Furina

Convertazele omniprezente Furin, PC7 și SKI-1/S1P

Furina, o proteină membranară omniprezentă, este produsă inițial ca precursor ∼104-kDa și este rapid transformată într-o formă activă ∼98-kDa. Această scindare autocatalitică, care are loc în ER, este o condiție prealabilă pentru ieșirea moleculelor mature de furină din ER către TGN și suprafața celulară. Furina și PC5/6 par să prezinte o redundanță parțială în ceea ce privește selectivitatea lor de clivare in vitro a unui număr de substraturi și sensibilitatea la anumiți inhibitori de serpină modificați, cum ar fi α1-PDX sau prozeliții lor (Fig. 6). Tipurile variate de proteine secretate constitutiv procesate de convertazele de tip furină sunt exemplificate în tabelul 1. În sistemul nervos central, furina este responsabilă de procesarea unui număr de factori de creștere, inclusiv a neurotrofinelor factorul de creștere pro-nervoasă (NGF) și factorul neurotrofic derivat din creier (BDNF), precum și a proteinelor de aderență a celulelor neuronale și a proteinelor de ghidare, cum ar fi L1-CAM și semaforinele.

Inactivarea genei furinei (Fur) la șoareci este letală, moartea survenind în ziua embrionară 10,5-11 (E10,5-E11) din cauza insuficienței hemodinamice și a defectelor de închidere ventrală cardiacă. Embrionii mutanți nu au reușit să dezvolte vase mari în ciuda prezenței precursorilor celulelor endoteliale. S-a demonstrat că factorul de creștere transformant β1 este procesat eficient de furină, iar inactivarea genei sale produce un fenotip similar cu cel al embrionilor cu furină nulă. Un knock-out condiționat în ficat, cu o deleție a exonului 2 dependentă de expresia Cre din transgenul Mx1-cre, a avut ca rezultat șoareci Furflox/flox Tg(Mx1-cre) viabili Furflox/flox Tg(Mx1-cre) cu un fenotip aproape inexistent. Acest lucru a arătat o anumită redundanță cu alte PC-uri, deoarece unele substraturi tipice ale furinei au fost scindate într-o măsură mai mică.

Diferit de ceilalți șoareci cu PC-uri nule, studiile multiple asupra embrionilor de șoareci cu PC7 nul nu au dezvăluit niciun fenotip anormal aparent în condiții de repaus. Acest lucru poate fi explicat prin faptul că expresia PC7 se suprapune în mare măsură cu cea a furinei. Multe rapoarte arată că PC7 și furina procesează aceleași substraturi, cum ar fi PDGF-AA, PDGF-BB, factorul de creștere endotelială vasculară C și proteina morfogenică osoasă. Alternativ, este posibil ca cea mai conservată convertază PC7 să fie implicată în procesarea unui panel de substraturi neesențiale. Cu toate acestea, o analiză atentă a PC7 KO la șoareci a dezvăluit anomalii comportamentale legate de excesul de dopamină și pierderea parțială a activării proBDNF la BDNF în amigdala și hipocampus. Acestea au inclus pierderea anxietății și a memoriei emoționale, susținând un rol in vivo pentru PC7 în reglarea anumitor tipuri de performanțe cognitive, în parte prin intermediul procesării pro-BDNF. Studiile GWAS la om și studiile biochimice au arătat că PC7 este o dezlipitoare a receptorului de transferrină legat de membrană într-o formă circulantă solubilă, subliniind rolul PC7 în metabolismul fierului.

SKI-1/S1P este o enzimă cheie în reglarea metabolismului lipidic și a homeostaziei colesterolului care scindează factorii de transcripție proteinele de legare a elementelor de reglementare a sterolului (SREBP-1 și SREBP-2). Acestea din urmă sunt sintetizate sub formă de precursori care conțin două domenii trans-membranare separate de o bucla luminală scurtă a ER și care cuprind domenii citosolice N- și C-terminale. Acești precursori sunt clivați într-o manieră dependentă de proteina de activare a clivajului SREBP (SCAP) și de gena indusă de insulină (Insig). Atunci când nivelurile celulare de colesterol sunt ridicate, proteinele Insig-1 și/sau Insig-2 reglementate de insulină se leagă și rețin complexul SCAP-SREBP în ER. Atunci când celulele sunt lipsite de steroli, Insigs se separă, permițând trans-portul complexului SREBP-SCAP în aparatul Golgi. În acest caz, un proces proteolitic în două etape începe cu SKI-1/S1P la secvența R-X-V-L↓ (Fig. 2) și apoi proteaza de situs 2 (S2P) eliberează segmentele N-terminale citosolice ale SREBP din membranele celulare, permițând translocarea lor în nucleu (nSREBP), unde activează transcrierea a peste 35 de ARNm care codifică proteinele/enzimele necesare pentru biosinteza și absorbția colesterolului și a acizilor grași nesaturați, precum și a receptorului lipoproteinei cu densitate scăzută (LDLR).

Similar cu SREBPs, factorul de transcripție ATF6 de tip II legat de membrană, ancorat în ER, joacă un rol major în răspunsul la proteinele desfășurate. În condiții normale, este menținut în ER de către chaperonul BIP, cu domeniul său N-terminal de legare la ADN orientat spre citosol și cu terminația sa COOH în lumenul ER. Acumularea de proteine pliate necorespunzător în ER, care poate fi indusă de sărăcirea calciului (thapsigargin) sau de inhibarea N-glicozilării (tunicamicină), duce la un răspuns de stres ER care are ca rezultat disocierea BIP de proATF6. Acesta din urmă este apoi translocat în mod independent de SCAP în Golgi, unde este mai întâi scindat de SKI-1 și apoi de S2P. Acest lucru eliberează domeniul N-terminal citosolic, care ajunge în nucleu (nATF6) pentru a activa genele țintă ale stresului ER.

Alți substraturi de tip II legați de membrană includ cel puțin șase factori de transcripție de tip CREB (basic leucine zipper). SKI-1/S1P SKI-1/S1P joacă, de asemenea, o funcție critică în biogeneza lizozomilor, prin capacitatea sa de a activa precursorul subunității α/β a GlcNAc-1-fosfotransferazei, un complex critic pentru sortarea multor hidrolaze în lizozomi. BDNF este un substrat solubil, iar studiul procesării sale a dus la clonarea inițială a SKI-1. Am arătat, de asemenea, că pro-somatostatina solubilă este scindată de SKI-1 pentru a elibera peptida N-terminală antrin.

Rolul esențial jucat de SKI-1/S1P este evident din faptul că deleția genei sale duce la moartea embrionară în cele mai timpurii stadii ale diviziunii celulare (adică din stadiul de una-două celule), împiedicând astfel formarea blastocistului. Utilizând șoareci knock-out specific pentru țesuturile din ficat, nivelul colesterolului total circulant a fost redus cu 50%, subliniind controlul critic al acesteia asupra sintezei și absorbției colesterolului. Suprimarea expresiei SKI-1/S1P, în mod specific în condrocite (3.6 Col1-Cre), a dus la paralizia severă a membrelor inferioare, la o coadă curbată și la vertebre lombare suplimentare. În schimb, o legătură încrucișată între os și mușchi a fost deslușită atunci când SKI-1/S1P a fost redus la tăcere în osteocite, deoarece acest lucru a dus la stimularea regenerării mușchiului soleus și la creșterea dimensiunii și a forței contractile a mușchiului cu vârsta. Importanța critică a acestei enzime în sistemul nervos central a devenit evidentă în urma unui studiu al procesării moleculei de ghidare repulsivă (RGMa) de către SKI-1/S1P și furină, dezvăluind implicarea lor în creșterea axonală și faptul că clivarea RGMa este esențială pentru inhibarea creșterii mediată de neogenină. Gena SKI-1/S1P (MBTPS1) nu s-a dovedit a fi polimorfă și, până în prezent, nu a fost identificată nicio variație polimorfă de un singur nucleotid care ar putea fi asociată genetic cu o patologie cunoscută, subliniind probabil necesitatea de a elimina mai mult de 80% din activitatea sa înainte de a se observa orice fenotip și letalitatea asociată cu pierderea completă a funcției sale.

.