Белок p66Shc

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

p66Shc — одна из изоформ белка SHC1, участвующая в регуляции клеточного уровня активных форм кислорода (АФК), индукции апоптоза и продолжительности жизни. Характерена исключительно для позвоночных животных: он присутствует, например, у шпорцевой лягушки и млекопитающих, но отсутствует у дрозофилы и нематоды[1].

В 1999 году впервые было показано, что единичная мутация в CH2-домене приводит к повышению продолжительности жизни у мышей. Таким образом, p66Shc является редким примером гена старения в млекопитающих.

Ген[править | править код]

Доменная организация белков, кодируемых геном SchA [2].

Белок p66Shc - одна из трёх изоформ белка SHC1. Все три изоформы содержат N-концевой фосфотирозин-связывающий (PTB) домен и С-концевой SH2 (Src homology 2) домен, которые разделены глицин/пролин богатым доменом CH1 (Collagen Homology 1). От двух других изоформ – p46Shc и p52Shc – p66Shc отличается наличием дополнительного глицин/пролин богатого домена CH2 на N-конце полипептидной цепи. Изоформы p53Shc и p66Shc имеют также CB (cytochrome binding) домен. [3]

Экспрессия всех изоформ контролируется разными промоторами. Изоформы p52Shc и p46Shc экспрессируются во всех клетках организма. p66Shc экспрессируется везде за исключением линии гематопоэтических клеток.

Структура[править | править код]

Белок состоит из 583 аминокислот, являясь самой тяжёлой из трёх изоформ SHC1 (66 кДа).

И PTB, и SH2 домены связываются с фосфорилированным тирозином, находящимся в специфической короткой белковой последовательности. Для PTB специфичность определяется N-концевыми аминокислотными остатками, смежными с фосфотирозином, а для SH2 - C-концевыми.

CH1 домен содержит три ключевых остатка - Y239, Y240 и Y317, которые фософорилируются под действием различных трансмембранных рецепторов.

Тирозины CH2 домена не подвергаются фосфорилированию. При окислительном стрессе фосфорилированию подвергается остаток S36 этого домена.

Остатки E125, E132, E133, W134 и W148 домена CB участвуют в связывании цитохрома с.

Функции[править | править код]

Схема участия белков Shc в ответе на митогенные сигналы
Схема участия белков Shc в ответе на митогенные сигналы. А - для изоформ p52Shc и p46Shc, В - для изоформы p66Shc.

Регуляция ответа на митогенные сигналы[править | править код]

p66Shc участвует в негативной регуляции (глушении) сигналов к запуску митоза.

Изоформы p46Shc и p52Shc участвуют в запуске MEK (MAPK-ERK Kinase)/ERK (Extracellular-signal Regulated Kinase) каскада. Связавшись с фактором роста, рецептор EGFR фосфорилируется, что вызывает привлечение и фосфорилирование белков p46Shc и p52Shc. Затем к этому комплексу присоединяются белки Grb2 и Sos, что через белок Ras запускает MEK/ERK каскад.

p66Shc также способен связывать Grb2, но такой комплекс является неактивным из-за диссоциации Sos, что останавливает активацию каскада МЕК/ERK. [4]

Регуляция клеточного уровня активных форм кислорода (АФК)[править | править код]

На данный момент известно несколько механизмов регуляции уровня АФК с участием p66Shc.

Активация NADPH-оксидазы[править | править код]

Как упоминалось выше, фосфорилированная форма p52Shc связывается с Grb2. Обычно Grb2 находится в комплексе с белком Sos, но связывание с p66Shc разрушает этот комплекс. Высвободившийся Sos связывается с белками Eps8/E3b1, и такой комплекс активирует малую ГТФазу Rac-1, что в свою очередь активирует NADPH-оксидазу и запускает генерацию АФК [5].

Подавление экспрессии генов устойчивости к окислительному стрессу[править | править код]

При окислительном стрессе происходит p66Shc-зависимая активация серин/треонин киназы Akt, которая фосфорилирует и инактивирует транскрипционные факторы семейства FOX (например, Foxo3a). Это приводит к понижению уровня экспрессии генов устойчивости к окислительному стрессу, например, глутатион пероксидазы 1, MnSOD и REF-1. В клетках с мутантным р66Shc уровень фосфорилирования транскрипционного фактора не меняется после обработки перекисью или ультрафиолетом[6].

Генерация перекиси водорода в митохондриях[править | править код]

Часть клеточного p66Shc располагается в митохондриях. Данные о клеточной локализации p66Shc варьируют – по результатам различных исследований в митохондриях может находиться от 10 до 44% всего р66Shc [7].

При окислительном стрессе активируется PKCβ2 и индуцирует фосфорилирование р66Shc по остатку S36. Такой р66Shc узнаётся пептидил-пролил-изомеразой Pin1, изомеризуется, и в таком виде дефосфорилируется серин-треонин-фосфатазами типа 2 и импортируется в митохондрии [8]. Там, согласно довольно распространённой на сегодняшний день модели, он может проявить свою оксидоредуктазную активность: p66Shc окисляет цитохром c, забирая восстановительные эквиваленты и отдавая их кислороду. Неполное восстановление кислорода приводит к образованию АФК.

Запуск апоптоза[править | править код]

Митохондриальный запуск апоптоза[править | править код]

Перемещение р66Shc в митохондрии можно стимулировать различными проапоптозными факторами. Последующее повышение концентрации перекиси водорода в митохондриях ведёт к сборке мультисубъединичного комплекса, образующего пору в наружной мембране митохондрии. Через отверстие в мембране цитохром с и другие митохондриальные белки попадают в цитоплазму, что приводит к запуску апоптоза [9].

Исследования отдельного CH2-CB домена показали, что он существует в двух формах: в восстановленной принимает вид димера, а в окисленной - тетрамера. Проапоптотической активностью обладает только тетрамрная форма. Это позволило предположить новую модель запуска апоптоза р66Shc. В нормальных условиях тетрамерная форма восстанавливается антиоксидантами, но в условиях окислительного стресса эта система не справляется. Окисленная форма начинает продуцировать АФК, что в итоге приводит к апоптозу [2].

Связь с опухолевым супрессором р53[править | править код]

В зависимости от поступившего стимула, белок p53 может останавливать клеточный цикл либо запускать апоптоз. Показано, что в процессе запуска апоптоза р66Shc лежит ниже по каскаду р53: при повышении экспрессии р53 уровень апоптоза в клетках растёт, но этого не происходит в клетках с мутантным р66Shc. При этом р66Shc не влияет на р53-опосредованный клеточный арест: небольшая доза перекиси водорода одинаково останавливает клеточный цикл и в обычных клетках, и в клетках с нокаутированным р66Shc [10].

Роль в процессе старения[править | править код]

В 1999 году впервые было проведено исследование, продемонстрировавшее связь p66Shc с продолжительностью жизни[11]. В этом исследовании были обнаружены некоторые важные свойства белка р66Shc:

  • Было показано повышение устойчивости к индуцируемому перекисью или ультрафиолетом апоптозу в клетках с мутантной формой р66Shc (мутация в СН2-домене).
  • Был обнаружен сайт фосфорилирования в CH2-домене (серин-36), который модифицируется при воздействии на клетки перекисью или ультрафиолетом. Фосфорилирование этого остатка необходимо для запуска апоптоза в ответ на окислительный стресс. Устойчивость к окислительному стрессу была продемонстрирована и in vivo. Мыши с мутантной формой р66Shc жили значительно дольше, чем мыши дикого типа, при регулярных инъекциях проапоптозного агента параквата.
  • Также было показано, что мыши, мутантные по р66Shc, живут дольше мышей дикого типа. Для эксперимента было взято 14 мышей дикого типа, 8 гетерозигот по мутантной форме р66Shc и 15 гомозигот-мутантов. После 28 месяцев умерли все мыши дикого типа, выжило 3/8 гетерозигот и 11/15 гомозигот по мутации в р66Shc. Сравнение кривых дожития показало значимые отличия в продолжительностях жизней немутантных и мутантных гомозиготных мышей. При этом у мутантных мышей не было найдено никаких видимых дефектов.

После этой работы р66Shc начали считать геном старения (то есть геном, мутации в котором могут продлить жизнь). Эта позиция хорошо согласуется с влиянием р66Shc на уровень внутриклеточных АФК и регуляцию апоптоза.

Поскольку нокаут гена р66Shc приводит к повышению продолжительности жизни мышей в лабораторных условиях без видимых отклонений в развитии и без потери фертильности, встаёт вопрос функциональной значимости белка: почему он был отобран эволюцией? Было проведено исследование[12], в котором 3 группы мышей (дикого типа, гетерозиготных и гомозиготных по мутации в р66Shc) на один год были помещены в природные условия обитания на биологической станции "Чистый лес" в Тверской области. Там мыши испытывали конкуренцию за ресурсы, перепады температуры, нападения хищных птиц. В природных условиях мутация в р66Shc находилась под сильным отрицательным отбором. Гомозиготные по мутации мыши постепенно элиминировались из популяции, поскольку испытывали проблемы с терморегуляцией, накоплением жира, размножением (повышалась частота материнского каннибализма). Эти наблюдения дают возможность предположить важную роль белка р66 в метаболизме энергии и объясняют отбор на его функциональность в ходе эволюции.

В 2003 году было также высказано предположение о корреляции между уровнем метилирования промотора р66Shc и продолжительностью жизни[13]. Промотор р66Shc очень богат GC-парами; как известно, степень метилирования промотора коррелирует с уровнем экспрессии гена. Было выдвинуто предположение, что различия в продолжительности жизни обусловлены разным уровнем метилирования промотора р66Shc в разных особях.

Однако в 2013 вышла работа, ставящая под сомнение господствовавшее 15 лет общепринятое мнение[14]. Поводом для этой работы послужил тот факт, что в работе 1999 года использовалось всего 15 мутантных мышей. При такой маленькой выборке каждое животное оказывает большое влияние на кривую дожития. В работе 2013 года выборка была расширена до 50 особей; групп мышей было 4: дикий тип с 5% или 40% ограничением калорийности питания и мутантные мыши с 5% или 40% ограничением калорийности питания. Анализ полученных кривых дожития не выявил значимых различий между мышами дикого типа и мутантами по р66Shc. Тем не менее, 70-перцентиль кривой оказался значимо больше в мутантных мышах с 40% диетой, чем в мышах дикого типа. Это может говорить о том, что несмотря на отсутствие влияния р66Shc на скорость старения, белок влияет на заболевания, связанные с возрастом, и в некоторых условиях, возможно, на продолжительность жизни. Например, было показано, что нокаут гена р66Shc снижает частоту преждевременных смертей у мышей, страдающих ожирением[15].

Связь с некоторыми заболеваниями[править | править код]

Влияние р66Shc на развитие болезней, связанных с уровнем АФК и апоптозом, изучалось во многих работах. Ниже приведены результаты нескольких работ по этому направлению.

  • Гиперхолестеролемия (повышенное содержание холестерина в крови) повышает уровень клеточных АФК, что приводит к окислению белков, липидов и липопротеинов. Известно, что атерогенез (развитие атеросклероза) модулируется окисленным липопротеином низкой плотности и редокс-зависимыми путями. Поскольку р66Shc участвует в регуляции окислительного стресса, было выдвинуто предположение о связи р66Shc с атерогенезом. Эксперимент на мышах, подверженных высококалорийной диете, показал, что в мутантных по р66Shc мышах уровни окислительного стресса, окисления липопротеинов низкой плотности и образования атероматозных бляшек значительно снижены[17]. Молекулярные механизмы влияния р66Shc на атерогенез были изучены в 2011 году на эндотелиоцитах человека. В этих клетках окисленные липопротеины низкой плотности индуцируют фосфорилирование р66 по остатку серина-36, путём активации киназ PKCβ2 и JNK(см. подраздел "Генерация АФК и запуск апоптоза"). Этот процесс приводит к повышению генерации АФК[18].
  • Некоторые заболевания могут приводить к возникновению изменений в метаболизме определённых клеток, которые сохраняются (наследуются) клетками-потомками после курса лечения. В случае сахарного диабета этот эпигенетический импринтинг называют гипергликемической памятью[19]. Одним из первых свидетельств этого явления является исследование, в котором сравнивалась частота встречаемости ретинопатии (частое осложнение сахарного диабета) в трёх группах собак: собак, не страдающих диабетом, собак, страдащих диабетом, и собак, страдавших гипергликемией в течение 2.5 лет с последующей нормализацией уровня глюкозы. Оказалось, что частота встречаемости ретинопатии в последней группе собак схожа с таковой в группе собак-диабетиков[20]. Это наблюдение предположило наличие механизма "метаболической памяти".
Влияние р66Shc на гипергликемическую память было изучено на эндотелиоцитах человека[21]. Было показано, что в клетках, подверженных гипергликемии, даже после нормализации уровня глюкозы сохраняется повышенный уровень экспрессии PKCβ2 и р66Shc. Добавление в систему ингибиторов PKCβ2 делало невозможным активацию (фосфорилирования серина-36) белка р66Shc и приводило к пониженному уровню О2-, что в свою очередь восстанавливало уровень и доступность NO и снижало уровень апоптоза. Нокдаун р66Shc приводил к снижению экспрессии PKCβ2 до нормального уровня, откуда вытекает предположение о необходимости белка р66Shc для повышения уровня экспрессии PKCβ2.
Повышение экспрессии р66Shc было исследовано на уровне транскрипции. Промотор р66Shc был гипометилирован в клетках, подверженных гипергликемии, и этот паттерн пониженного уровня метилирования сохранялся даже после нормализации уровня глюкозы. Таким образом, клетки поддерживали повышенный уровень транскриции р66Shc, что приводило к повышенной экспрессии белка.
Наконец, влияние белка р66Shc на гипергликемическую память было продемонстрировано in vivo на мышах-диабетиках: нокдаун р66Shc приводил к ослаблению эффекта гипергликемической памяти. Даже после восстановления нормального уровня глюкозы эндотелий-зависимая релаксация сосудов была нарушена. При подавлении р66Shc специфичной малой интерферирующей РНК эндотелий-зависимая релаксация восстанавливалась. Нокдаун р66Shc также понижал генерацию супероксид-радикала О2- и высвобождение цитохрома c в цитозоль.

Примечания[править | править код]

  1. ↑ Luzi L., Confalonieri S., Di Fiore P. P., Pelicci P. G. Evolution of Shc functions from nematode to human (неопр.) // Curr Opin Genet Dev. — 2000. — С. 668—674. — PMID 11088019.
  2. ↑ 1 2 E.R. Galimov. The Role of p66shc in Oxidative Stress and Apoptosis // Acta Naturae. — 2010-01-01. — Т. 2, вып. 4. — С. 44—51. — ISSN 2075-8251.
  3. ↑ Galimov E. R. The Role of p66shc in Oxidative Stress and Apoptosis (англ.) // Acta Naturae : journal. — 2010. — P. 44—51. — PMID 22649663.
  4. ↑ Istvan Arany, Amir Faisal, Yoshikuni Nagamine, Robert L. Safirstein. p66shc Inhibits Pro-survival Epidermal Growth Factor Receptor/ERK Signaling during Severe Oxidative Stress in Mouse Renal Proximal Tubule Cells (англ.) // Journal of Biological Chemistry. — 2008-03-07. — Vol. 283, iss. 10. — P. 6110—6117. — ISSN 1083-351X 0021-9258, 1083-351X. — doi:10.1074/jbc.M708799200. Архивировано 3 июня 2018 года.
  5. ↑ Khanday F. A., Yamamori T., Mattagajasingh I., Zhang Z., Bugayenko A., Naqvi A., Santhanam L., Nabi N., Kasuno K., Day B. W., Irani K. Rac1 leads to phosphorylation-dependent increase in stability of the p66shc adaptor protein: role in Rac1-induced oxidative stress (англ.) // Molecular Biology of the Cell : journal. — 2006. — P. 122—129. — PMID 16251354.
  6. ↑ Nemoto S., Finkel T. Redox regulation of forkhead proteins through a p66shc-dependent signaling pathway (англ.) // Science : journal. — 2002. — P. 2450—2452. — PMID 11884717.
  7. ↑ Nemoto S., Combs C. A., French S., Ahn B. H., Fergusson M. M., Balaban R. S., Finkel T. The mammalian longevity-associated gene product p66shc regulates mitochondrial metabolism (англ.) // J Biol Chem : journal. — 2006. — P. 10555—10560. — PMID 16481327.
  8. ↑ Pinton P., Rizzuto R. p66Shc, oxidative stress and aging (англ.) // Cell Cycle  (англ.) (рус. : journal. — 2008. — P. 304—308. — PMID 18235239.
  9. ↑ Marco Giorgio, Enrica Migliaccio, Francesca Orsini, Demis Paolucci, Maurizio Moroni. Electron transfer between cytochrome c and p66Shc generates reactive oxygen species that trigger mitochondrial apoptosis (англ.) // Cell. — Cell Press, 2005-07-29. — Vol. 122, iss. 2. — P. 221—233. — ISSN 0092-8674. — doi:10.1016/j.cell.2005.05.011. Архивировано 16 декабря 2015 года.
  10. ↑ Trinei M., Giorgio M., Cicalese A., Barozzi S., Ventura A., Migliaccio E., Milia E., Padura I. M., Raker V. A., Maccarana M., Petronilli V., Minucci S., Bernardi P., Lanfrancone L., Pelicci P. G. A p53-p66Shc signalling pathway controls intracellular redox status, levels of oxidation-damaged DNA and oxidative stress-induced apoptosis (англ.) // Oncogene  (англ.) (рус. : journal. — 2002. — P. 3872—3878. — PMID 12032825.
  11. ↑ Migliaccio E., Giorgio M., Mele S., Pelicci G., Reboldi P., Pandolfi P. P., Lanfrancone L., Pelicci P. G. The p66shc adaptor protein controls oxidative stress response and life span in mammals (англ.) // Nature : journal. — 1999. — P. 309—313. — PMID 10580504.
  12. ↑ Giorgio M., Berry A., Berniakovich I., Poletaeva I., Trinei M., Stendardo M., Hagopian K., Ramsey J. J., Cortopassi G., Migliaccio E., Nötzli S., Amrein I., Lipp H. P., Cirulli F., Pelicci P. G. The p66Shc knocked out mice are short lived under natural condition (англ.) // Aging Cell : journal. — 2012. — P. 162—168. — PMID 22081964.
  13. ↑ Purdom S., Chen Q. M. Linking oxidative stress and genetics of aging with p66Shc signaling and forkhead transcription factors (англ.) // Biogerontology : journal. — 2003. — P. 181—191. — PMID 14501182.
  14. ↑ Ramsey J. J., Tran D., Giorgio M., Griffey S. M., Koehne A., Laing S. T., Taylor S. L., Kim K., Cortopassi G. A., Lloyd KC6, Hagopian K., Tomilov A. A., Migliaccio E., Pelicci P. G., McDonald R. B. The influence of Shc proteins on life span in mice (англ.) // J Gerontol A Biol Sci Med Sci : journal. — 2013. — P. 1177—1185. — PMID 24336818.
  15. ↑ Ranieri S. C., Fusco S., Panieri E., Labate V., Mele M., Tesori V., Ferrara A. M., Maulucci G., De Spirito M., Martorana G. E., Galeotti T., Pani G. Mammalian life-span determinant p66shcA mediates obesity-induced insulin resistance (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America : journal. — 2010. — P. 13420—13425. — PMID 20624962.
  16. ↑ Francia P., delli Gatti C., Bachschmid M., Martin-Padura I., Savoia C., Migliaccio E., Pelicci P. G., Schiavoni M., Lüscher T. F., Volpe M., Cosentino F. Deletion of p66shc gene protects against age-related endothelial dysfunction (англ.) // Circulation  (англ.) (рус. : journal. — Lippincott Williams & Wilkins  (англ.) (рус., 2004. — P. 2889—2895. — PMID 15505103.
  17. ↑ Napoli C., Martin-Padura I., de Nigris F., Giorgio M., Mansueto G., Somma P., Condorelli M., Sica G., De Rosa G., Pelicci P. Deletion of the p66Shc longevity gene reduces systemic and tissue oxidative stress, vascular cell apoptosis, and early atherogenesis in mice fed a high-fat diet (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America : journal. — 2003. — P. 2112—2116. — PMID 12571362.
  18. ↑ Shi Y., Cosentino F., Camici G. G., Akhmedov A., Vanhoutte P. M., Tanner F. C., Lüscher T. F. Oxidized low-density lipoprotein activates p66Shc via lectin-like oxidized low-density lipoprotein receptor-1, protein kinase C-beta, and c-Jun N-terminal kinase kinase in human endothelial cells (англ.) // Arterioscler Thromb Vasc Biol  (англ.) (рус. : journal. — 2011. — P. 2090—2097. — PMID 21817106.
  19. ↑ Cencioni C., Spallotta F., Greco S., Martelli F., Zeiher A. M., Gaetano C. Epigenetic mechanisms of hyperglycemic memory (англ.) // Int J Biochem Cell Biol  (англ.) (рус. : journal. — 2014. — P. 155—158. — PMID 24786298.
  20. ↑ Engerman R. L., Kern T. S. Progression of incipient diabetic retinopathy during good glycemic control (англ.) // Diabetes : journal. — 1987. — P. 808—812. — PMID 3556280.
  21. ↑ Paneni F., Mocharla P., Akhmedov A., Costantino S., Osto E., Volpe M., Lüscher T. F., Cosentino F. Gene silencing of the mitochondrial adaptor p66(Shc) suppresses vascular hyperglycemic memory in diabetes (англ.) // Circ Res  (англ.) (рус. : journal. — 2012. — P. 278—289. — PMID 22693349.
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Белок_p66Shc&oldid=120802120