Proteina precursoare amiloid-beta - Amyloid-beta precursor protein

APP
PBB Protein APP image.jpg
Structuri disponibile
PDB Căutare Ortholog : PDBe RCSB
Identificatori
Aliasuri APP , AAA, ABETA, ABPP, AD1, APPI, CTFgamma, CVAP, PN-II, PN2, proteină precursor beta amiloid, preA4, alfa-sAPP
ID-uri externe OMIM : 104760 MGI : 88059 HomoloGene : 56379 GeneCards : APP
Orthologs
Specii Uman Șoarece
Entrez
Ensemble
UniProt
RefSeq (ARNm)

NM_001198823
NM_001198824
NM_001198825
NM_001198826
NM_007471

RefSeq (proteină)

NP_001185752
NP_001185753
NP_001185754
NP_001185755
NP_031497

Locație (UCSC) Chr 21: 25,88 - 26,17 Mb Chr 16: 84,95 - 85,17 Mb
Căutare PubMed
Wikidata
Vizualizare / Editare umană Vizualizați / Editați mouse-ul
(a) O imagine cu mărire redusă imediat după co-injectarea de margele roșii încărcate negativ și glugină conjugate cu glicină verde care arată locul injectării, marcată cu o picătură de ulei, care apare ca o sferă rotundă galbenă. Suprapunerea fluorescenței roșii și verzi produce o imagine galbenă. (b) La 50 de minute după injectare, mărgelele roșii carboxilate au progresat în direcția anterogradă (spre dreapta) în timp ce mărgelele verzi conjugate cu glicină nu au înregistrat niciun progres. (c) - (e) Un axon co-injectat cu margele roșii APP-C și margele de glicină verde și imaginat pentru 100 de cadre la intervale de 4 s la o mărire de 40 ×. (c) Canal roșu (stânga) primul cadru; (centru) 50 de cadre suprapuse; (dreapta) toate cele 100 de cadre suprapuse. Observați progresia mărgelelor individuale către partea dreaptă, anterogradă, a locului de injectare, îndreptându-se spre terminalul presinaptic. (d) Două imagini ale canalului verde din aceeași secvență video; (stânga) primul cadru; (centru) 100 de cadre suprapuse. Rețineți lipsa mișcării semnificative a mărgelelor verzi de glicină. (e) Ambele canale roșii și verzi de la 100 de cadre suprapuse aceluiași videoclip ca la (c) și (d). (f) Traiectorii de margele simple la mărire mare dintr-un set de cadre suprapuse care prezintă mișcări de margele.

Proteina precursoare a amiloidului-beta ( APP ) este o proteină de membrană integrală exprimată în mai multe țesuturi și concentrate în sinapsele de neuroni . Funcționează ca un receptor de suprafață celulară și a fost implicat ca un regulator al formării sinapselor, plasticității neuronale , activității antimicrobiene și exportului de fier . Este codificat de gena APP și este reglementat de prezentarea substratului . APP este cel mai bine cunoscut ca molecula precursoare a cărei proteoliza generează beta - amiloid (Ap), o polipeptidă care conține 37-49 de aminoacizi din reziduuri, a căror amiloid fibrilare formă este componenta principală a plăcilor de amiloid gasit in creierul bolii Alzheimer pacienti.

Genetica

Proteina precursoare amiloid-beta este o proteină veche și foarte conservată . La om , gena APP se află pe cromozomul 21 și conține 18 exoni care se întind pe 290 kilobaze . La om au fost observate mai multe izoforme alternative de îmbinare a APP, cu o lungime cuprinsă între 639 și 770 aminoacizi, cu anumite izoforme exprimate preferențial în neuroni; modificările raportului neuronal al acestor izoforme au fost asociate cu boala Alzheimer. Proteinele omoloage au fost identificate în alte organisme precum Drosophila (muște ale fructelor), C. elegans (viermi rotunzi) și toate mamiferele . Regiunea beta amiloidă a proteinei, situată în domeniul de acoperire a membranei, nu este bine conservată între specii și nu are nicio legătură evidentă cu funcțiile biologice de stat nativ ale APP .

Mutațiile din regiunile critice ale proteinei precursoare amiloide, inclusiv regiunea care generează beta amiloid (Aβ), provoacă susceptibilitate familială la boala Alzheimer. De exemplu, s-a descoperit că mai multe mutații în afara regiunii Aβ asociate cu Alzheimer familial cresc dramatic producția de Aβ.

O mutație (A673T) din gena APP protejează împotriva bolii Alzheimer. Această substituție este adiacentă situsului de clivare beta secretază și are ca rezultat o reducere cu 40% a formării beta amiloid in vitro.

Structura

Domeniul de legare a metalului APP cu un ion de cupru legat . Cele Catenele laterale ale celor două histidina și una tirozină resturile care joacă un rol în coordonare metalic sunt prezentate în Cu (I) legat, Cu (II) legat și conformații nelegat, care diferă doar de mici modificări în orientarea.
Domeniul extracelular E2, o bobină dimeric înfășurată și una dintre cele mai bine conservate regiuni ale proteinei de la Drosophila la oameni. Se crede că acest domeniu, care seamănă cu structura spectrinei , leagă proteoglicanii heparan sulfat .

Un număr de domenii structurale distincte, în mare parte care se pliază independent , au fost identificate în secvența APP. Regiunea extracelulară, mult mai mare decât regiunea intracelulară, este împărțită în domeniile E1 și E2, legate printr-un domeniu acid (AcD); E1 conține două subdomenii, inclusiv un domeniu asemănător factorului de creștere (GFLD) și un domeniu care leagă cuprul (CuBD) care interacționează strâns împreună. Un domeniu inhibitor al serinei proteazei, absent din izoformă exprimat diferențial în creier, se găsește între regiunea acidă și domeniul E2. Structura cristalină completă a APP nu a fost încă rezolvată; cu toate acestea, domeniile individuale au fost cristalizate cu succes, domeniul asemănător factorului de creștere , domeniul de legare a cuprului , domeniul E1 complet și domeniul E2.

Prelucrare post-traductivă

APP suferă modificări post-translaționale ample , inclusiv glicozilarea , fosforilarea , sialilarea și sulfatarea tirozinei , precum și multe tipuri de procesare proteolitică pentru a genera fragmente de peptide. Este de obicei scindată de proteaze din familia secretazei ; alfa secretaza și beta secretaza ambele elimină aproape întregul domeniu extracelular pentru a elibera fragmente carboxi-terminale ancorate cu membrană care pot fi asociate cu apoptoza . Scindarea prin gama secretază în domeniul extinderii membranei după scindarea beta-secretazei generează fragmentul amiloid-beta; gama secretaza este un complex mare multi-subunitar ale cărui componente nu au fost încă pe deplin caracterizate, dar includ presenilina , a cărei genă a fost identificată ca un factor de risc genetic major pentru Alzheimer.

Procesarea amiloidogenă a APP a fost legată de prezența sa în plute lipidice . Când moleculele APP ocupă o regiune a plutei lipidice ale membranei, acestea sunt mai accesibile și scindate diferențial de beta secretaza, în timp ce moleculele APP din afara unei plute sunt scindate diferențial de alfa secretaza neamiloidogenă. Activitatea gamma secretază a fost, de asemenea, asociată cu plute lipidice. Rolul colesterolului în întreținerea plutei lipidice a fost citat ca o explicație probabilă pentru observațiile conform cărora colesterolul ridicat și genotipul apolipoproteinei E sunt factori de risc majori pentru boala Alzheimer.

Funcția biologică

Deși rolul biologic nativ al APP prezintă un interes evident pentru cercetarea Alzheimer, o înțelegere aprofundată a rămas evazivă.

Formarea și repararea sinaptică

Rolul cel mai justificat pentru APP este în formarea și repararea sinaptică; expresia sa este reglată în sus în timpul diferențierii neuronale și după leziuni neuronale. Rolurile în semnalizarea celulară , potențarea pe termen lung și aderența celulelor au fost propuse și susținute de cercetări încă limitate. În special, asemănările în procesarea post-translațională au invitat comparații cu rolul de semnalizare al proteinei receptorului de suprafață Notch .

Șoarecii knockout APP sunt viabili și au efecte fenotipice relativ minore , inclusiv potențarea afectată pe termen lung și pierderea memoriei fără pierderea generală a neuronilor. Pe de altă parte, șoarecii transgenici cu expresie APP reglată în sus au fost, de asemenea, raportate pentru a prezenta o potențare pe termen lung afectată.

Inferența logică este că, deoarece Aβ se acumulează excesiv în boala Alzheimer, precursorul său, APP, ar fi crescut și el. Cu toate acestea, corpurile celulare neuronale conțin mai puține APP în funcție de apropierea lor de plăcile amiloide. Datele indică faptul că acest deficit în APP rezultă dintr-o scădere a producției, mai degrabă decât o creștere a catalizei. Pierderea APP a unui neuron poate afecta deficitele fiziologice care contribuie la demență.

Recombinarea somatică

În neuronii creierului uman , recombinarea somatică apare frecvent în gena care codifică APP. Neuronii de la indivizi cu boală Alzheimer sporadică prezintă o diversitate mai mare a genelor APP datorită recombinării somatice decât neuronii de la indivizi sănătoși.

Transport neuronal anterograd

Moleculele sintetizate în corpurile celulare ale neuronilor trebuie să fie transportate către sinapsele distale. Acest lucru se realizează printr- un transport anterograd rapid . S-a constatat că APP poate media interacțiunea dintre marfă și kinesin și astfel poate facilita acest transport. În mod specific, o scurtă secvență peptidică 15-amino-acid din carboxi-terminal citoplasmatic este necesară pentru interacțiunea cu proteina motorie.

În plus, s-a demonstrat că interacțiunea dintre APP și kinesină este specifică secvenței peptidice a APP. Într-un experiment recent care implică transportul de margele colorate conjugate cu peptide , martorii au fost conjugați cu un singur aminoacid, glicina , astfel încât să afișeze aceeași grupă de acid carboxilic terminal ca APP fără secvența de 15 aminoacizi menționată mai sus. Margelele martor nu au fost mobile, ceea ce a demonstrat că fragmentul terminal COOH al peptidelor nu este suficient pentru a media transportul.

Export de fier

O perspectivă diferită asupra Alzheimerului este dezvăluită de un studiu efectuat la șoareci, care a constatat că APP posedă activitate de feroxidază similară cu ceruloplasmina , facilitând exportul de fier prin interacțiunea cu feroportina ; se pare că această activitate este blocată de zincul prins de Aβ acumulat în Alzheimer. S-a arătat că un singur polimorfism nucleotidic în 5'UTR al mARN-ului APP îi poate perturba translația.

Ipoteza că APP are activitate de feroxidază în domeniul său E2 și facilitează exportul de Fe (II) este posibil incorectă, deoarece site-ul propus de feroxidază al APP situat în domeniul E2 nu are activitate de feroxidază.

Deoarece APP nu posedă activitate feroxidază în domeniul său E2, mecanismul efluxului de fier modulat de APP din feroportină a fost supus controlului. Un model sugerează că APP acționează pentru stabilizarea feroportinei proteinei de eflux de fier în membrana plasmatică a celulelor, crescând astfel numărul total de molecule de feroportină la nivelul membranei. Acești transportori de fier pot fi apoi activați de feroxidaze cunoscute la mamifere (adică ceruloplasmin sau hephaestin).

Reglarea hormonală

Proteina precursor amiloid-β (AβPP) și toate secretazele asociate sunt exprimate la începutul dezvoltării și joacă un rol cheie în endocrinologia reproducerii - cu procesarea diferențială a AβPP prin secretaze care reglementează și proliferarea celulelor stem embrionare umane (hESC). ca diferențiere a acestora în celule precursoare neuronale (NPC). Hormonul sarcinii gonadotropina corionică umană (hCG) crește expresia AβPP și proliferarea hESC în timp ce progesteronul direcționează procesarea AβPP către calea non-amiloidogenă, care promovează diferențierea hESC în NPC.

AβPP și produsele sale de scindare nu promovează proliferarea și diferențierea neuronilor post-mitotici; mai degrabă, supraexprimarea fie a tipului sălbatic, fie a AβPP mutant în neuronii post-mitotici induce moartea apoptotică după reintrarea lor în ciclul celular . Se postulează că pierderea steroizilor sexuali (inclusiv progesteronul), dar creșterea hormonului luteinizant , echivalentul adult al hCG, post- menopauză și în timpul andropauzei determină producția de amiloid-β și reintrarea neuronilor post-mitotici în ciclul celular. .

Interacțiuni

S-a demonstrat că proteina precursoare amiloidă interacționează cu:

APP interacționează cu reelina , o proteină implicată într-o serie de tulburări ale creierului, inclusiv boala Alzheimer.

Referințe

Lecturi suplimentare

linkuri externe