Mannos 6-fosfatreceptor

Katjonoberoende mannos-6-
fosfatreceptorupprepningsidentifierare
Symbol CIMR
Pfam PF00878
InterPro IPR000479
SCOP2 1e6f / SCOPe / SUPFAM
Membran 30
Tillgängliga proteinstrukturer:
Pfam   strukturer / ECOD  
PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumma struktur sammanfattning
Katjonberoende mannos-6-
fosfatreceptoridentifierare
Symbol M6PR
NCBI-genen 4074
HGNC 6752
OMIM 154540
RefSeq NM_002355
UniProt P20645
Övriga uppgifter
Ställe Chr. 12 s13
Söka efter
Strukturer Schweizisk modell
Domäner InterPro
Katjonoberoende mannos-6
fosfatreceptoridentifierare
Symbol IGF2R
NCBI-genen 3482
HGNC 5467
OMIM 147280
RefSeq NM_000876
UniProt P11717
Övriga uppgifter
Ställe Chr. 6 q25q27
Söka efter
Strukturer Schweizisk modell
Domäner InterPro

Mannos 6-fosfatreceptorerna ( MPR ) är transmembranglykoproteiner som riktar enzymer till lysosomer hos ryggradsdjur .

Mannos 6-fosfatreceptorer binder nysyntetiserade lysosomala hydrolaser i trans-Golgi-nätverket (TGN) och levererar dem till pre-lysosomala fack. Det finns två olika MPR, en på ~300kDa och en mindre, dimer receptor på ~46kDa. Den större receptorn är känd som den katjonoberoende mannos-6-fosfatreceptorn ( CI-MPR ), medan den mindre receptorn ( CD-MPR) kräver tvåvärda katjoner för att effektivt känna igen lysosomala hydrolaser. Även om tvåvärda katjoner inte är väsentliga för ligandbindning av human CD-MPR, har nomenklaturen bibehållits.

Båda dessa receptorer binder terminal mannos 6-fosfat med liknande affinitet (CI-MPR = 7 μM, CD-MPR = 8 μM) och har liknande signaler i sina cytoplasmatiska domäner för intracellulär trafik.

Historia

Elizabeth Neufeld studerade patienter som hade flera inklusionskroppar närvarande i sina celler . På grund av den stora mängden inklusionskroppar kallade hon detta tillstånd för I-cellssjukdom . Dessa inklusionskroppar representerade lysosomer som var fyllda med osmältbart material. Först trodde Neufeld att dessa patienter måste ha brist på lysosomala enzymer . . Ytterligare studier visade att alla lysosomala enzymer gjordes men att de var felaktigt inriktade . Istället för att skickas till lysosomen utsöndrades de. Dessutom visade sig dessa felriktade enzymer inte vara fosforylerade . Därför föreslog Neufeld att I-cellssjukdom orsakades av en brist på enzymerna som lägger till en specifik mannos-6-fosfattagg på lysosomala enzymer så att de kan riktas mot lysosomen .

Studier av I-cellssjukdom ledde till upptäckten av de receptorer som binder till denna specifika tagg. Först upptäcktes och isolerades CI-MPR genom användning av affinitetskromatografi . Men forskare upptäckte att några av de lysosomala enzymerna fortfarande nådde lysosomen i frånvaro av CI-MPR. Detta ledde till identifieringen av en annan mannos-6-fosfatbindande receptor , CD-MPR, som binder sin ligand i närvaro av en tvåvärd katjon såsom Mn2 + .

Generna för varje receptor har klonats och karaktäriserats . Man tror att de har utvecklats från samma förfäders gen eftersom det finns konservering i några av deras intron / exongränser och det finns en homologi i deras bindningsdomäner .

Fungera

Huvudfunktionen hos MPR är att rikta lysosomala enzymer till lysosomen .

Mekanism för inriktning

Lysosomala enzymer syntetiseras i det grova endoplasmatiska retikulumet tillsammans med en rad andra sekretoriska proteiner . En specifik igenkänningstagg har utvecklats för att förhindra att dessa skadliga lysosomala enzymer utsöndras och för att säkerställa att de riktas mot lysosomen. Denna etikett är en mannos-6-fosfatrest.

När det lysosomala enzymet har translokerats till det grova endoplasmatiska retikulumet överförs en oligosackarid som består av Glc 3 Man 9 GlcNAc 2 en bloc till proteinet. Oligosackariden som finns på lysosomala enzymer bearbetas på samma sätt som andra sekretoriska proteiner medan den translokeras från det endoplasmatiska retikulumet till cis Golgi - .

En bild som visar den övergripande strukturen för CI-MPR och CD-MPR. Den här bilden har anpassats från en 'Introduktion till glykobiologi'

I Trans -Golgi adderar a GlcNAc fosfotransferas ( EC 2.7.8.17 ) en GlcNAc -1- fosfatrest till 6-hydroxylgruppen av en specifik mannosrest i oligosackariden . Detta bildar en fosfodiester : Man-fosfat-GlcNAc. När fosfodiestern väl har bildats kommer det lysosomala enzymet att translokeras genom Golgi-apparaten till trans -Golgi . I trans -Golgi kommer ett fosfodiesteras ( EC 3.1.4.45 ) att ta bort GlcNAc -resten som exponerar mannos-6-fosfatmärket, vilket tillåter de lysosomala enzymerna att binda till CI-MPR och CD-MPR. Det MPR-lysosomala enzymkomplexet translokeras till ett pre-lysosomalt fack, känt som en endosom , i en COPII-belagd vesikel . Denna inriktning bort från den sekretoriska vägen uppnås genom närvaron av en specifik sorteringssignal, ett surt kluster/dileucin-motiv, i de cytoplasmatiska svansarna av MPR. Båda MPR binder sina ligander mest effektivt vid pH 6 – 7; vilket gör det möjligt för receptorerna att binda till de lysosomala enzymerna i trans -Golgi och frigöra dem i endosomens försurade miljö . När enzymet har dissocierat från mannos-6-fosfatreceptorn, translokeras det från endosomen till lysosomen där fosfatmärket avlägsnas från enzymet .

MPR finns inte i lysosomerna ; de cyklar huvudsakligen mellan trans -Golgi-nätverket och endosomer . CI-MPR finns också på cellytan . Cirka 10-20% av CI-MPR kan hittas vid cellmembranet. Dess funktion här är att fånga upp alla mannos 6-fosfatmärkta enzymer som av misstag har kommit in i sekretionsvägen. När den väl binder till ett lysosomalt enzym blir receptorn internaliserad snabbt . Internalisering förmedlas av en sorteringssignal i dess cytoplasmatiska svans – ett YSKV-motiv. Detta säkerställer att alla skadliga lysosomala enzymer kommer att riktas mot lysosomen .

Knockout-mössstudier

CI-MPR

Möss som saknar CI-MPR dör på dag 15 av graviditeten på grund av hjärthyperplasi . Mössen lider av onormal tillväxt eftersom de inte kan reglera nivåerna av fri IGF-II (insulinliknande tillväxtfaktor typ II). Mössens död kan förhindras om IGF-II- allelen också slås ut . Ytterligare analys av embryona visade också att de uppvisar defekter i målinriktningen av lysosomala enzymer eftersom de har en ökad nivå av fosforylerade lysosomala enzymer i fostervattnet . Ungefär 70 % av lysosomala enzymer utsöndras i frånvaro av CI-MPR – detta tyder på att CD-MPR inte kan kompensera för sin förlust.

CD-MPR

När CD-MPR slås ut i möss verkar de friska förutom det faktum att de har defekter i inriktningen av flera lysosomala enzymer . Dessa möss visar förhöjda nivåer av fosforylerade lysosomala enzymer i blodet och de ackumulerar osmält material i sina lysosomer .

Från dessa knockoutmöss kan man dra slutsatsen att båda receptorerna behövs för effektiv målinriktning av lysosomala enzymer . De lysosomala enzymerna som utsöndras av de två olika knockout- cellinjerna bildar två olika uppsättningar. Detta tyder på att varje MPR interagerar preferentiellt med en undergrupp av lysosomala enzymer .

Strukturera

CI-MPR och CD-MPR är strukturellt distinkta receptorer men de delar en övergripande generell struktur eftersom de båda är typ I-integrerade membranproteiner . Båda receptorerna har en stor N-terminal extracytoplasmatisk domän, en transmembrandomän och en kort C-terminal cytoplasmatisk svans. Dessa cytoplasmatiska svansar innehåller flera sorteringssignaler; av vilka några kan vara antingen fosforylerade eller palmitoylerade .

De första 3 N-terminala domänerna (domänerna 1, 2 och 3) av den katjonoberoende mannos-6-fosfatreceptorn med dess ligand bunden. Bild genererad från PDB-fil: = 1SZ0 1SZ0 med PyMol.

CI-MPR : CI-MPR är ~300 kDa. Den N-terminala extracytoplasmatiska domänen innehåller 15 sammanhängande kolhydratigenkänningsdomäner av P-typ. De hänvisas till som MRH-domäner (mannos 6-fosfatreceptorhomologi). Domänerna är homologa eftersom de har:

Strukturen för 7 av de 15 domänerna har bestämts med hjälp av röntgenkristallografi, och de verkar dela ett liknande veck . CI-MPR existerar huvudsakligen som en dimer i membranet . Domänerna 3, 5 och 9 har visat sig binda till mannos-6-fosfat. Domänerna 3 och 9 kan binda till mannos 6-fosfat med hög affinitet . Domän 5 binder endast Man-6-fosfat med svag affinitet . Dock har domän 5 också visat sig binda till fosfodiestern, Man-fosfat-GlcNAc. Detta är en säkerhetsmekanism för cellen – det betyder att den kan binda till lysosomala enzymer som har undkommit verkan av enzymet som tar bort GlcNAc -resten. Genom att kombinera dessa 3 domäner kan CI-MPR binda till ett brett spektrum av fosforylerade glykanstrukturer . Domän 11 ​​binder till IGF-II .

CD-MPR : CD-MPR är mycket mindre än CI-MPR – den är bara ~46 kDa. Dess N-terminala extracytoplasmatiska domän innehåller endast 1 kolhydratigenkänningsdomän av P-typ. CD-MPR existerar huvudsakligen som en dimer i membranet . Men monomera och tetramera former tros också existera. Jämvikten mellan dessa olika oligomerer påverkas av pH , temperatur och närvaro av mannos-6-fosfatrester. Varje monomer bildar ett 9-strängat β-rör som kan binda till en enda mannos-6-fosfatrest.

Den katjonberoende mannos-6-fosfatreceptorn med sin ligand bunden. Den lila sfären representerar katjonen, Mn 2+ . Bild genererad från PDB-fil: = 1C39 1C39 med PyMol.

Mannos 6-fosfatbindning

CI-MPR och CD-MPR binder mannos-6-fosfat på liknande sätt. Båda bildar en uppsättning vätebindningar mellan nyckelrester och karakteristiska hydroxylgrupper på mannosresten . Vätebindningar till hydroxylgrupper i positionerna 2, 3 och 4 gör stället specifikt för enbart mannos .

Båda MPR delar 4 rester som är väsentliga för ligandbindning . Mutation av någon av dessa rester resulterar i förlust av mannos-6-fosfatbindning. Dessa rester är glutamin , arginin , glutaminsyra och tyrosin och är ansvariga för att bilda vätebindningarna som kommer i kontakt med specifika hydroxylgrupper i mannosresten .

Ett brett spektrum av N-glykanstrukturer kan finnas på lysosomala enzymer. Dessa glykaner kan variera i:

  • – hybrid- eller högmannosstrukturer
  • Storlek
  • Närvaro av fosfomonoestern (mannos 6-fosfat) eller fosfodiester (Man-fosfat-GlcNAc)
  • Antal mannos 6-fosfattaggar
  • Placering av mannos 6-fosfattaggen

CI-MPR och CD-MPR kan binda till detta breda spektrum av N-glykanstrukturer genom att ha en annan bindningsställesarkitektur. MPR binder också till fosfatgruppen på ett lite annorlunda sätt. Domän 3 i CI-MPR använder Ser -386 och en ordnad vattenmolekyl för att binda till fosfatdelen . Å andra sidan använder CD-MPR resterna Asp -103, Asn -104 och His -105 för att bilda gynnsamma vätebindningar till fosfatgruppen . CD-MPR innehåller också en tvåvärd katjon Mn2 + som bildar gynnsamma vätebindningar med fosfatdelen .

CI-MPR och cancer

Det är väletablerat att CI-MPR binder mannos-6-fosfat men det finns en växande mängd bevis som tyder på att CI-MPR också binder till oglykosylerad IGF- II . Man tror att när CI-MPR finns på cellytan kommer domän 11 ​​att binda till eventuell IGF-II fri i den extracellulära matrisen . Receptorn internaliseras sedan snabbt, tillsammans med IGF-II , genom ett YSKV-motiv som finns i CI-MPR:s cytoplasmatiska svans . IGF-II kommer sedan att riktas mot lysosomen där den kommer att brytas ned. Detta reglerar nivån av fri IGF-II i kroppen.

Denna funktion hos CI-MPR bestämdes genom användning av knockout-möss . Det observerades att möss med brist på CI-MPR hade en ökad nivå av fri IGF-II och förstorade organ (cirka 30 % ökning i storlek). Dessa möss dör på dag 15 av graviditeten på grund av hjärthyperplasi . Mössens död kunde förhindras när IGF-II- allelen också slogs ut. När CI-MPR och IGF-II- allelen slås ut observeras normal mustillväxt eftersom det inte längre finns en tillväxtfaktor närvarande som behöver regleras.

På grund av CI-MPR:s förmåga att modulera nivåerna av IGF-II har det föreslagits att det kan spela en roll som en tumörsuppressor . Studier av flera humana cancerformer har visat att en förlust av CI-MPR-funktionen är associerad med en progression av tumörbildning . Förlust av heterozygositet (LOH) vid CI-MPR-lokuset har visats i flera cancertyper inklusive lever och bröst . Men detta är ett relativt nytt koncept och många fler studier kommer att behöva undersöka sambandet mellan CI-MPR och cancer .

Vidare läsning

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Mannose_6-phosphate_receptor&oldid=1068790774 "