CRMP
Porodica proteinskih medijatora odgovora na kolapsin ili porodica CRMP sastoji se od pet unutarćelijskih fosfoproteina (CRMP-1, CRMP-2, CRMP-3, CRMP4, CRMP5) slične molekulske veličine (60–66 kDa) i visokog (50–70%) idertiteta aminokiselinske sekvence. CRMP se pretežno eksprimiraju u nervnom sistemu tokom razvoja i imaju važnu ulogu u formiranju aksona iz neurita i u vođenju konusa rasta i kolapsu, putem interakcije sa mikrotubulama.[1][2] Pocijepani oblici CRMP-a povezani su također sa degeneracijom neurona nakon ozljede uzrokovane traumom.[3]
Modulacija ekspresije CRMP-2 putem različitih farmaceutskih preparata je nova oblast istraživanja koja se širi. Otkrivanjem hemikalija koje mogu povećati ili smanjiti ekspresiju CRMP-2, možu se potencijalno smanjiti efektz neurodegenerativnih bolesti kao što su Alzheimerova i Parkinsonova bolest.[4]
Struktura
uredi
CRMP1-5 sadrže između 564 i 572 aminokiselina i utvrđeno je da su ovi proteini približno 95% konzervirani između miša i čovjeka.[5] Proteinska sekvenca CRMP1-4 je međusobno približno 75% homologna, dok je CRMP5 samo 50-51% homologan sa svakim od ostalih CRMP-a.[4] Dodatno, CRMP su homologi Unc33 čija mutacija uzrokuje oštećenu sposobnost formiranja neuronskih kola i nekoordiniranu mobilnost u Caenorhabditis elegans.[6] CRMP1-4 geni su otprilike 60% homologni sa tetramernom dihidropirimidinazom (DHPazom), a također imaju sličnu strukturu kao i članovi metal-zavisnih amidohidrolaza. Međutim, činjenica da CRMP nisu enzimski otkriva da im možda nedostaju kritični ostaci His koji su prisutni u amidohidrolaznim enzimiima, kako bi im omogućili da vežu atome metala na svoja aktivna mjesta.[4]
Dodatno, CRMP-ovi mogu postojati kao homotetrameri ili kao heterotetrameri. Tetrameri su postavljeni tako da se aktivni ostaci na N-terminalu nalaze na vanjskoj strani kompleksa. Ovo omogućava CRMP-u da reguliše različite faktore u citoplazmi. Analiza gel filtracije pokazala je da CRMP-5 i CRMP-1 formiraju slabije homotetramere u poređenju sa CRMP-2, te da dvovalentni kationi, Ca2+ i Mg2+, destabilizuju oligomere CRMP-5 i CRMP-1, ali podstiču oligomerizaciju CRMP-2.[7] C-terminal sastoji se od 80 aminokiselina i mjesto je fosforilacije za različite kinaze.[4]
Ekspresija
urediEkspresija CRMP-a regulisana je tokom razvoja nervnog sistema. Općenito, CRMP su visoko eksprimirani u postmitotskim nervnim ćelijama od ranog embrionskog života. U razvoju nervnlog sistema, svaki CRMP ispoljava poseban obrazac ekspresije i u vremenu iu prostoru. Naprimjer, u vanjskom granulastom sloju (EGL), gdje se javlja mitoza cerebelunskog granulastog neurona, CRMP-2 je visoko eksprimiran, dok CRMP-5 nikada nije eksprimiran. Međutim, utvrđeno je da su CRMP-2 i CRMP-5 koeksprimirani u postmitotskim granulastim neuronima.[5] Ekspresija CRMP-a je najveća kada neuroni i sinapsnne veze aktivno sazrijevaju tokom prve postneonatusne sedmice, što ukazuje na ulogu CRMP-a u migraciji neurona, diferencijaciji i aksonskom rastu. Zaista, ekspresija CRMP-2 je inducirana faktorima koji podstiču neuronsku diferencijaciju kao što su nogin, hordin, GDNF i FGF.
Kod odraslih, u nervnom sistemu, ekspresija CRMP je značajno smanjena i ograničena u područjima povezanim sa mozgom plastičnošću, neurogenezama ili regeneracijom. CRMP1 iRNK je uglavnom eksprimirana u Purkinjeovim ćelijama cerebelluma. Među pet članova porodice CRMP, CRMP-2 je najizraženiji u mozgu odrasle osobe, posebno u postmitotskim neuronima olfaktornog sistema, cerebellumu i hipokampusu. CRMP-3 iRNK eksprimira se samo u granulastom sloju cerebelluma, donjem dijelu amigdale i dentate gyrus hipokampusa. CRMP-4 je najmanje eksprimirani protein iz porodice CRMP i njegova ekspresija je ograničena na mirisni bulbus, hipokampus i unutrašnji sloj granula (IGL) cerebelluma. Konačno, CRMP-5 se eksprimira ne samo u postmitotskim neuronima olfaktornog bulbusa, olfaktornom epitelu i nazubljenom girusu hipokampusa, već također i u perifernim nervnim aksonima i senzornim neuronima. Ostale porodice CRMP-a se takođe pojavljuju u perifernim tkivima. Ekspresija CRMP-1, -4 i -5 kod odraslih testisa detektuje se samo u stadiju ćelijskih spermatida, a CRMP-2 iRNK nalazi se u plućnom tkivu fetusnog miša i odraslog čoveka.[5] Ekspresija CRMP-a može se također naći u signalizaciji smrti ili preživljavanja postmitotskih neurona. Iako je CRMP citosolni protein, značajna količina ekspresije CRMP detektuje se kao membranski povezana na prednjoj ivici konusa rasta lamelipodija i filopodija. Također, ekspresija CRMP-a izazvana povredama nalazi se u vlaknima koja klijaju u centralni i periferni nervni sistem.[4] Ekspresija CRMP-4 unapređuje se nakon ishemijskih povreda i povezana je s neuronima koji imaju netaknutu morfologiju, što sugerira da CRMP-4 daje signal za preživljavanje i može biti uključen u regeneraciju neurona. Slično, sugerirano je da CRMP-2 učestvuje u preživljavanju i održavanju postmitotskih neurona, jer njegova prekomjerna ekspresija ubrzava regeneraciju živaca. Međutim, CRMP-2 također može biti uključen u smrt neurona jer je njegova ekspresija pojačana tokom ranih faza dopaminom inducirane neuronske apoptoze u neuronima cerebelumskih granula.[6]
Mehanizam
urediCRMP-2 ima ulogu u neuronskom polarnosti. Ekstenzije ranih neurona zvanih lamelipodija formiraju rane neurite. Tokom ove faze, neuriti se ne mogu razlikovati između dendrita i aksona. Jedan od ovih neurita na kraju postaje akson i raste duže od dendritskih neurita. CRMP-2 pomaže u ubrzavanju ovog aksonskog rasta putem interakcije sa mikrotubulama.[1] CRMP-2 se veže i kopolimerizira sa tubulinskim heterodimerima, ali ne vezuje se tako dobro za polimerizirani tubulin. Ova specifičnost vezivanja podstiče polimerizaciju tubulina in vitro. CRMP-2/tubulin kompleksi nalaze se u distalnom dijelu aksona i moduliraju dinamiku mikrotubula, kontroliranjem brzine njihovog sklapanja. CRMP-2 također doprinosi uspostavljanju neuronske polarnosti, regulacijom polarizovane Numbom posredovane endocitoze na aksonskim konusima rasta.[1] U oba slučaja, fosforilacija CRMP-2 na Thr-555 pomoću Rho-kinaza ili na Thr-509, Thr-514 ili Ser-518 pomoću GSK-3β inaktivira protein tako što snižava afinitet veznja na tubulin i Numb.[1]
Lista CRMP-ova (i pridruženih nokaut-fenotipova i izvedenih funkcija)
uredi| CRMP | Fenotip nokaut-miša | Izvedena funkcija kultiviranih neurona |
|---|---|---|
| CRMP-1 | Smanjenje proliferacije ćelija granula i apoptoza | Efekat aksonskog vođenja izazvan Sem3A |
| Usporena migracija neurona | Formiranje akson a/produženje izazvano NT3 | |
| Dezorijentacija apikalnih dendrita | Smrt neurona kičmene moždine | |
| Oštećena dendritska gustina kičmene moždine | ||
| Oštećenje LTP-a i prostorne memorije | ||
| CRMP-2 | Izuzetno abnormalni dendritski obrasci | Aksonsko vođenje chemorepellentom |
| Specijslizacija, izduženje i grananje aksona | ||
| NT3-indukovano izrastanje aksona | ||
| Negativan efekat na ekstenziju aksona izazvan NGF | ||
| Ubrzava regeneraciju aksona motornih neurona oštećenih živaca | ||
| Oslobađanje neurotransmitera | ||
| Otpornost na toksičnost glutamata putem prometa NR2B | ||
| Smrt neuronskih ćelija | ||
| CRMP-3 | Oštećenje sazrijevanja dendritke kičme | Smrt neuronskih ćelija |
| Oštećenje LTP-a | ||
| Smanjenje predpulsne inhibicije | ||
| CRMP-4 | Povećana ekspresija fenotipa proksimalne bifurkacije u hipokampusnom CA1 | Izduženje i grananje aksona |
| Inhibicija regeneracije aksona inhibitorima izvedenim iz mijelina | ||
| Degeneracija akson i ćelijska smrt | ||
| Sema3A-indukovano proširenje i grananje dendrita | ||
| CRMP-5 | Atrofija Purkinjeovih ćelija | Razvoj filopodija i konusa rasta |
| Oštećenje LTD | Ukidanje promotivne aktivnosti neurita rasta CRMP-2 |
Klinički značaj
urediEkspresija CRMP-a je promijenjena u neurodegenerativnim bolestima i ovi proteini vjerovatno imaju bitnu ulogu u patogenezi poremećaja u nervnom sistemu, uključujući Alzheimerovu, Parkinsonovu bolest, shizofreniju i mnoge druge. Jedan lijek koji je relativno efikasan u ciljanju CRMP-2 za smanjenje posljedica neurodegenerativne bolesti je lakozamid. Lakozamid se koristi u kombinaciji s drugim tipovima lijekova za kontrolu raznih vidova napada, posebno epilepsije. Jedan od načina na koji lakozamid to čini je moduliranje CRMP-2, izazivajući na taj način neuroprotektivne efekte i smanjujući epilepsijske efekte kod ljudi koji pate od epilepsija.[9]
Fosforilizirani CRMP-2 na Thr-509, Ser-518 i Ser-522 povezan je sa degenerirajućim neuritisom kod Alzheimerove bolesti. Studije sugeriraju da su glikogenska sintaza-kinaza-3β (GSK-3β) i ciklin zavisna protein kinaza 5 (Cdk5) visoko eksprimirani u Alzheimerovoj bolesti i da su za to odgovorne neke od protein kinaza za inaktiviranje CRMP-2. Ova inaktivacija CRMP-2 kod ljudi sa Alzheimerovom bolešću promoviše ekspresiju neurofibrilinskih čvorova i neurita plaka, koji su u skladu sa ljudima koji pate od ove bolesti.[10][11] CRMP-2 je također povezan sa bipolarnim poremećajem i shizofrenijom, vjerovatno kao posljedica fosforilacije CRMP-2 putem GSK-3β.[11]
Reference
uredi- ^ a b c d Arimura N, Menager C, Fukata Y, Kaibuchi K (januar 2004). "Role of CRMP-2 in neuronal polarity". Journal of Neurobiology. 58 (1): 34–47. doi:10.1002/neu.10269. PMID 14598368.
- ^ Liu BP, Strittmatter SM (oktobar 2001). "Semaphorin-mediated axonal guidance via Rho-related G proteins". Current Opinion in Cell Biology. 13 (5): 619–626. doi:10.1016/s0955-0674(00)00260-x. PMID 11544032.
- ^ Taghian K, Lee JY, Petratos S (august 2012). "Phosphorylation and Cleavage of the Family of Collapsin Response Mediator Proteins May Play a Central Role in Neurodegeneration after CNS Trauma". Journal of Neurotrauma. 29 (9): 1728–1735. doi:10.1089/neu.2011.2063. PMID 22181040.
- ^ a b c d e Schmidt EF, Strittmatter SM (2007). "The CRMP family of proteins and their role in Sema3A signaling". Semaphorins: Receptor and Intracellular Signaling Mechanisms. Advances in Experimental Medicine and Biology. 600. str. 1–11. doi:10.1007/978-0-387-70956-7_1. ISBN 978-0-387-70955-0. PMC 2853248. PMID 17607942.
- ^ a b c Charrier E.; Reibel S.; Rogemond V.; Aguera M.; Thomasset N.; Honnorat J. (august 2003). "Collapsin response mediator proteins (CRMPs) - Involvement in nervous system development and adult neurodegenerative disorders". Molecular Neurobiology. 28 (1): 51–63. doi:10.1385/MN:28:1:51. PMID 14514985. S2CID 23916946.
- ^ a b Hou ST, Jiang SX, Smith RA (2008). Permissive and repulsive cues and signaling pathways of axonal outgrowth and regeneration. International Review of Cell and Molecular Biology. 267. str. 125–181. doi:10.1016/S1937-6448(08)00603-5. ISBN 9780123743749. PMID 18544498.
- ^ Ponnusamy, Rajesh; Bernhard Lohkamp (5. 3. 2013). "Insights into the oligomerization of CRMPs: crystal structure of human collapsin response mediator protein 5". Journal of Neurochemistry. DOI: 10.1111/jnc.12188. 125 (6): 855–868. doi:10.1111/jnc.12188. PMID 23373749. S2CID 22590453.
- ^ Yamahista N, Goshima Y (februar 2012). "Collapsin Response Mediator Proteins Regulate Neuronal Development and Plasticity by Switching Their Phosphorylation Status". Molecular Neurobiology. 45 (1): 234–246. doi:10.1007/s12035-012-8242-4. PMID 22351471. S2CID 17567061.
- ^ Doty P, Rudd GD, Stoehr T, Thomas D (januar 2007). "Lacosamide". Neurotherapeutics. 4 (1): 145–8. doi:10.1016/j.nurt.2006.10.002. PMC 7479700. PMID 17199030.
- ^ Soutar MP, Thornhill P, Cole AR, Sutherland C (juni 2009). "Increased CRMP2 phosphorylation is observed in Alzheimer's disease; does this tell us anything about disease development?". Current Alzheimer Research. 6 (3): 269–78. doi:10.2174/156720509788486572. PMID 19519308.
- ^ a b Yoshimura T, Arimura N, Kaibuchi K (novembar 2006). "Molecular mechanisms of axon specification and neuronal disorders". Annals of the New York Academy of Sciences. 1086 (1): 116–125. Bibcode:2006NYASA1086..116Y. doi:10.1196/annals.1377.013. PMID 17185510. S2CID 37627165.