Calcineurin (Жестяная банка) представляет собой протеинфосфатазу, которая играет важную роль в активации Т-клеток иммунной системы, но также активна в других сигнальных путях, опосредованных кальцием, по всему телу. Дефосфорилируя белок NF-AT, этот фермент инициирует серию транскрипций генов, которые в основном отвечают за характерную работу Т-лимфоцитов. Благодаря этой ключевой позиции кальциневрин является отправной точкой для нескольких терапевтических методов иммуносупрессии.
Что такое кальциневрин?
Фермент состоит из двух субъединиц: кальциневрин A (примерно 60 кДа) отвечает за каталитическую функцию и имеет сайт связывания кальмодулина, а кальциневрин B (примерно 19 кДа) является регуляторно активным и имеет два сайта связывания ионов кальция.
В своем основном состоянии CaN неактивен, потому что часть белка блокирует активный центр - это называется аутоингибированием. Связывание кальций-активированного кальмодулина и ионов кальция необходимо для полной активации. В качестве фосфатазы кальциневрин имеет номер EC 3.1.3.16, который включает те ферменты, которые катализируют гидролитическое дефосфорилирование сериновых и треониновых остатков других белков.
Функция, эффект и задачи
Сайт связывания субстрата фермента является избирательным, особенно для NF-ATc (ядерный фактор активированных Т-клеток, цитозольный). Этот фактор транскрипции находится в плазме лимфоцитов клеток. В основном состоянии NF-Atc фосфорилируется и поэтому неактивен.
Роль кальциневрина в иммунном ответе начинается с поглощения антигена, например вируса, бактерии или компонентов дегенерированных клеток - клеткой иммунной системы (моноцитами, макрофагами, дендритными клетками и В-клетками). Затем это вещество обрабатывается и выводится на поверхность клетки.
Когда антиген-презентирующие клетки вступают в контакт с Т-клеточным рецептором Т-клеток, запускается сигнальный каскад. Эти внеклеточные стимулы увеличивают концентрацию кальция в клетке. Ионы кальция связываются с CaN B, который, изменяя структуру белка, растворяет аутоингибиторный домен CaN A и опосредует связывание кальмодулина с CaN A. Это делает кальциневрин полностью каталитически активным и дефосфорилирует богатую серином область (SRR) на аминоконце NF-ATc. Это приводит к конформационному изменению NF-ATc, в результате чего фактор транскрипции транспортируется в ядро клетки. Там он запускает транскрипцию нескольких генов, которые, помимо прочего, отвечают за выработку интерлейкинов, таких как IL-2.
IL-2 также обеспечивает активацию Т-хелперных клеток и синтез цитокинов, таким образом управляя работой цитотоксических Т-клеток. В то время как клетки-помощники контролируют другие лимфоциты в иммунном ответе - например, путем созревания В-клеток до плазматических клеток или клеток памяти и активации фагоцитов - цитотоксические Т-клетки несут ответственность за разрушение инфицированных или дегенерированных клеток в организме. Поскольку по этому пути нельзя пройти без кальциневрина, фермент играет ключевую роль в иммунном ответе.
Следующими белками-мишенями фермента являются связывающий элемент сАМР (CREB), влияющий, например, на на нервную систему, внутренние часы и фактор-усилитель миоцитов 2 (MEF2), который частично отвечает за дифференцировку клеток в эмбриональном развитии и играет роль в стрессовой реакции некоторых тканей у взрослых.
Образование, возникновение, свойства и оптимальные значения
Существуют разные изоформы двух субъединиц (изоформы CaN A: 3, изоформы CaN B: 2), некоторые из которых экспрессируются по-разному в зависимости от области тела. В частности, выделяется CaN A γ, который находится исключительно в семенниках и участвует там в созревании семян. Несмотря на важную роль, которую он играет в иммунной системе и нервах, можно предположить, что кальциневрин можно найти почти во всех тканях. Регулирование происходит не столько за счет увеличения или уменьшения синтеза, сколько за счет ингибитора кальциневрина CAIN. Это предотвращает, например, дефосфорилирование NF-AT.
Регулирование отрицательной обратной связи с помощью RCAN1 гарантирует отсутствие чрезмерно высокой цитозольной концентрации CaN. Активированный (дефосфорилированный) NF-AT связывается с промотором гена RCAN1 в ядре клетки и тем самым запускает транскрипцию. Образующийся RCAN1 связывается с CaN и ингибирует его активность.
Заболевания и расстройства
Кальциневрин является мишенью ингибиторов кальциневрина, таких как Циклоспорин, пимекролимус и такролимус. Ингибируя действие фосфатазы CaN, вызывается иммуносупрессия, которая, например, после пересадки органов для снижения вероятности отторжения или при аутоиммунных заболеваниях для борьбы с воспалительными процессами.
Таким образом, ингибиторы CaN также используются для лечения заболеваний из группы ревматоидов. Другие подходы, которые в настоящее время изучаются, - это борьба с туберкулезом, шизофренией и диабетом. Исключительное присутствие CaNAγ в семенниках предполагает возможную роль в разработке противозачаточных средств. В случаях гипертрофии сердца, в которой задействован сигнальный путь CaN-NA-FT, развитие гипертрофии можно предотвратить введением ингибиторов CaN.
Люди с синдромом Дауна имеют три 21 хромосомы вместо обычных двух, которые кодируют белок, ингибирующий кальциневрин. Этот ингибитор предотвращает взаимодействие кальциневрина с клетками кровеносных сосудов и запуск в них процессов пролиферации. Этот факт особенно важен в случае опухолей, поскольку они, помимо прочего, обеспечивают их кровоснабжение через кальциневрин. Вмешательство на этом этапе может эффективно предотвратить прогрессирование рака. Итак, вы можете найти, например, значительно более низкая заболеваемость опухолями у людей с синдромом Дауна и надежды, что целенаправленное подавление этого процесса обеспечит преимущества в борьбе с раком в будущем.
В последнее время появляется все больше доказательств того, что возрастная дисрегуляция кальциневрина также может играть роль в развитии нейрональных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера. Исследование сигнальных путей, в которых участвует фермент, выявляет все больше и больше белых пятен на биохимической карте. В то же время это вселяет надежду на то, что с помощью этого ключевого белка мы сможем лучше понимать и лечить большое количество различных заболеваний в будущем.
