регулирование экспрессии гена ATF3 с помощью митоген-активируемых протеинкиназ. Biochem J 2007; 401: 559–567.
    4. Нобори К., Ито Х, Тамамори-Адачи М., Адачи С., Оно Й, Каваучи Дж., Китадзима С., Марумо Ф, Изобе М.: ATF3 ингибирует доксорубицин-индуцированный апоптоз в сердечных миоцитах: новая кардиозащитная роль ATF3.J Mol Cell Cardiol 2002; 34: 1387–1397.
    5. Ohba N, Maeda M, Nakagomi S, Muraoka M, Kiyama H: Двухфазная экспрессия активирующего фактора транскрипции-3 в нейронах после инфаркта мозга. Brain Res Mol Brain Res 2003; 115: 147–156.
    6. Фрэнсис Дж. С., Драгунов М., Во время MJ: Сверхэкспрессия ATF-3 защищает нейроны гиппокампа крысы от инъекции каиновой кислоты in vivo.Brain Res Mol Brain Res 2004; 124: 199–203.
    7. Chen HM, Wang L, D’Mello SR: Ингибирование экспрессии ATF-3 с помощью B-Raf опосредует нейрозащитное действие GW5074. Журнал Neurochem 2008; 105: 1300–1312.
    8. Накагоми С., Судзуки Ю., Намикава К., Кирю-Сео С., Кияма Н. Экспрессия активирующего фактора транскрипции 3 предотвращает гибель нейронов, индуцированную N-концевой киназой c-Jun, путем стимулирования экспрессии белка 27 теплового шока и активации Akt.J. Neurosci 2003; 23: 5187–5196.
    9. Shi TJ, Huang P, Mulder J, Ceccatelli S, Hökfelt T: Экспрессия p-Akt в сенсорных нейронах и спинном мозге после повреждения периферического нерва. Нейросигналы 2009; 17: 203–212.
    10. Обата К., Яманака Х., Фукуока Т., Йи Д., Токунага А., Хашимото Н., Йошикава Х., Ногучи К.: Вклад поврежденных и неповрежденных нейронов ганглиев дорзального корешка в болевое поведение и изменения в экспрессии генов после хронического повреждения седалищного нерва. у крыс.Боль 2003; 101: 65–77.
    11. Peters CM, Ghilardi JR, Keyser CP, Kubota K, Lindsay TH, Luger NM, Mach DB, Schwei MJ, Sevcik MA, Mantyh PW: Опухоль-индуцированное повреждение первичных афферентных сенсорных нервных волокон при боли при раке костей. Exp Neurol 2005; 193: 85–100.
    12. Tsujino H, Kondo E, Fukuoka T, Dai Y, Tokunaga A, Miki K, Yonenobu K, Ochi T, Noguchi K: индукция активационного фактора транскрипции 3 (ATF3) путем аксотомии в сенсорных и мотонейронах: новый нейрональный маркер повреждения нервов.Mol Cell Neurosci 2000; 15: 170–182.
    13. Инглис Дж. Дж., Нотли К. А., Эссекс Д., Уилсон А. В., Фельдманн М., Ананд П., Уильямс Р.: Коллаген-индуцированный артрит как модель гипералгезии: функциональный и клеточный анализ анальгетических действий блокады фактора некроза опухоли. Arthritis Rheum 2007; 56: 4015-4023.
    14. Ivanavicius SP, Ball AD, Heapy CG, Westwood FR, Murray F, Read SJ: Структурная патология в модели остеоартрита на грызунах связана с нейропатической болью: повышенная экспрессия ATF-3 и фармакологическая характеристика.Боль 2007; 128: 272–282.
    15. Braz JM, Basbaum AI: Дифференциальная экспрессия ATF3 в нейронах ганглия задних корешков показывает профиль первичных афферентов, задействованных различными вредными химическими стимулами. Боль 2010; 150: 290–301.
    16. Инглис Дж. Дж., Ниссим А., Лис Д. М., Хант С. П., Чернаевский Ю., Кидд Б. Л.: Дифференциальный вклад фактора некроза опухоли в термическую и механическую гипералгезию во время хронического воспаления.Arthritis Res Ther 2005; 7: R807 – R816.
    17. Segond von Banchet G, Boettger MK, Fischer N, Gajda M, Brauer R, Schaible HG: Экспериментальный артрит вызывает инфильтрацию макрофагов, зависимую от фактора некроза опухоли α, в ганглии задних корешков крыс, что коррелирует с поведением, связанным с болью. Боль 2009; 145: 151–159.
    18. Butler SH, Godefroy F, Besson JM, Weil-Fugazza J: Ограниченная модель артрита для исследований хронической боли у крыс.Боль 1992; 48: 73–81.
    19. Аверилл С., МакМахон С.Б., Клэри Д.О., Райхардт Л.Ф., Пристли Дж.В.: Иммуноцитохимическая локализация рецепторов trkA в химически идентифицированных подгруппах сенсорных нейронов взрослых крыс. Eur J Neurosci 1995; 7: 1484–1494.
    20. Ryu PD, Gerber G, Murase K, Randic M: Действия пептида, связанного с геном кальцитонина, на нейроны спинного рога спинного мозга крысы.Brain Res 1988; 441: 357–361.
    21. Blesch A, Tuszynski MH: Доставка гена GDNF к поврежденным двигательным нейронам ЦНС взрослых способствует росту аксонов, экспрессии трофического нейропептида CGRP и клеточной защите. J Comp Neurol 2001; 436: 399–410.
    22. Zheng LF, Wang R, Xu YZ, Yi XN, Zhang JW, Zeng ZC: динамика пептидов, связанных с геном кальцитонина, в ганглиях задних корешков и спинном мозге крыс после различных повреждений седалищного нерва.Brain Res 2008; 1187: 20–32.
    23. Ruiz G, Banos JE: Влияние фактора роста эндоневрального нерва на экспрессию пептидов, связанных с геном кальцитонина, в первичных сенсорных нейронах. Brain Res 2005; 1042: 44–52.
    24. Nascimento D, Pozza DH, Castro-Lopes JM, Neto FL: измененная экспрессия ATF-3 в первичных афферентных нейронах во время воспалительной боли.Eur J Pain 2009; 13: S52.
    25. Nascimento D, Pozza DH, Castro-Lopes JM, Neto FL: индуцированная экспрессия маркера повреждения нейронов ATF3 в первичных афферентах во время моноартрита: характеристика вовлеченных популяций нейронов; в Обществе нейробиологии, 2010. Интернет. 2010. Сан-Диего / Калифорния: Программа № 586.3 / ZZ9. Планировщик встреч по неврологии на 2010 год.
    26. Циммерманн М: Этические руководящие принципы исследования экспериментальной боли у находящихся в сознании животных.Боль 1983; 16: 109–110.
    27. Лоренко Нето Ф., Шадрак Дж., Платцер С., Циглгансбергер В., Толле Т. Р., Кастро-Лопес Дж. М.: Экспрессия мРНК метаботропных рецепторов глутамата в таламусе и стволе мозга крыс с моноартритом. Brain Res Mol Brain Res 2000; 81: 140–154.
    28. Castro-Lopes JM, Tavares I, Tolle TR, Coito A, Coimbra A: Увеличение ГАМКергических клеток и уровней ГАМК в спинном мозге при одностороннем воспалении задней конечности у крысы.Eur J Neurosci 1992; 4: 296–301.
    29. Averill S, Michael GJ, Shortland PJ, Leavesley RC, King VR, Bradbury EJ, McMahon SB, Priestley JV: NGF и GDNF улучшают увеличение экспрессии ATF3, которое происходит в ганглиозных клетках дорзального корешка в ответ на повреждение периферического нерва. Eur J Neurosci 2004; 19: 1437–1445.
    30. Феррейра-Гомес Дж., Адаес С., Саркандер Дж., Кастро-Лопес Дж. М.: Фенотипические изменения нейронов, которые иннервируют остеоартритные суставы у крыс.Arthritis Rheum 2010; 62: 3677–3685.
    31. Фукуока Т., Кондо Е., Дай Ю., Хашимото Н., Ногучи К.: Нейротрофический фактор головного мозга увеличивается в неповрежденных нейронах ганглиев дорзального корешка в модели селективной перевязки спинномозговых нервов. J. Neurosci 2001; 21: 4891–4900.
    32. Neto FL, Carvalhosa AR, Ferreira-Gomes J, Reguenga C, Castro-Lopes JM: экспрессия мРНК дельта-опиоидного рецептора изменена в таламусе и стволе мозга крыс с моноартритом.J Chem Neuroanat 2008; 36: 122–127.
    33. Шадрак Дж., Нето Ф.Л., Аблитнер А., Кастро-Лопес Дж. М., Виллок Ф., Бартенштейн П., Циглгансбергер В., Толле Т. Р.: Изменения метаболической активности в спинном мозге крысы во время адъювантного моноартрита. Неврология 1999; 94: 595–605.
    34. Иноуэ К., Зама Т., Камимото Т., Аоки Р., Икеда Ю., Кимура Н., Хагивара М.: TNFα-индуцированная экспрессия ATF3 двунаправленно регулируется путями JNK и ERK в эндотелиальных клетках сосудов.Гены клеток 2004; 9: 59–70.
    35. Дилли А., Линн Б., Панг С.Дж.: Механочувствительность к давлению и растяжению периферических нервных волокон после местного воспаления нервного ствола. Боль 2005; 117: 462–472.
    36. Chen BP, Liang G, Whelan J, Hai T: ATF3 и ATF3 delta Zip.Транскрипционная репрессия против активации альтернативно сплайсированными изоформами. J Biol Chem 1994; 269: 15819–15826.
    37. Лян Г., Вольфганг С.Д., Чен Б.П., Чен Т.Х., Хай Т: ген ATF3. Геномная организация, промотор и регуляция. J Biol Chem 1996; 271: 1695–1701.
    38. Вольфганг Ц.Д., Лян Г., Окамото Й., Аллен А.Е., Хай Т.: транскрипционная авторепрессия индуцируемого стрессом гена ATF3.J. Biol Chem. 2000; 275: 16865–16870.
    39. Seijffers R, Allchorne AJ, Woolf CJ: Фактор транскрипции ATF-3 способствует разрастанию нейритов. Mol Cell Neurosci 2006; 32: 143–154.
    40. Seijffers R, Mills CD, Woolf CJ: ATF3 увеличивает внутреннее состояние роста нейронов DRG для усиления регенерации периферических нервов.J Neurosci 2007; 27: 7911–7920.
    41. Li XQ, Verge VM, Johnston JM, Zochodne DW: пептид CGRP и регенерирующие сенсорные аксоны. J Neuropathol Exp Neurol 2004; 63: 1092–1103.
    42. Сейболд VS: Роль пептидов в центральной сенсибилизации.Handb Exp Pharmacol 2009; 194: 451–491.
    43. Calza L, Pozza M, Zanni M, Manzini CU, Manzini E, Hokfelt T: Пептидная пластичность в первичных сенсорных нейронах и спинном мозге во время индуцированного адъювантом артрита у крыс: иммуноцитохимическое исследование и исследование гибридизации in situ. Неврология 1998; 82: 575–589.
    44. Galeazza MT, Гарри М.Г., Йост HJ, Стрейт К.А., Харгривз К.М., Сейболд В.С.: Пластичность в синтезе и хранении вещества P и пептида, связанного с геном кальцитонина, в первичных афферентных нейронах во время периферического воспаления.Неврология 1995; 66: 443–458.
    45. Pezet S, Spyropoulos A, Williams RJ, McMahon SB: Активно-зависимое фосфорилирование Akt / PKB во взрослых нейронах DRG. Eur J Neurosci 2005; 21: 1785–1797.
    46. Xu JT, Tu HY, Xin WJ, Liu XG, Zhang GH, Zhai CH: Активация фосфатидилинозитол-3-киназы и протеинкиназы B / Akt в ганглиях задних корешков и спинном мозге способствует невропатической боли, вызванной перевязкой спинномозгового нерва у крыс.Exp Neurol 2007; 206: 269–279.
    47. Marchand F, Perretti M, McMahon SB: Роль иммунной системы в хронической боли. Нат Рев Neurosci 2005; 6: 521–532.
    48. Staton PC, Wilson AW, Bountra C, Chessell IP, Day NC: Изменения в экспрессии CGRP ганглиев задних корешков в модели хронического воспаления коленного сустава крысы: дифференциальная модуляция рофекоксибом и парацетамолом.Eur J Pain 2007; 11: 283–289.

    Подробности статьи / публикации

    Предварительный просмотр первой страницы

    Получено: 7 апреля 2011 г.
    Принято: 16 июня 2011 г.
    Опубликовано онлайн: 6 сентября 2011 г.
    Дата выпуска: декабрь 2011 г.

    Количество страниц для печати: 12
    Количество фигур: 4
    Количество столов: 1

    ISSN: 1424-862X (печатный)
    eISSN: 1424-8638 (онлайн)

    Для дополнительной информации: https: // www.karger.com/NSG


    Авторские права / Дозировка препарата / Заявление об ограничении ответственности

    Авторские права: Все права защищены. Никакая часть данной публикации не может быть переведена на другие языки, воспроизведена или использована в любой форме и любыми средствами, электронными или механическими, включая фотокопирование, запись, микрокопирование, или какой-либо системой хранения и поиска информации, без письменного разрешения издателя. .
    Дозировка лекарств: авторы и издатель приложили все усилия, чтобы гарантировать, что выбор и дозировка лекарств, указанные в этом тексте, соответствуют текущим рекомендациям и практике на момент публикации.Тем не менее, ввиду продолжающихся исследований, изменений в правительственных постановлениях и постоянного потока информации, касающейся лекарственной терапии и реакций на них, читателю настоятельно рекомендуется проверять листок-вкладыш для каждого препарата на предмет любых изменений показаний и дозировки, а также дополнительных предупреждений. и меры предосторожности. Это особенно важно, когда рекомендованным агентом является новое и / или редко применяемое лекарство.
    Отказ от ответственности: утверждения, мнения и данные, содержащиеся в этой публикации, принадлежат исключительно отдельным авторам и соавторам, а не издателям и редакторам.Появление в публикации рекламы и / или ссылок на продукты не является гарантией, одобрением или одобрением рекламируемых продуктов или услуг или их эффективности, качества или безопасности.