Функції мітохондріальної 2 ’, 3’-циклічної нуклеотид-3’-фосфодіестерази та перспективи її

Крестініна Ольга

1 Інститут теоретичної та експериментальної біофізики Російської академії наук, м. Пущино, 142290 Московська область, Росія; ur.relbmar@luyb

Бабуріна Юлія

Пападопулос Василіос

2 Кафедра фармакології та фармацевтичних наук, Фармацевтична школа, Університет Південної Каліфорнії, Лос-Анджелес, CA 90089, США; ude.csu@podapapv

Анотація

2 ′, 3′-циклічний нуклеотид-3′-фосфодіестераза (CNPase) - це пов’язаний з мієліном фермент, який каталізує гідроліз фосфодіефіру 2 ’, 3’-циклічних нуклеотидів до 2’-нуклеотидів. Однак його наявність виявляється також у немієлінованих клітинах та інших клітинних структурах. Розуміння його специфічних фізіологічних функцій, особливо в немієлінованих клітинах, все ще є неповним. Цей огляд концентрується на ролі мітохондріальної CNPase (mtCNPase), незалежної від мієліну. mtCNPase здатний регулювати функціонування перехідної пори мітохондріальної проникності (mPTP) і, отже, бере участь у механізмах загибелі клітин, як апоптозу, так і некрозу. Також розглядається його участь у розвитку різних захворювань та патологічних станів, таких як старіння, хвороби серця та алкогольна залежність. Таким чином, mtCNPase можна розглядати як потенційну мішень для розробки терапевтичних стратегій у лікуванні захворювань, пов'язаних з мітохондріями.

1. Вступ

У центральній нервовій системі ссавців та деяких хребетних рясно присутній асоційований з мієліном фермент 2 ', 3'-циклічний нуклеотид 3'-фосфодіестераза (CNPase, EC3.1.4.37). Відомо, що CNPase здатний каталізувати гідроліз 2 ’, 3’-циклічних нуклеотидів з утворенням 2’-нуклеотидів in vitro [1], проте фізіологічний субстрат in vivo досі незрозумілий. Крім того, повідомлялося, що фермент був присутній у різних інших типах клітин, хоча і на нижчих рівнях [2,3], та в немієлінових мембранних препаратах із селезінки, печінки, тимусу, надниркових залоз, нирок, серця та скелетних м’язів [4,5,6]. Також спостерігалося, що CNPase асоціюється з мітохондріями в клітинах надниркових залоз [7].

2. Виявлення mtCNPase

Схематичне зображення виявлення mtCNPase в мітохондріях.

3. Партнери взаємодії mtCNPase

Дайєр та співавтори показали, що CNP-аза локалізована як з цитоскелетом на основі актину, так і з цибулером на основі тубуліну в культивованих олігодендроцитах. [21]. Пізніше Де Анджеліс і Браун виявили, що CNPase насправді пов'язана з цитоскелетом на основі актину [23]. Додаткові біохімічні докази взаємодії CNPase-тубулін були отримані під час спостереження, що мікротрубочки в культивованих клітинах щитовидної залози дисоціювали від плазматичної мембрани після обробки ловастатином, сполукою, яка інгібує ізопренілювання. Оскільки функція тубуліну не вимагає ізопренілювання, це припускає, що ізопренільований білок-лінкер повинен бути відповідальним за прикріплення до мембран мікротрубочок. Такий ізопренільований білок з молекулярною масою 48 кДа пізніше був ідентифікований як CNPase [24]. Також було встановлено, що CNPase не тільки асоціюється з мікротрубочками в культивованих клітинах щитовидної залози щурів та тканинах головного мозку, але також спільно очищається мікротрубочками навіть після послідовних циклів полімеризації та деполімеризації. Таким чином, CNPase було визначено як білок, асоційований з мікротрубочками, який також має полімеризаційну активність мікротрубочок in vitro [25].

Повідомлялося, що mtCNPase специфічно асоціюється з ADAP1, специфічним для головного мозку білком (відомим нещодавно як p42 IP4 або Кентаврин-α1) та α-тубуліном у RBM [26]. Цікаво, що в мітохондріях асоціації ADAP1 з mtCNPase, ADAP1 з α-тубуліном та mtCNPase з α-тубуліном були підтверджені експериментами з ко-імунопреципітацією [26]. Ко-імунопреципітація може сприйматися як ознака взаємодії in vivo між відповідними білками. Важливо, що було виявлено, що імунопреципітат ADAP1 від RBM містив імунореактивні смуги як для mtCNPase, так і для антитіл до α-тубуліну. Імунореактивні смуги не спостерігались у імунопреципітатів, отриманих з антитілами до контролю ізоформи CNPase на основі мієліну. Специфічність спільного імунопреципітації ADAP1 з α-тубуліном та mtCNPase підтверджена імунофарбуванням антитілом АНТ. Таким чином, можна зробити висновок про утворення комплексу in vivo між ADAP1, mtCNPase та α-тубуліном у RBM. Залучення ADAP1 та mtCNPase у розкриття mPTP, спричинене Ca 2+, було продемонстровано незалежно в ізольованих мітохондріях з різних клітин [16,26]. Тому представляє великий інтерес зрозуміти, які функціональні наслідки мають комплекс, що містить ADAP1, mtCNPase та α-тубулін, що утворюються in vivo в RBM.

Повідомляється, що mtCNPase локалізована як на внутрішній, так і на зовнішній мембранах мітохондрій, ефективно розміщуючи її між собою (рис. 2) [16]. Ця знахідка спонукала нас шукати білки, що взаємодіють з mtCNPase, в межах контактних місць, де розташований комплекс mPTP. АНТ і залежний від напруги аніонний канал (VDAC) раніше вважалися компонентами комплексу mPTP. Однак генетичні дослідження показали, що для складу mPTP не потрібні VDAC і ANT [27,28], проте VDAC і ANT все ще вважаються регуляторами/модуляторами mPTP [29,30,31]. Однак циклофілін D (CyP-D) - це білок мітохондріального матриксу, який розглядається як один з найважливіших елементів функціонування mPTP [32]. Було показано, що mtCNPase осідає з основними регуляторами mPTP, такими як CyP-D, VDAC та ANT [33]. Виявлення того, що mtCNPase колокалізована з CyP-D, ANT та VDAC, а також з α-тубуліном у мітохондріях, завантажених та розвантажених Ca 2+, вказує на можливе фізичне зв'язування між цими білками в мітохондріях.

Схематичне зображення ролі mtCNPase у функції mPTP.

У зовнішній мітохондріальній мембрані mtCNPase може взаємодіяти з VDAC, який є основним білком зовнішньої мембрани, який бере участь у проникності зовнішньої мітохондріальної мембрани. VDAC може бути у відкритому або закритому стані. У закритому стані VDAC його канал є більш проникним для Ca 2+ [34], так що може привести до прискорення відкриття mPTP, а зв’язування α-тубуліну з VDAC полегшує його закриття [35]. Оскільки VDAC і mtCNPase пов'язані з α-тубуліном, провідність VDAC може регулюватися безпосередньо mtCNPase або за допомогою зв'язування α-тубуліну, що дозволяє модулювати проникність зовнішньої мембрани.