文摘
Ras模拟大脑(Rab)蛋白质是小的鸟苷三磷酸酶(GTPase)属于Ras-like GTPase总科,他们可以调节囊泡贩卖。Rab蛋白质之间的替代激活(GTP-bound)状态和灭活(蛋白)状态。早期内体标记Rab5 GTPase, Rab家族的重要成员,内吞作用和膜运输中扮演着关键角色。的激活状态Rab5新兵感受器和调节膜受体的内化和贩卖调节囊泡融合和受体排序初核内体。在这次审查中,我们总结的作用小Rab gtpase Rab5贩卖膜受体和信号通路的激活,如Ras / MAPK和PI3K / Akt,最终影响细胞生长、细胞凋亡、肿瘤发生、肿瘤的发展。本文可能会提供一些见解对我们未来的研究和疾病的新治疗靶点。
1。介绍
Ras模拟大脑(Rab)蛋白,属于最大的Ras总科,家庭小鸟苷二磷酸(三磷酸鸟苷)-结合蛋白调节细胞内走私途径(1]。有超过60个不同的蛋白质在人类中,构成41个功能亚科和组织特异性。Rab蛋白质类似Ras和其他GTP-bound蛋白质结构。他们是由约200个氨基酸,含有五个高度保守的区域绑定三磷酸鸟苷和水解所必需的。Rab蛋白质以单体的形式存在,氨基酸序列相似性的Rab的家庭成员范围从35%到80% (2]。Rab超过75%的蛋白质序列相似性可以确定为相同的蛋白质。
Rab5是其中一个最重要的Rab家族的成员,其功能和机制研究。Rab5激活形式之间的转换,GTP-bound Rab5 (GTP-Rab5)和灭活形式,鸟苷二磷酸(GDP) -绑定Rab5 (GDP-Rab5) [3]。激活Rab5与膜泡运输的效应器,涉及到膜贩运、和信号通路4]。
在这次审查中,我们讨论的结构和激活Rab5并强调了最近的进步Rab5贩卖调节膜受体和信号通路,这将最终影响疾病的发生和发展。
2。Rab GTPase蛋白质
第一次研究Rab GTPase蛋白的酵母酿酒酵母诺维克。发现所必需的一系列基因的酵母分泌,命名证券交易委员会(SEC1, SEC2等)(5]。随后,Gallwitz Ras-related小组发现的基因编码YPT1蛋白在酵母酿酒酵母(6]。进一步的研究表明,突变体SEC4和YPT1小GTP-bound蛋白质编码,和证券交易委员会的结构和功能类似物和YPT从老鼠大脑克隆库和命名Rab [7]。
Rab蛋白质结构相似,通常包含两个半胱氨酸残基羧基末端一般,出现在cc的形式,科学家,-CCXX, -CXXX或-CCXXX (X代表任何氨基酸)和作为膜定位信号(8]。Rab GTPase蛋白质的关键结构包含一个高度保守的G域包含六个β表(β1 -β6)、5α螺旋(α1 -α5),和五个多肽环;N - c端;和分子开关I和II (2]。n端可能参与异戊二烯修改c端半胱氨酸。分子开关I和II, N - c端一起确定Rab GTPase蛋白质的功能。高度相关的Rab GTPase蛋白质可能表达相同的细胞器,但发挥不同的功能。
Rab gtpase GTP-bound激活之间可以改变形式和蛋白灭活的形式(8]。GTP-Rab位于质膜,GDP-Rab位于细胞质中。激活和灭活形式之间的转换需要三个重要的监管机构:GDP分离抑制剂(GDI),鸟嘌呤核苷酸交换因子(GEF),和GTPase激活蛋白(GAP)。如图1,GDI循环因素调节的绑定和卸载Rab gtpase在质膜上。后公布的GDI, GEF Rab被激活,催化三磷酸鸟苷的GDP的转换。然后,Rab-GTP可能执行其角色通过招募下游效应器。失活的Rab gtpase涉及以下步骤:差距能灭活Rab gtpase通过催化三磷酸鸟苷的水解。与灭活Rab-GDP GDI结合形成一个复杂、阻碍Rab蛋白质之间的相互作用和效应器。然后,灭活Rab从质膜蛋白质转移到细胞质中开始一个新的周期(9,10]。虽然具有相似结构,Rab家族在贩卖膜受体蛋白执行不同功能和信号通路,因为它们绑定到不同的感受器(4]。Rab gtpase扮演他们的角色在细胞器膜泡运输的连接在不同的阶段,包括出芽、运输、拘束,对接和融合阶段11]。
3所示。Rab5的基本信息
Rab5 Rab家族的重要成员,鉴别和Rab5A是其最重要的子类型,功能和机制。Rab5提到大多数研究Rab5A。Rab5A位于3 p24.3和是由215个氨基酸组成的分子量为23.658 kD (12]。Rab5几乎是球形的蛋白质结构:β床单和α螺旋折叠的N末端,-CCXX结构和p-loop结构c端。-CCXX结构通常由prenylation修改,导致Rab5在质膜上的位置。P-loop由三部分组成:(1)27-34残留引起水解,绑定,在Rab5和三磷酸鸟苷的分离,(2)49-51残留物作为开关,和(3)79 - 81残留物作为开关二世(13]。
目前研究的突变体Rab5关注S34N, Q79L, A30P, G78I, N125I, N133I D136N, c端氨基端截断。中,Rab5-S34N持续Rab5的活动形式,是guanylate-bound缺陷突变体,比GDP绑定。超表达的显性负Rab5-S34N抑制融合转移的早期核内体和内吞作用[14]。Rab5-Q79L是三磷酸鸟苷enzyme-deficient突变,可以阻碍三磷酸鸟苷水解,维持Rab5的激活。过度的Rab5-Q79L诱发核内体和抑制溶酶体的融合和扩展生成(15]。
Rab5 GTP-Rab5激活形式之间的转换和灭活的GDP-Rab5形式。Rab5的激活是由全球环境基金,失活是由差距(16]。gef包含守恒Vps9域(17),这可能促进Rab5 GDP-Rab5和GTP-Rab5之间的变换,如Rabex-5 [18],RME-6 [19,20.],RIN1 [21],p85 [22- - - - - -24]。间隙调节Rab5的激活状态,如Rab-GAP5 [25),马铃薯球蛋白(26],Armus / TBC-2 [27)(表1)。
3.1。的效应器Rab5
Rab5新兵效应蛋白通过GTP-dependent I和II切换到不同的亚细胞的隔间来调节膜贩运事件。Rab5早期内体的关键效应器antigen-1 (EEA1) [28,29日],rabaptin-5 [30.,31日,37],rabenosyn-5 [32,38],APPL1/2 [33,34],ZFYVE21 [35)(表1)。
的关键效应EEA1 Rab5分子量为162 kD,是早期核内体和生物标志物有平行的卷曲螺旋为结构。Rab5 EEA1包含两个结合位点:氨基端C2H2锌指结构和c端域(29日),可以形成复合物Rab5特别是结合-磷酸磷脂酰肌醇。磷脂酰肌醇3 -磷酸进一步提高GTP-Rab5的稳定性,确保招聘EEA1早期核内体(39]。然后,Rab5与可溶性NSF附件竞争蛋白受体(陷阱)40)和融合的c端EEA1,调解的对接Rab5膜和调节早期内体运输(41]。
Rabaptin-5是另一个Rab5效应起着至关重要的作用在膜对接(30.]。Rab5与糖基rabaptin-5形成一个复杂的相互作用,以其亲和力反映Rab5激活水平。其余rabaptin-5结构与其它分子相互作用,如Rab4 Rab11,调节受体的再循环(37]。击倒的rabaptin-5促进细胞外循环囊泡的形成,和超表达rabaptin-5产生抑制效应,这表明rabaptin-5保持平衡的质膜上的受体(31日,42]。
gef之间存在密切的互动,Rab5 Rab5效应器。例如,Rabex-5激活后,Rab5新兵与磷脂酰肌醇的交互效应Vps15 3-kinase (PI3K)。然后,PI3K生成3 -磷酸磷脂酰肌醇,进一步招募更多的效应器与Rab5进行交互。此外,激活Rab5与它交互效应rabaptin-5形成一个复杂的。Rabaptin-5进一步促进的活动从GTP-Rab5 Rabex-5促进积极的反馈和绑定Rab5下游效应器(43]。
4所示。的功能Rab5贩卖膜受体和信号转导
Rab5影响内化和胞内运输的受体,如受体酪氨酸激酶(rtk), G (GPCRs) protein-coupled受体,抗原识别受体通过招募Rab5效应器。的信号转导受体发生在早期核内体,进一步影响基因转录,最终影响细胞形态、生长、分化、凋亡和疾病发展,如图2。
4.1。Rab5和rtk
rtk是总科的受体与配体结合,使磷酸化酪氨酸残基的目标蛋白质酪氨酸激酶域。他们有相似的结构,包括胞外糖基化的多肽,负责与配体结合,疏水跨膜域和酪氨酸激酶活性的胞内区域(44,45]。rtk有重要的生理功能,调节细胞增殖、细胞分化、肿瘤发生、肿瘤发展(46,47]。这些受体分为几个家庭根据肽序列的相似性和其他结构特点,主要包括表皮生长因子(EGF)受体家族,血小板源生长因子(PDGF)受体家族,神经生长因子受体家族,纤维母细胞生长因子受体家族,血管内皮生长因子(VEGF)受体家族,和肝细胞生长因子受体(c-MET)的家庭。
内吞作用rtk包括内化、运输、排序和退化(48,49),刺激下游信号和调节细胞过程,如细胞增殖、迁移和形态变化。rtk的国际化主要取决于网格蛋白。细胞表面配体刺激后,陷入和适配器分子招募rtk clathrin-coated坑(50),然后进入细胞。与catalyzation dynamin [51],rtk运输到细胞质中形成网格蛋白囊泡和保险丝早期核内体(主要是Rab5 / EEA1-positive早期核内体)。然后,rtk被运送到了核内体和核内体,促进多泡体的形成。随后,多泡体进入核内体末最后退化后溶酶体通过endosomal排序所需的复杂运输终止RTK信号(52]。rtk整理早期内体,也可以回收通过Rab4——细胞膜和Rab11-positive核内体53]。
表皮生长因子受体在rtk中研究最广泛的分子。EGF受体的细胞外地区由622个氨基酸残基,该绑定多个类型的配体包括EGF和TGFα(54]。除了在网格蛋白Rab5泡形成的重要作用,Rab5促进早期核内体的形成通过调节囊泡融合(55]。击倒Rab5抑制EGF受体的内化和贩卖,导致减少EGF受体退化和持续的信号转导。此外,Rab5-Q79L或EGF受体激酶抑制剂,AG1478,可能抑制Rab5-positive早期核内体的形成,减少EGF受体的colocalization和Rab5,并进一步抑制核内体融合。Rab5 GEF Rin1 AG1478恢复抑制作用或Rab5-Q79L突变体在核内体融合在一定程度上56]。
gef Rab5或相互作用的蛋白质,如磷脂酶D(骑士),缺氧诱导因子(HIF), neuropilin-2 (NRP2) / WDFY1轴,和富亮氨酸重复激酶2体内基因LRRK2(),也可以规范内化,运输,和下游信号通路的表皮生长因子受体(57]。此外,我们先前的研究发现CMTM3肿瘤抑制基因,降低表皮生长因子受体表达和EGF-mediated致瘤性通过促进胃癌Rab5活动(58]。
骑士可以直接影响上游EGF受体的分子和蛋白质与差距,在此期间,Rab5调节EGF受体的内吞作用,网格蛋白囊泡的形成,并最终影响EGF受体的功能(31日]。Rab5效应rabaptin-5下调表达,诱导抑制EGF受体退化,导致延长表皮生长因子受体信号和促进细胞增殖和生存。Pleckstrin同源性(PH)域PLD1可能与低氧诱导因子和恢复有关rabaptin-5表达减少和抑制EGF受体退化(31日,59]。的下游分子WDFY1 NRP2 colocalizes EEA1和促进核内体的成熟,影响交通和EGF受体的降解。NRP2删除导致大量积累EEA1 /月初Rab5核内体,核内体标记Rab7后期表达下调,延迟核内体早期到晚期的核内体的成熟过程,最后抑制溶酶体的形成。此外,NRP2 / WDFY1轴在癌症细胞内吞作用中起着重要的作用。在癌细胞,NRP2的表达与WDFY1负相关。NRP2删除导致异常激活Erk信号通路,导致细胞死亡的60]。LRRK2与Rab5 coregulate泡形成,体内基因LRRK2期间,磷酸化Thr6 Rab5提高Rab5活动和促进EGF受体退化(61年]。
C-MET HGF的受体,参与细胞增殖、分化、信号转导和细胞骨架重排的监管。C-MET与肿瘤发生密切相关,各种癌症的发展。Rab5还参与c-MET的运输和信号转导。应用PTP1B与c-MET、EGF和PDGF受体,影响他们的内化。删除应用PTP1B促进NSF的磷酸化,降低磷脂酰肌醇的形成3-phosphate-positive早期核内体和Rab5的激活,导致抑制c-MET和EGF受体的运输和退化62年]。击倒c-MET NSF影响信号转导和再循环,EGF受体整合素,和igf - 1受体,从而抑制受体的囊泡而不是进入原子核和一个最终的持续激活c-MET / MEK1/2和EGF受体/ MEK1/2信号通路(63年,64年]。
此外,Rab5在PDGF受体内化和贩卖过程中发挥作用65年]。P85,亚基与差距活动-磷酸磷脂酰肌醇(22),调节核内体运输、再循环和下游信号激活受体和保持平衡的受体(66年]。p85突变p85-R274反转p85活动,诱导的积累Rab5在细胞质中,促进内化的PDGF受体Rab5-dependent的方式。稳定的超表达p85-R274 NIH3T3细胞减少Rab5活动,抑制PDGF受体的降解,并激活下游PI3K / Akt信号通路,导致细胞形态学改变,促进细胞增殖,增加患癌症的风险(23,67年]。然而,过度Rab5-S34N突变可以扭转这些效应(23]。经典的ρgtpase家人RhoD位于核内体和回收初核内体,是一个相互作用的蛋白质rabankyrin-5 (Rab5效应)36]。RhoD参与运输的内体和影响PDGF受体内化及其下游PLC)和一种蛋白激酶信号通路(65年]。
Rab5影响内化、贩运和VEGF受体的信号转导和集落刺激因子1受体。过度的Rab5-Q79L内皮细胞增加早期核内体的大小和诱发的colocalization EEA1和VEGF受体在核内体,而击倒Rab5增强VEGF受体的激活(Y1175) / MAPK p42/44信号通路(68年]。在巨噬细胞集落刺激因子1受体colocalizes Rab5。可拆卸的p110 Rab5灭活δ(我PI3K的催化亚基类),抑制集落刺激因子1 Akt受体下游信号通路,最终影响巨噬细胞的功能(69年]。
4.2。Rab5和GPCRs
GPCR的家庭,最大的和最重要的膜受体超科人,拥有超过2000名成员,几乎参与所有的生命活动。GPCRs包括细胞外n端结构域的结构,七个跨膜螺旋(TM1-TM7) [70年),细胞内c端域,三个细胞外循环(ECL1-ECL3),三个或四个胞内循环(ICL1-ICL4)。氨基酸的跨膜螺旋区GPCRs相对保守,而c端氨基酸的氨基端和循环区域是不同的。GPCRs的异常表达可能会导致许多疾病,如阿尔茨海默病、帕金森病、侏儒症,和色盲,它可能影响肿瘤发生和肿瘤发展71年]。
在配体刺激,GPCR GPCRs正在迅速磷酸化的激酶,它们绑定到适配器蛋白质β-arrestins(1)抑制GPC与G蛋白质受体之间的相互作用,导致信号终止,(2)促进GPC受体的内吞作用,其中大多数是由网格蛋白和催化dynamin [72年,73年]。走私,内吞作用和功能的GPCRs由Rab gtpase监管。β-Arrestin诱发的贩卖GPCRs涂布坑通过β2-adaptin和网格蛋白(74年]。内化后,GPCRs在核内体脱去磷酸,然后回收细胞膜或呆在核内体早期,紧随其后的是运输到核内体和溶酶体降解[75年,76年]。
Rab5参与的内化和贩卖GPCRs通过调节囊泡融合和受体排序在早期核内体77年]。Rab5 NK1R的交通管制,促进早期NK1R在细胞核周围的核内体的积累。接下来,NK1R末进入核内体和溶酶体。然而,Rab5-S34N诱发的NK1R保留早期核内体膜(78年]。阻塞NK1R抑制p70S6K和4 e-bp1/2的磷酸化,导致抑制古典Wnt信号通路,最终抑制细胞增殖(79年]。这些发现说明,Rab5不仅起着关键作用的规定NK1R运输也影响相关信号通路对肿瘤发生、肿瘤发展的贡献。
Lysophosphatidic酸(LPA)参与代谢,信号转导,调节器官功能,是与炎症有关80年,81年)和癌症(82年,83年]。Rab5-S34N抑制LPA受体的内化和血清响应因子的激活依赖于LPA [84年),进一步抑制下游信号通路,抑制肿瘤细胞的能动性和迁移85年]。CB2通过配体刺激(磷酸化86年],[促进细胞增殖的87年,88年]。过度的Rab5-S34N抑制CB2的内化,CB2回收,但没有明显的影响(89年]。富亮氨酸repeat-containing G protein-coupled受体5 (LGR5就)是参与Wnt信号通路和起着重要的作用在各种各样的组织干细胞。内化后,迁移LGR5就从clathrin-coated坑,迅速进入到EEA1 / Rab5-positive早期核内体,与Rab5 colocalizes。与R-spondins绑定后,LGR激活Wnt /β连环蛋白信号通路和影响疾病的发展90年,91年]。
此外,Rab5 colocalizes与催产素受体(92年],CXCR2 [93年),和其他各种GPCRs。其机制的研究将有助于我们了解疾病的发生,为疾病治疗提供新思路。
4.3。Rab5和抗原识别受体
除了前面提到的受体,Rab5参与运输和信号转导的抗原识别受体,如模式识别受体(PRRs)在先天免疫细胞,t细胞受体(TCR)和b细胞受体(BCR)自适应免疫细胞。
PRRs可以识别其分子模式,它可以激活一系列信号通路,并激发起你的先天免疫反应。通常PRRs包括的toll样受体),c型凝集素受体,nod样受体,RIG-I-like受体,DNA-sensing分子在细胞质中94年]。
通过与TLR4绑定,脂多糖激活inflammatory-related细胞并导致炎症(95年]。colocalization TLR4和Rab5可以观察到骨骨髓来源的巨噬细胞和造血干细胞和祖细胞在脂多糖刺激(96年]。Rab5影响下游NF-κB TLR4信号和目标基因的下游,等Hif-1和CCL2,最终促进骨骨髓来源的放大多功能造血干细胞(97年]。
甘露糖和清道夫受体是巨噬细胞表面受体,参与病原体识别抗原,并保持体内平衡(98年,99年]。甘露糖和清道夫受体colocalize Rab5 [One hundred.- - - - - -102年]。IL4 / PGE2刺激明显上调甘露糖受体的表达,Rab5,和Rab5 GEF Rin1老鼠骨骨髓来源的巨噬细胞,最终促进老鼠骨骨髓来源的巨噬细胞吞噬作用103年]。
此外,Rab5参与识别和BCR的运输和信号转导。TCR形式复杂月初Rab5核内体和积累Rab5-positive早期核内体(104年]。的减少活动Rab5抑制细胞退化和提高细胞信号通路。在鼠标Th2细胞,击倒Rab5选择性地影响细胞受体下游信号和促进生产相应的细胞因子(105年]。据报道,CD4细胞的数量+CD8+胸腺细胞明显减少T-cell-specific Rab5-N133I转基因老鼠,这表明Rab5 TCR运输和信号转导中发挥着关键作用[106年]。
内部化的BCR和BCR-mediated信号转导在B细胞建立一系列的检查站确保B细胞成熟,BCR受体形成,和体液免疫反应生成(107年]。在抗原刺激,BCR信号传送延长细胞形态学,clathrin-coated坑BCR-antigen集群生成(108年]。Rab5促进内化早期核内体的形成囊泡融合和触发器的兵,p38,物,一种蛋白激酶信号进一步影响细胞的生命过程。
总体而言,有两个方法我们建议根据当前Rab5-related治疗疾病的研究。首先,与Rab5直接交互,比如Rab5-targeted疗法,可以变换Rab5和影响受体的激活内化和贩卖,导致患者的生理变化。第二,一种间接方式来调节Rab5通过影响Rab5效应器,gef,或通过影响异常的差距是另一个潜在的策略表达式,内化、贩运和退化的受体。目前,临床癌症治疗,例如,很难达到令人满意的癌症患者的预后,因为手术后复发和转移倾向高,耐放疗和化疗。因此,监管Rab5策略可以减轻癌症病人的痛苦和为我们提供癌症治疗的一个新概念。
5。结论
Rab5调节早期的内吞作用是一个关键因素。Rab5,新兵早期核内体的感受器,参与核内体的运输,并影响膜受体内化、走私、及相关信号通路,导致基因转录和细胞的生物学过程。Rab5的突变会导致细胞形态和功能异常,表明Rab5的结构密切相关,其功能和疾病的发生和发展。然而,Rab5在疾病的机制还没有完全理解,需要进一步调查。
Rab5总的来说,这项研究将帮助我们理解受体内化和贩卖的监管机制和提供新的想法和目标相关疾病的治疗。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项研究得到了国家自然科学基金(81672133和81672133)。