Furin

Všudypřítomné konvertasy Furin, PC7 a SKI-1/S1P

Furin, všudypřítomný membránový protein, je zpočátku produkován jako prekurzor ∼104 kDa a je rychle přeměněn na aktivní formu ∼98 kDa. Toto autokatalytické štěpení probíhající v ER je předpokladem pro výstup zralých molekul furinu z ER do TGN a na povrch buňky. Zdá se, že furin a PC5/6 vykazují částečnou redundanci své in vitro selektivity štěpení řady substrátů a citlivosti k některým modifikovaným serpinovým inhibitorům, jako je α1-PDX nebo jejich prosegmenty (obr. 6). Různé typy konstitutivně vylučovaných proteinů zpracovávaných furin-like konvertasami jsou uvedeny v tabulce 1. V centrální nervové soustavě je furin zodpovědný za zpracování řady růstových faktorů, včetně neurotrofinů pronervového růstového faktoru (NGF) a neurotrofického faktoru odvozeného od mozku (BDNF), a také adhezivních proteinů nervových buněk a cueing proteinů, jako jsou L1-CAM a semaforiny.

Inaktivace genu pro furin (Fur) u myší je letální, přičemž smrt nastává v embryonálním dni 10,5-11 (E10,5-E11) v důsledku hemodynamické nedostatečnosti a defektů ventrálního uzávěru srdce. U mutantních embryí se nevyvinuly velké cévy navzdory přítomnosti prekurzorů endotelových buněk. Bylo prokázáno, že transformující růstový faktor β1 je účinně zpracováván furinem a inaktivace jeho genu vede k podobnému fenotypu jako u embryí s nulovým furinem. Podmíněné vyřazení v játrech s delecí exonu 2 závislé na expresi Cre z transgenu Mx1-cre vedlo k životaschopným myším Furflox/flox Tg(Mx1-cre) téměř bez fenotypu. To ukázalo určitou redundanci s jinými PC, protože některé typické substráty furinu byly štěpeny v menší míře.

Na rozdíl od ostatních PC nulových myší neodhalily četné studie na embryích PC7 nulových myší žádný zjevný abnormální fenotyp v klidových podmínkách. To lze vysvětlit tím, že exprese PC7 se rozsáhle překrývá s expresí furinu. Mnoho zpráv ukazuje, že PC7 a furin zpracovávají stejné substráty, jako jsou PDGF-AA, PDGF-BB, vaskulární endoteliální růstový faktor C a kostní morfogenní protein. Alternativně se nejkonzervativnější konvertáza PC7 může podílet na zpracování panelu neesenciálních substrátů. Pečlivá analýza PC7 KO u myší však odhalila behaviorální abnormality související s nadbytkem dopaminu a částečnou ztrátou aktivace proBDNF na BDNF v amygdale a hipokampu. Ty zahrnovaly ztrátu úzkosti a emoční paměti, což podporuje in vivo roli PC7 v regulaci určitých typů kognitivních výkonů, částečně prostřednictvím zpracování pro-BDNF. Lidské GWAS a biochemické studie odhalily, že PC7 je sheddázou membránově vázaného transferinového receptoru do rozpustné cirkulující formy, což zdůrazňuje roli PC7 v metabolismu železa.

SKI-1/S1P je klíčový enzym v regulaci metabolismu lipidů a homeostázy cholesterolu, který štěpí transkripční faktory sterol regulatory element binding proteins (SREBP-1 a SREBP-2). Ty jsou syntetizovány jako prekurzory obsahující dvě transmembránové domény oddělené krátkou luminální smyčkou ER a obsahující N- a C-koncové cytosolické domény. Tyto prekurzory jsou štěpeny v závislosti na štěpení SREBP aktivačního proteinu (SCAP) a inzulinem indukovaného genu (Insig). Při vysokých hladinách cholesterolu v buňce se inzulinem regulované proteiny Insig-1 a/nebo Insig-2 vážou a udržují komplex SCAP-SREBP v ER. Když jsou buňky zbaveny sterolů, Insig se oddělí a umožní transport komplexu SREBP-SCAP do Golgiho aparátu. V něm probíhá dvoustupňový proteolytický proces začínající u SKI-1/S1P na sekvenci R-X-V-L↓ (obr. 2) a poté proteáza na místě 2 (S2P) uvolní cytosolové N-koncové segmenty SREBP z buněčných membrán, což umožní jejich translokaci do jádra (nSREBP), kde aktivují transkripci více než 35 mRNA kódujících proteiny/enzymy potřebné pro biosyntézu a absorpci cholesterolu a nenasycených mastných kyselin a také receptor pro lipoproteiny o nízké hustotě (LDLR).

Podobně jako SREBPs hraje transkripční faktor ATF6 vázaný na membránu ER typu II významnou roli v reakci na nesložené proteiny. Za normálních podmínek je v ER držen chaperonem BIP, přičemž jeho N-koncová DNA vazebná doména směřuje do cytosolu a jeho COOH zakončení do lumen ER. Hromadění nesprávně složených proteinů v ER, které může být vyvoláno deplecí vápníku (thapsigargin) nebo inhibicí N-glykosylace (tunikamycin), vede ke stresové reakci ER, jejímž výsledkem je disociace BIP od proATF6. Ten je poté přemístěn způsobem nezávislým na SCAP do Golgiho, kde je nejprve štěpen SKI-1 a poté S2P. Tím se uvolní cytosolová N-koncová doména, která se dostane do jádra (nATF6) a aktivuje cílové geny ER stresu.

Mezi další substráty typu II vázané na membránu patří nejméně šest transkripčních faktorů typu CREB podobných základním leucinovým zipům. SKI-1/S1P SKI-1/S1P hrají také kritickou funkci v biogenezi lysozomů, a to prostřednictvím své schopnosti aktivovat prekurzor α/β podjednotky GlcNAc-1-fosfotransferázy, což je komplex kritický pro třídění mnoha hydroláz do lysozomů. BDNF je rozpustný substrát a studium jeho zpracování vedlo k prvnímu klonování SKI-1. Ukázali jsme také, že rozpustný pro-somatostatin je štěpen SKI-1 za uvolnění N-koncového peptidu antrinu.

Zásadní role, kterou hraje SKI-1/S1P, je zřejmá ze skutečnosti, že delece jeho genu vede k embryonální smrti v nejranějších fázích dělení buněk (tj. od stádia jedné až dvou buněk), čímž se zabrání vzniku blastocysty. Při použití tkáňově specifického knockoutu u myší v játrech byla hladina cirkulujícího celkového cholesterolu snížena o 50 %, což zdůrazňuje jeho kritickou kontrolu syntézy a vychytávání cholesterolu. Umlčení exprese SKI-1/S1P, konkrétně v chondrocytech (3.6 Col1-Cre), vedlo k těžké paralýze dolních končetin, kadeřavě zkrácenému ocasu a extra bederním obratlům. Naopak při umlčení SKI-1/S1P v osteocytech byla odhalena zkřížená vazba mezi kostí a svalem, protože to vedlo ke stimulaci regenerace svalu soleus a zvýšení velikosti a kontrakční síly svalu s věkem. Kritický význam tohoto enzymu v centrální nervové soustavě se stal zřejmým ze studie zpracování odpudivé naváděcí molekuly (RGMa) SKI-1/S1P a furinem, která odhalila jejich zapojení do axonálního růstu, a že štěpení RGMa je nezbytné pro inhibici růstu zprostředkovanou neogeninem. Gen SKI-1/S1P (MBTPS1) nebyl shledán polymorfním a dosud nebyla identifikována žádná jednonukleotidová polymorfní varianta, která by mohla být geneticky spojena se známou patologií, což pravděpodobně zdůrazňuje nutnost eliminovat více než 80 % jeho aktivity, než se projeví jakýkoli fenotyp, a letalitu spojenou s jeho úplnou ztrátou funkce.

.