Furin

A mindenütt jelenlévő konvertázok Furin, PC7 és SKI-1/S1P

A furin, egy mindenütt jelenlévő membránfehérje, kezdetben ∼104 kDa prekurzorként termelődik, és gyorsan átalakul aktív ∼98 kDa formává. Ez az ER-ben végbemenő autokatalitikus hasadás előfeltétele az érett furin molekuláknak az ER-ből a TGN-be és a sejtfelszínre való kijutásának. Úgy tűnik, hogy a furin és a PC5/6 részleges redundanciát mutat számos szubsztrát in vitro hasítási szelektivitása és érzékenysége bizonyos módosított szerpin-inhibitorokkal szemben, mint például az α1-PDX vagy ezek proszegmensei (6. ábra). A furinszerű konstitutívan szekretált fehérjék furinszerű konvertázok által feldolgozott változatos típusait az 1. táblázat szemlélteti. A központi idegrendszerben a furin felelős számos növekedési faktor, köztük a pro-nerv növekedési faktor (NGF) és az agyból származó neurotrofikus faktor (BDNF) neurotrofinok, valamint az olyan neurális sejtadhéziós és jelzőfehérjék, mint az L1-CAM és a szemaforinok feldolgozásáért.

A furin gén (Fur) inaktiválása egerekben letális, a halál a 10,5-11. embrionális napon (E10,5-E11) következik be hemodinamikai elégtelenség és a szív hasi záródási hibái miatt. A mutáns embriókban az endotélsejt-elődsejtek jelenléte ellenére nem fejlődtek ki nagy erek. Kimutatták, hogy a transzformáló növekedési faktor β1-et hatékonyan feldolgozza a furin, és génjének inaktiválása a furin null embriókhoz hasonló fenotípust eredményez. A májban a 2. exon deléciójának az Mx1-cre transzgénből származó Cre-expressziótól függő feltételes kiütése életképes, szinte fenotípus nélküli Furflox/flox Tg(Mx1-cre) egereket eredményezett. Ez némi redundanciát mutatott más PC-kkel szemben, mivel néhány tipikus furin szubsztrátot kisebb mértékben hasítottak.

A többi PC null egerektől eltérően a PC7 null egerek embrióin végzett több vizsgálat nem mutatott ki nyilvánvaló abnormális fenotípust nyugalmi körülmények között. Ez azzal magyarázható, hogy a PC7 expressziója nagymértékben átfedésben van a furinéval. Számos jelentés azt mutatja, hogy a PC7 és a furin ugyanazokat a szubsztrátokat dolgozza fel, mint például a PDGF-AA, PDGF-BB, vaszkuláris endoteliális növekedési faktor C és csontmorfogén fehérje. Alternatívaként a legkonzerváltabb konvertáz PC7 részt vehet a nem esszenciális szubsztrátok egy csoportjának feldolgozásában. A PC7 KO egerek gondos elemzése azonban viselkedési rendellenességeket tárt fel, amelyek a dopaminfelesleggel és a proBDNF BDNF-re történő aktiválásának részleges elvesztésével kapcsolatosak az amygdala és a hippokampuszban. Ezek közé tartozott a szorongás és az érzelmi emlékezet elvesztése, ami alátámasztja a PC7 in vivo szerepét a kognitív teljesítmény bizonyos típusainak szabályozásában, részben a pro-BDNF feldolgozásán keresztül. Humán GWAS és biokémiai vizsgálatok kimutatták, hogy a PC7 a membránhoz kötött transzferrinreceptor oldható keringő formába történő sheddázása, ami a PC7 vasanyagcserében betöltött szerepét hangsúlyozza.

A SKI-1/S1P a lipidanyagcsere és a koleszterin homeosztázis szabályozásában kulcsfontosságú enzim, amely hasítja a szterin szabályozó elemeket kötő fehérjék (SREBP-1 és SREBP-2) transzkripciós faktorokat. Ez utóbbiak olyan prekurzorokként szintetizálódnak, amelyek két transzmembrán domént tartalmaznak, amelyeket egy rövid ER-luminális hurok választ el egymástól, és amelyek N- és C-terminális citoszolikus doméneket tartalmaznak. Ezek a prekurzorok SREBP hasító-aktiváló fehérje (SCAP) és inzulin-indukált gén (Insig) függő módon hasadnak. Ha a sejtek koleszterinszintje magas, az inzulin által szabályozott Insig-1 és/vagy Insig-2 fehérjék megkötik és az ER-ben tartják a SCAP-SREBP komplexet. Amikor a sejteket megfosztják a szteroloktól, az Insigek leválnak, lehetővé téve a SREBP-SCAP komplex transzportját a Golgi-apparátusba. Ebben egy kétlépcsős proteolitikus folyamat kezdődik az SKI-1/S1P-vel az R-X-V-V-L↓ szekvenciánál (ábra. 2), majd a 2-es helyű proteáz (S2P) felszabadítja a SREBP-ek citoszolikus N-terminális szegmenseit a sejtmembránokból, lehetővé téve transzlokációjukat a sejtmagba (nSREBP), ahol aktiválják a koleszterin és telítetlen zsírsavak bioszintéziséhez és felvételéhez szükséges fehérjéket/enzimeket, valamint az alacsony sűrűségű lipoprotein receptort (LDLR) kódoló több mint 35 mRNS átírását.

A SREBP-ekhez hasonlóan az ER-horgonyzott II-es típusú, membránhoz kötött ATF6 transzkripciós faktor is fontos szerepet játszik a nem kibontott fehérje válaszban. Normál körülmények között a BIP chaperon tartja az ER-ben, N-terminális DNS-kötő doménje a citoszol felé néz, COOH terminusa pedig az ER lumenében van. A helytelenül hajtogatott fehérjék felhalmozódása az ER-ben, amelyet kalciumhiány (thapsigargin) vagy az N-glikoziláció gátlása (tunicamicin) indukálhat, ER stresszválaszhoz vezet, amely a BIP proATF6-tól való disszociációját eredményezi. Ez utóbbi ezután SCAP-független módon transzlokálódik a Golgiba, ahol először az SKI-1, majd az S2P hasítja. Ez felszabadítja a citoszolikus N-terminális domént, amely eljut a sejtmagba (nATF6), hogy aktiválja az ER stressz célgénjeit.

A többi II. típusú membránhoz kötött szubsztrátumok közé tartozik legalább hat CREB-szerű bázikus leucin cipzáras transzkripciós faktor. SKI-1/S1P A SKI-1/S1P kritikus funkciót tölt be a lizoszómák biogenezisében is, azon képességén keresztül, hogy aktiválja a GlcNAc-1-foszfotranszferáz α/β alegység prekurzorát, amely komplex kritikus számos hidroláz lizoszómákba való rendeződéséhez. A BDNF oldható szubsztrát, és a feldolgozásának tanulmányozása vezetett az SKI-1 kezdeti klónozásához. Azt is kimutattuk, hogy az oldható pro-szomatosztatint az SKI-1 hasítja az N-terminális peptid antrin felszabadítása érdekében.

A SKI-1/S1P alapvető szerepét mutatja, hogy génjének deléciója a sejtosztódás legkorábbi szakaszaiban (azaz az egy-két sejtes stádiumtól kezdve) embrióelhaláshoz vezet, így megakadályozza a blasztociszta kialakulását. A májban szövetspecifikus knockout egerek alkalmazásával a keringő összkoleszterin szintje 50%-kal csökkent, ami hangsúlyozza a koleszterinszintézis és -felvétel kritikus szabályozását. Az SKI-1/S1P expressziójának elnémítása, kifejezetten a kondrocitákban (3.6 Col1-Cre), az alsó végtagok súlyos bénulását, görbén megrövidült farkat és extra ágyéki csigolyákat eredményezett. Ezzel szemben a csont és az izom közötti keresztbeszélgetés feloldódott, amikor az SKI-1/S1P-t csendesítettük az oszteocitákban, mivel ez a soleus-izom regenerációjának stimulációját, valamint a méret és a kontraktilis izomerő növekedését eredményezte az életkor előrehaladtával. Ennek az enzimnek a központi idegrendszerben betöltött kritikus jelentősége nyilvánvalóvá vált a taszító irányító molekula (RGMa) SKI-1/S1P és furin általi feldolgozásának vizsgálatából, amely feltárta az axonális növekedésben való részvételüket, és azt, hogy az RGMa hasítása elengedhetetlen a neogenin-mediált kinövésgátláshoz. Az SKI-1/S1P gén (MBTPS1) nem bizonyult polimorfnak, és eddig nem azonosítottak olyan egyetlen nukleotid-polimorf variációt sem, amely genetikailag kapcsolatba hozható lenne valamely ismert patológiával, ami valószínűleg azt hangsúlyozza, hogy aktivitásának több mint 80%-át ki kell iktatni, mielőtt bármilyen fenotípus megjelenne, és a teljes funkcióvesztéssel járó letalitás.