PROFILPELAJAR.COM

RAPGEF3

Ljudski gen RAPGEF3 (engl. Rap guanine nucleotide exchange factor 3) kodira za protein EPAC1, nalazi se na kromosomu 12 i sadrži 28 egzona. Uključen je u različite stanične procese kao što su signalna transdukcija Rap proteina, stanični odgovor na cAMP i stvaranje sincicija fuzijom plazma membrana. Biomarker je kongestivnog zatajenja srca i uključen u različite bolesti poput ateroskleroze i Alzheimerove bolesti te ima važnu ulogu u proliferaciji i apoptozi kod nekoliko vrsta tumora.

Građa proteina

Protein EPAC1 čine dvije velike domene, a to su regulatorna na N-terminalnom kraju koja je odgovorna za vezanje cAMP i katalitička na C-terminalnom kraju koja je ključna za GEF-aktivnost. Koristeći metodu rendgenske kristalografije otkrivene su statičke konformacijske promjene u strukturi proteina, a danas se sve češće koriste metode poput masene spektrometrija u kojoj se atom vodika zamjeni s atomom deuterija (HDX-MS) i nuklearne magnetske rezonancije (NMR). Također, EPAC1 ostaje u autoinhibitornom načinu rada ukoliko je u svom obliku bez liganda,  a to se specifično postiže regulatornom domenom koja sterički blokira katalitičko mjesto.

Domene Epac izoformi i funkcije pojedine domene[1]

Glavne regije RAPGEF3

Regulatorna podjedinica EPAC1 sadrži DEP domenu koja je ključna za njegovu subcelularnu lokalizaciju na staničnoj membrani te regulatornu domenu CNBD-B koja veže cikličke nukleotide, uključujući vezanje cAMP nakon čega slijedi aktivacija proteina. Katalitička podjedinica sadrži RA domenu koja je ključna za lokalizaciju do jezgre, REM domenu koja stabilizira interakciju sa supstratom i CDC25-HD domenu koja je odgovorna za katalitičku izmjenu GDP-a u GTP. Izoformni protein EPAC2 kodiran je genom RAPGEF4 i ima dodatnu regulatornu domenu koja također veže cAMP ali slabijim afinitetom.[2]

Subcelularna lokalizacija

Osim što aktivira EPAC1, cAMP također regulira njegovu lokalizaciju u stanici. Vezanje cAMP-a inducira konformacijsku promjenu koja okreće DEP domenu, omogućujući interakciju s fosfatidnom kiselinom i kretanje EPAC1 prema staničnoj membrani. Drugi važan medijator lokalizacije stanične membrane je obitelj proteina (ERM) dok nuklearna lokalizacija uključuje interakciju RA domene s Ran GTP-azom. Kod niskih razina cAMP-a, EPAC1 je uglavnom povezan s mrežom mikrotubula i centrima za organizaciju mikrotubula (MTOC), gdje može interagirati s mikrotubulima i promovirati njihovu polimerizaciju neovisno o Rap1. Iako je transkribiran u svim tkivima, EPAC1 proteini nisu prisutni u tkivu jajnika, a obilno su prisutni u srcu i bubrezima.[3]

Funkcija proteina

EPAC1 i PDE/AKAP signalosomi

EPAC1 sudjeluje u stvaranju signalnih kompleksa s različitim proteinima unutar stanice. Takvi kompleksi omogućuju brzo i prostorno precizno prenošenje signala na specifičnim mjestima u stanici. Interakcije među proteinima potvrđene su metodama kao što su imunoprecipitacija (co-IP) i fluorescentna mikroskopija.

Posebno je značajno da EPAC1 i protein kinaza A (PKA) mogu djelovati unutar istog signalnog kompleksa. Takva organizacija omogućuje regulaciju brojnih staničnih procesa poput sudjelovanja u regulaciji stanične adhezije i formiranju endotelnog sloja krvnih žila. Protein AKAP9 dodatno doprinosi stabilizaciji mikrotubula i održavanju endotelnog integriteta.[2]

EPAC1 i ERM proteini (ezrin, radixin i moezin)

EPAC1 ostvaruje interakcije s ERM proteinima, skupinom proteina koju čine ezrin, radixin i moezin. ERM proteini povezuju plazmatsku membranu sa staničnim citoskeletom.

Istraživanja su pokazala da se EPAC1 veže za ERM proteine preko svojeg N-terminalnog dijela. Aktivacija ERM proteina uzrokuje grupiranje EPAC1 na plazmatskoj membrani, čime se povećava vezanje stanica za izvanstanični matriks. Posebno je istaknuta uloga radixina, koji povezuje signalizaciju EPAC1 i PKA sustava te može potaknuti proliferaciju stanica štitne žlijezde.[2]

EPAC1 i kompleks jezgrinih pora

EPAC1 je povezan i s komponentama kompleksa jezgrinih pora, koji omogućuje prijenos molekula između jezgre i citoplazme. Utvrđeno je da EPAC1 može stupati u interakciju s proteinima Ran, RanBP2 i importinom β1.

Protein RanBP2 ima važnu ulogu jer djeluje kao sidreni protein za EPAC1 na membrani jezgre. Smanjenje količine RanBP2 dovodi do povećanja aktivnosti EPAC1 signalizacije, što upućuje na regulatornu ulogu RanBP2 u kontroli funkcije EPAC1, ukazujući pritom na važnost EPAC1 u signalnim procesima povezanima s jezgrom stanice.[2]

EPAC1 i GRK

EPAC1 ostvaruje izravnu interakciju s proteinom GRK2 (G-protein coupled receptor kinase 2). Eksperimentalna istraživanja pokazala su da smanjenje razine GRK2 povećava aktivnost EPAC1, što rezultira pojačanom aktivacijom signalnih puteva povezanih s boli i upalom.

U pokusima na miševima kojima nedostaje EPAC1 zabilježena je smanjena pojava kronične neuropatske boli. Ti rezultati upućuju na važnu ulogu EPAC1 u razvoju neuropatske boli te impliciraju mogućnost primjene inhibitora EPAC1 u budućem liječenju kronične boli.[2]

EPAC1 i TGF-β receptor

EPAC1 sudjeluje i u regulaciji signalnog puta transformirajućeg čimbenika rasta β (TGF-β), koji ima važnu ulogu u kontroli imunoloških reakcija i staničnog rasta.

Pokazano je da se EPAC1 može vezati za aktivirani receptor TβRI. U T-limfocitima EPAC1 regulira TGF-β signalizaciju, smanjuje fosforilaciju proteina Smad2 i inhibira sintezu kolagena. Posljedica toga može biti smanjena migracija stanica i usporavanje razvoja fibroze.[2]

EPAC1 i mikrotubuli

EPAC1 je povezan i s mikrotubulima, važnim elementima citoskeleta koji održavaju oblik stanice i omogućuju unutarstanični transport.

Istraživanja su pokazala da EPAC1 izravno potiče polimerizaciju mikrotubula. Lokalizacija EPAC1 unutar stanice ovisi o koncentraciji cikličkog adenozin-monofosfata (cAMP). Pri niskim koncentracijama cAMP-a EPAC1 je pretežno povezan s mikrotubulima, dok se pri visokim koncentracijama premješta prema plazmatskoj membrani. Ovi rezultati potvrđuju važnu ulogu EPAC1 u organizaciji i dinamici staničnog citoskeleta.[2]

Povezanost s bolestima

Protein EPAC1, kodiran genom RAPGEF3 važan je regulator unutarstanične signalizacije koji sudjeluje u kontroli brojnih staničnih procesa, uključujući proliferaciju, migraciju, preživljavanje i odgovor stanica na stres. Aktivacijom malih GTP-aza Rap1 i Rap2, EPAC1 prenosi signale ovisne o cikličkom AMP-u (cAMP) te tako regulira funkciju različitih tkiva i organa. Iako nije poznata nijedna bolest koja je izravno uzrokovana pogrešnim savijanjem samog EPAC1 proteina, poremećaji u njegovoj ekspresiji i signalnim putevima povezani su s razvojem brojnih bolesti.[2] To je potvrđeno istraživanjima na knockout miševima, kod kojih životinje bez EPAC1 nisu pokazivale značajne fiziološke poremećaje u normalnim uvjetima. Ipak, promjene u aktivnosti ili razini ekspresije EPAC1 povezane su s različitim patološkim stanjima, uključujući zatajenje srca, kroničnu bol, metastaziranje tumora i infektivne bolesti.

Kardiovaskularni stres

Jedna od najviše istraživanih uloga EPAC1 povezana je s kardiovaskularnim bolestima. Tijekom srčanog stresa i zatajenja srca dolazi do značajnog povećanja ekspresije EPAC1 proteina, što doprinosi razvoju hipertrofne kardiomiopatije, fibroze i aritmija. Eksperimentalna istraživanja na knockout miševima pokazala su da životinje bez EPAC1 imaju manja oštećenja srca tijekom stresnih stanja, uključujući smanjenu apoptozu kardiomiocita i manje izraženo remodeliranje srca.[4] Mehanistički gledano, EPAC1 regulira fosforilaciju fosfolambana i potiče autofagiju tijekom rasta srčanog mišića, čime utječe na strukturne i funkcionalne promjene srca.

Kronična bol

EPAC1 također ima važnu ulogu u razvoju kronične i neuropatske boli. Upalni procesi povećavaju ekspresiju EPAC1 u osjetnim neuronima, gdje protein potiče senzitizaciju nociceptora i omogućuje prijelaz akutne boli u kroničnu. To se događa aktivacijom signalnih puteva poput PKCε i ERK, koji sudjeluju u nastanku hiperalgezije i neuropatske boli. Upala dodatno narušava ravnotežu između GRK2 i EPAC1 smanjenjem razine GRK2 proteina, što dovodi do produljene aktivacije EPAC1 i pojačane osjetljivosti na bol. Miševi bez EPAC1 imaju značajno smanjenu mehaničku alodiniju i neuropatsku bol.[5]

Metastaziranje tumora

Osim toga, EPAC1 je povezan s progresijom tumora i infektivnim bolestima. Kod raka gušterače EPAC1 je prekomjerno izražen u tumorskom tkivu te potiče migraciju, invazivnost i metastaziranje tumorskih stanica aktivacijom integrina β1. Inhibitori poput ESI-09 značajno su smanjili metastaze u eksperimentalnim modelima.[6]

Infekcije

EPAC1 također koriste različiti patogeni, uključujući rikecije i koronaviruse, kako bi olakšali infekciju i replikaciju, pri čemu aktivacija ovog signalnog puta povećava sposobnost patogena za ulazak u stanice i njihovo širenje unutar organizma.[7]

Izvori

  1. ↑ Slika, Hasan; Mansour, Hadi; Nasser, Suzanne A.; Shaito, Abdullah; Kobeissy, Firas; Orekhov, Alexander N.; Pintus, Gianfranco; Eid, Ali H. Travanj 2023. Epac as a tractable therapeutic target. European Journal of Pharmacology (engleski). 945: 175645. doi:10.1016/j.ejphar.2023.175645
  2. ↑ a b c d e f g h Banerjee, Upasana; Cheng, Xiaodong. 10. listopada 2015. Exchange protein directly activated by cAMP encoded by the mammalian rapgef3 gene: Structure, function and therapeutics. Gene. 570 (2): 157–167. doi:10.1016/j.gene.2015.06.063. ISSN 0378-1119. PMC 4556420. PMID 26119090
  3. ↑ Epac as a tractable therapeutic target. European Journal of Pharmacology (engleski). 945: 175645. 15. travnja 2023. doi:10.1016/j.ejphar.2023.175645. ISSN 0014-2999
  4. ↑ Bisserier, Malik; Blondeau, Jean-Paul; Lezoualc’h, Frank. 1. travnja 2014. Epac proteins: specific ligands and role in cardiac remodelling. Biochemical Society Transactions (engleski). 42 (2): 257–264. doi:10.1042/BST20140033. ISSN 0300-5127
  5. ↑ Wang, Huijing; Heijnen, Cobi J.; Velthoven, Cindy T. J. van; Willemen, Hanneke L. D. M.; Ishikawa, Yoshihiro; Zhang, Xinna; Sood, Anil K.; Vroon, Anne; Eijkelkamp, Niels; Kavelaars, Annemieke. 2. prosinca 2013. Balancing GRK2 and EPAC1 levels prevents and relieves chronic pain. The Journal of Clinical Investigation (engleski). 123 (12): 5023–5034. doi:10.1172/JCI66241. ISSN 0021-9738. PMC 3859388. PMID 24231349
  6. ↑ Almahariq, Muayad; Chao, Celia; Mei, Fang C.; Hellmich, Mark R.; Patrikeev, Igor; Motamedi, Massoud; Cheng, Xiaodong. Veljača 2015. Pharmacological inhibition and genetic knockdown of exchange protein directly activated by cAMP 1 reduce pancreatic cancer metastasis in vivo. Molecular Pharmacology. 87 (2): 142–149. doi:10.1124/mol.114.095158. ISSN 1521-0111. PMC 4293446. PMID 25385424
  7. ↑ Choi, Eun-Jin; Ren, Yuping; Chen, Yu; Liu, Shengxuan; Wu, Wenzhe; Ren, Junping; Wang, Pingyuan; Garofalo, Roberto P.; Zhou, Jia; Bao, Xiaoyong. 29. listopada 2018. Exchange Proteins Directly Activated by cAMP and Their Roles in Respiratory Syncytial Virus Infection. Journal of Virology. 92 (22): 10.1128/jvi.01200–18. doi:10.1128/jvi.01200-18. PMC 6206471. PMID 30185593

Content Disclaimer

Informasi ini disarikan dari Wikipedia dan disajikan kembali untuk tujuan edukasi. Konten tersedia di bawah lisensi CC BY-SA 3.0. Kami tidak bertanggung jawab atas ketidakakuratan data yang bersumber dari kontribusi publik tersebut.

  1. The information displayed on this website is sourced in part or in whole from Wikipedia and has been adapted for the purpose of restating it. We strive to provide accurate and relevant information, however:
  2. There is no guarantee of absolute accuracy. Wikipedia is an open, collaborative project that can be edited by anyone, so information is subject to change.
  3. It is not intended to constitute professional advice. The content displayed is for informational and educational purposes only. For important decisions (e.g., medical, legal, or financial), please consult a professional.
  4. Content copyright. Wikipedia is licensed under the Creative Commons Attribution-ShareAlike License (CC BY-SA). This means that content may be reused with appropriate attribution and shared under a similar license.
  5. Responsible use. Any risk arising from the use of information from this website is entirely the responsibility of the user.