Naggproteiner
| Notch (LNR) domän | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Struktur för en prototyp LNR-modul från mänskliga Notch 1
| |||||||||
| -identifierare | |||||||||
| Symbol | Hack | ||||||||
| Pfam | PF00066 | ||||||||
| InterPro | IPR000800 | ||||||||
| SMART | SM00004 | ||||||||
| PROSITE | PS50258 | ||||||||
| OPM superfamilj | 462 | ||||||||
| OPM-protein | 5kzo | ||||||||
| Membran | 19 | ||||||||
| |||||||||
Notch-proteiner är en familj av typ-1- transmembranproteiner som utgör en kärnkomponent i Notch-signalvägen, som är mycket konserverad i metazoer . Den extracellulära Notch-domänen förmedlar interaktioner med DSL-familjens ligander , vilket gör att den kan delta i juxtakrin signalering . Den intracellulära Notch-domänen fungerar som en transkriptionell aktivator när den är i komplex med CSL-familjens transkriptionsfaktorer . Medlemmar av denna typ 1-transmembranproteinfamilj delar flera kärnstrukturer, inklusive en extracellulär domän bestående av flera epidermal tillväxtfaktor (EGF)-liknande upprepningar och en transkriptionsaktiveringsdomän för intracellulär domän (TAD). Notch familjemedlemmar verkar i en mängd olika vävnader och spelar en roll i en mängd olika utvecklingsprocesser genom att kontrollera cellödebeslut . Mycket av det som är känt om Notch-funktionen kommer från studier gjorda på Caenorhabditis elegans ( C.elegans ) och Drosophila melanogaster . Humana homologer har också identifierats, men detaljer om Notch-funktion och interaktioner med dess ligander är inte välkända i detta sammanhang.
Upptäckt
Notch upptäcktes i en mutant Drosophila i mars 1913 i Thomas Hunt Morgans labb . Denna mutant dök upp efter flera generationer av överkorsning och tillbakakorsning av pärlbevingade flugor med vildtypsflugor och karaktäriserades först av John S. Dexter. Den vanligast observerade fenotypen hos Notch-mutantflugor är uppkomsten av en konkav serration vid den mest distala änden av vingarna, som genen är namngiven efter, åtföljd av frånvaron av marginella borst. Denna mutant visade sig vara en könsbunden dominant på X-kromosomen som endast kunde observeras hos heterozygota kvinnor eftersom den var dödlig hos män och homozygota kvinnor. Den första Notch -allelen etablerades 1917 av CW Metz och CB Bridges. I slutet av 1930-talet gav studier av flugembryogenes gjorda av Donald F. Poulson den första indikationen på Notchs roll i utvecklingen. Notch-8 mutanthanar uppvisade en brist på de inre groddskikten , endodermen och mesodermen , vilket resulterade i misslyckande att genomgå senare morfogenes embryonal dödlighet. Senare studier i tidig Drosophila neurogenes gav några av de första indikationerna på Notchs roll i cell-cellsignalering, eftersom nervsystemet i Notch-mutanter utvecklades genom att offra hypodermala celler.
Från och med 1980-talet började forskare få ytterligare insikter om Notch-funktionen genom genetiska och molekylära experiment. Genetiska undersökningar utförda i Drosophila ledde till identifieringen av flera proteiner som spelar en central roll i Notch-signalering, inklusive Enhancer of split, Master mind, Delta, Suppressor of Hairless (CSL) och Serrate. Samtidigt sekvenserades och klonades Notch-genen framgångsrikt, vilket gav insikter i den molekylära arkitekturen hos Notch-proteiner och ledde till identifiering av Notch- homologer i Caenorhabditis elegans ( C. elegans ) och så småningom i däggdjur .
I början av 1990-talet blev Notch alltmer inblandad som receptorn för en tidigare okänd intercellulär signalväg där den intercellulära Notch-domänen (NICD) transporteras till kärnan där den fungerar som en transkriptionsfaktor för att direkt reglera målgener. Frisättningen av NICD visade sig vara ett resultat av proteolytisk klyvning av transmembranproteinet genom verkan av den katalytiska subenheten för y-sekretaskomplex Presenilin . Detta var en betydande interaktion eftersom Presenilin är inblandat i utvecklingen av Alzheimers sjukdom. Detta och ytterligare forskning om mekanismen för Notch-signalering ledde till forskning som ytterligare skulle koppla Notch till ett brett spektrum av mänskliga sjukdomar.
Strukturera
Drosophila innehåller ett enda Notch-protein, C . elegans innehåller två redundanta notch-paraloger, Lin-12 och GLP-1, och människor har fyra Notch-varianter, Notch 1-4. Även om det finns variationer mellan homologer, finns det en uppsättning mycket konserverade strukturer som finns i alla Notch-familjens proteiner. Proteinet kan i stort delas upp i den extracellulära Notch-domänen (NECD) och den intracellulära Notch-domänen (NICD) förenade med en enkelpassage transmembrandomän (TM).
NECD innehåller 36 EGF-repetitioner i Drosophila , 28-36 i människor och 13 och 10 i C. elegans Lin-12 respektive GLP-1. Dessa upprepningar är kraftigt modifierade genom O-glykoslyering och tillsatsen av specifika O-kopplade glykaner har visat sig vara nödvändig för korrekt funktion. EGF-upprepningarna följs av tre cysteinrika Lin-12/Notch Repeats (LNR) och en heterodimeriseringsdomän (HD). Tillsammans bildar LNR och HD den negativa regulatoriska regionen intill cellmembranet och hjälper till att förhindra signalering i frånvaro av ligandbindning.
NICD fungerar som en transkriptionsfaktor som frisätts efter att ligandbindning triggar dess klyvning. Den innehåller en nukleär lokaliseringssekvens (NLS) som förmedlar dess translokation till kärnan , där den bildar ett transkriptionskomplex tillsammans med flera andra transkriptionsfaktorer. Väl i kärnan, flera ankyrin-repetitioner och RAM-domänen interaktioner mellan NICD- och CSL-proteinerna för att bilda ett transkriptionsaktiveringskomplex. Hos människor spelar ytterligare en PEST-domän en roll i NICD-nedbrytning.
Fungera
Notch familjemedlemmar spelar en roll i en mängd olika utvecklingsprocesser genom att kontrollera cellödebeslut. Notch-signalnätverket är en evolutionärt bevarad intercellulär signalväg som reglerar interaktioner mellan fysiskt intilliggande celler. I Drosophila etablerar notch-interaktion med dess cellbundna ligander (delta, serrat) en intercellulär signalväg som spelar en nyckelroll i utvecklingen. Detta protein fungerar som en receptor för membranbundna ligander och kan spela flera roller under utvecklingen. En brist kan associeras med bikuspidal aortaklaff .
Det finns bevis för att aktiverade Notch 1 och Notch 3 främjar differentiering av progenitorceller till astroglia . Notch 1, som sedan aktiveras före födseln, inducerar radiell glia differentiering, men postnatalt inducerar differentieringen till astrocyter . En studie visar att Notch-1 cascade aktiveras av Reelin på ett oidentifierat sätt. Reelin och Notch1 samarbetar i utvecklingen av dentate gyrus , enligt en annan.
Ligandinteraktioner
| Jagged/Serrate | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| proteinidentifierare | |||||||||
| Symbol | DSL | ||||||||
| Pfam | PF01414 | ||||||||
| InterPro | IPR026219 | ||||||||
| Membran | 76 | ||||||||
| |||||||||
Notch-signalering utlöses via direkt cell-till-cell-kontakt, medierad av interaktioner mellan Notch-receptorproteinet i den signalmottagande cellen och en ligand i en intilliggande signalsändande cell. Dessa typ 1 enkelpassage transmembranproteiner faller i Delta/Serrate/Lag-2 (DSL) familjen av proteiner som är uppkallad efter de tre kanoniska Notch-liganderna. Delta och Serrate finns i Drosophila medan Lag-2 finns i C. elegans . Människor innehåller 3 Delta-homologer, Delta-like 1, 3 och 4, samt två Serrate-homologer, Jagged 1 och 2 . Notchproteiner består av en relativt kort intracellulär domän och en stor extracellulär domän med ett eller flera EGF-motiv och ett N-terminalt DSL-bindande motiv. EGF-upprepningar 11-12 på den extracellulära Notch-domänen har visat sig vara nödvändiga och tillräckliga för trans- signalerande interaktioner mellan Notch och dess ligander. Dessutom har EGF-upprepningar 24-29 varit inblandade i hämning av cis- interaktioner mellan Notch och ligander som samuttryckts i samma cell.
Proteolys
För att en signalhändelse ska inträffa måste Notch-proteinet klyvas på flera ställen. Hos människor klyvs Notch först i NRR-domänen av Furin medan det bearbetas i trans-Golgi-nätverket innan det presenteras på cellytan som en heterodimer. Drosophila Notch kräver inte denna klyvning för att signalering ska ske, och det finns några bevis som tyder på att LIN-12 och GLP-1 klyvs på denna plats i C. elegans .
Frisättning av NICD uppnås efter ytterligare två klyvningshändelser till Notch. Bindning av Notch till en DSL-ligand resulterar i en konformationsförändring som exponerar ett klyvningsställe i NECD. Enzymatisk proteolys vid detta ställe utförs av en A Disintegrin and Metalloproteas domän (ADAM) familj proteas. Detta protein kallas Kuzbanian i Drosopihla , sup-17 i C. elegans och ADAM10 hos människor. Efter proteolytisk klyvning endocytoseras den frigjorda NECD in i den signalöverförande cellen, vilket bara lämnar kvar en liten extracellulär del av Notch. Detta trunkerade Notch-protein kan sedan kännas igen av ett y-sekretas som klyver det tredje stället som finns i TM-domänen.
Humana homologer
Notch-1
Notch-2
Notch-2 ( Neurogenic locus notch homolog protein 2 ) är ett protein som hos människor kodas av NOTCH2 - genen .
NOTCH2 är associerat med Alagilles syndrom och Hajdu-Cheneys syndrom .
Notch-3
Notch-4
Se även
Anteckningar
- Skatt FE, Yeargers JJ, Thomas JH (mars 1994). "Sekvens av C. elegans lag-2 avslöjar en cellsignaleringsdomän som delas med Delta och Serrate of Drosophila". Naturen . 368 (6467): 150–4. Bibcode : 1994Natur.368..150T . doi : 10.1038/368150a0 . PMID 8139658 . S2CID 4345508 .
- Lindsell CE, Shawber CJ, Boulter J, Weinmaster G (mars 1995). "Jagged: en däggdjursligand som aktiverar Notch1" . Cell . 80 (6): 909–17. doi : 10.1016/0092-8674(95)90294-5 . PMID 7697721 . S2CID 11720367 .
- Kelley MR, Kidd S, Deutsch WA, Young MW (november 1987). "Mutationer som förändrar strukturen av epidermal tillväxtfaktorliknande kodande sekvenser vid Drosophila Notch-lokuset". Cell . 51 (4): 539–48. doi : 10.1016/0092-8674(87)90123-1 . PMID 3119223 . S2CID 34338340 .