SNARE (protein)

SNARE-fuzijski membranski proteinski kompleks
SNARE-fuzijski membranski proteinski kompleks
	SNARE protein
Identifikatori
Simbol	SNARE

SNARE proteini – SNAP REreceptor – su velika porodica proteina koja se sastoji od najmanje 24 člana u kvascima, više od 60 članova u sisarskim ćelijama^[2]^[3] i nekoliko u biljkama.^[4] Primarna uloga SNARE proteina je da posreduju fuziju vezikula – fuziju vezikula sa membranaskommetom; naročito posreduju egzocitozu, ali također mogu posredovati u fuziji vezikula sa membranom vezanim kompartmentima (kao što je lizosom). Najbolje proučavani SNARE su oni koji posreduju u oslobađanju neurotransmitera sinapsnih vezikula u neuronima. Ove neuronske SNARE su mete neurotoksina odgovornih za botulizam i tetanus koje proizvode određene bakterije.

Molekulski mehanizam pokreće fuziju vezikula u oslobađanju neuromedijatora. Jezgro SNARE kompleksa formiraju četiri α-heliksa kojima doprinose sinaptobrevin, sintaksin i SNAP-25; sinaptotagmin služi kao senzor kalcija i blisko reguliše zipovanje SNARE-a.^[1]

Tipovi

SNARE se mogu podijeliti u dvije kategorije: vezikulske ili v-SNARE, koje su ugrađene u membrane transportnih vezikula tokom pupanja, i ciljane ili t-SNARE, koje su povezane sa membranama nervnih terminala. Dokazi sugeriraju da t-SNARE formiraju stabilne potkomplekse koji služe kao vodiči za v-SNARE, ugrađene u membranu vezikule obložene proteinom, vezujući se za završetak formiranja kompleksa SNARE.^[5] Nekoliko SNARE proteina nalazi se i na vezikulama i na ciljnim membranama, stoga novija klasifikacijska shema uzima u obzir strukturne karakteristike SNARE, dijeleći ih na R-SNARE i Q-SNARE. Često se R-SNARE ponašaju kao v-SNARE, a Q-SNARE se ponašaju kao t-SNARE. R-SNARE su proteini koji doprinose ostatku arginina (R) u formiranju nultog ionskog sloja u sastavljenom jezgru SNARE kompleksa. Jedan poseban R-SNARE je sinaptobrevin, koji se nalazi u sinapsnim vezikulama. Q-SNARE su proteini koji doprinose ostatku glutamina (Q) u formiranju nultog ionskog sloja u sastavljenom jezgru SNARE kompleksa. Q-SNARE uključuju sintaksin i SNAP-25. Q-SNARE se dalje klasifikuju kao Qa–, Qb– ili Qc-SNARE u zavisnosti od njihove lokacije u snopu sa četiri spirale.

Rasprostranjenje

Poznate su varijante kod kvasaca,^[6]sisara ^[2]^[3]roda Drosophila i kod Caenorhabditis elegans.^[6]

Struktura

SNARE su mali, obilni proteini, ponekad usidreni repom, koji se često posttranslacijski ubacuju u membrane preko C-terminalnog transmembranskog domena. Sedam od 38 poznatih SNARE-ova, uključujući SNAP-25, nemaju transmembranski domen i umjesto toga vezani su za membranu putem lipidnih modifikacija kao što je palmitoilacija.^[7] Proteini usidreni repom mogu se umetnuti u plazmamembranu, endoplazmatski retikulum, mitohondrije i peroksisome među ostalim membranama, iako je bilo koja određena SNARE ciljana na jedinstvenu membranu . Ciljanje SNARE-ova se postiže promjenom ili sastava C-terminalnih bočnih aminokiselinskih ostataka ili dužine transmembranskog domena. Zamjena transmembranskog domena lipidnim sidrima dovodi do srednje faze fuzije membrane, gdje se spajaju samo dva kontaktna listića, a ne dva distalna listića dva membranska dvosloja.^[8]

Iako se SNARE značajno razlikuju po strukturi i veličini, svi dijele segment u svom citosolnom domenu koji se zove SNARE motiv koji se sastoji od 60-70 aminokiselina i sadrži heptadna ponavljanja koja imaju sposobnost za formiranje spiralnih struktura. V– i t-SNARE su sposobni za reverzibilno sklapanje u čvrste, četveročlane spiralne snopove koji se nazivaju "trans"-SNARE kompleksi. U sinapsim vezikulama, lahko formirani metastabilni "trans" kompleksi sastoje se od tri SNARE: sintaksin 1 i SNAP-25 koji se nalazi u ćelijskoj membrani i sinaptobrevin (također se navodi kao membranski protein povezan sa vezikulama ili VAMP) usidreni u membrani vezikula.

U neuronjskoj egzocitozi, sintaksin i sinaptobrevin su usidreni u odgovarajućim membranama svojim C-terminalnim domenima, dok je SNAP-25 vezan za plazmamembranu preko nekoliko cisteinom povezanih palmitoilnih lanaca. Jezgro trans-SNARE kompleksa je snop sa četiri $\alpha$ -heliksa, gdje je jednom $\alpha$ -heliksu doprinos sintaksin 1, jedan $\alpha$ -heliks od sinaptobrevina i dva $\alpha$ -heliksa doprinosi SNAP-25.

Pokazalo se da su SNARE rezident plazmamembrane prisutne u različitim mikrodomenima ili klasterima, čiji je integritet bitan za egzocitotsku kompetenciju ćelije.

Membranska fuzija

Raslojavanje jezgra SNARE kompleksa. U centru je nulti hidrofilni jonski sloj, okružen hidrofobnim slojevima leucina sa patent zatvaračem.

Tokom fuzije membrane, kombinuju se v-SNARE i t-SNARE proteini na odvojenim membranama i formiraju trans-SNARE kompleks, takođe poznat kao "SNAREpin". Ovisno o stupnju fuzije membrana, ovi kompleksi se mogu različito nazivati.

Tokom fuzije trans-SNARE kompleksa, membrane se spajaju i SNARE proteini uključeni u formiranje kompleksa nakon fuzije se tada nazivaju 'cis'-SNARE kompleksom, jer se sada nalaze u jednoj (ili cis) rezultirajućoj membrani. Nakon fuzije, cis-SNARE kompleks se vezuje i rastavlja adapterskim proteinom, alfa-SNAP-om. Zatim, heksamerna ATPaza (tipa AAA) zvana NSF katalizira ATP-zavisno odvijanje SNARE proteine i otpušta ih u citosol za recikliranje.

Smatra se da su SNARE ključne potrebne komponente fuzijskog mehanizma i da mogu funkcionisati nezavisno od dodatnih citosolnih pomoćnih proteina. Ovo je pokazano inženjerstvom "okrenutih" SNARE-ova, gdje su SNARE domeni okrenuti prema vanćelijskom prostoru, a ne prema citosolu. Kada ćelije koje sadrže v-SNARE kontaktiraju ćelije koje sadrže t-SNARE, formiraju se trans-SNARE kompleksi i dolazi do fuzije ćelije i ćelije.^[9]

Komponente

Osnovni SNARE kompleks je 4- $\alpha$ -heliksni snop.^[10] Sinaptobrevin i sintaksin doprinose po jednoj $\alpha$ -heliksu, dok SNAP-25 učestvuje sa dvije $\alpha$ -heliksa (skraćeno Sn1 i Sn2). Interagirajući ostaci aminokiselina koji spajaju SNARE kompleks mogu se grupirati u slojeve. Svaki sloj ima 4 aminokiselinska ostatka – po jedan ostatak za svaku od 4 $\alpha$ -heliksa. U centru kompleksa je „nulti jonski sloj“ sastavljen od jednog argininskog (R) i tri glutamina (Q) ostatka, a okružen je leucinskim zatvaračem. Slojevi -1, +1 i +2 u centru kompleksa najbliže prate idealnu geometriju leucina i zatvarača i sastav aminokiselina.^[11]

Nulti ionski sloj sastoji se od R56 iz VAMP-2, Q226 iz sintaksina-1A, Q53 iz Sn1 i Q174 iz Sn2, i potpuno je zatvoren unutar slojeva leucinskog zatvarača. Pozitivno nabijena guanidino grupa ostatka arginin a (R) stupa u interakciju sa karboksil grupama svakog od tri glutaminska (Q) ostatka.

Bočni slojevi leucinskog ratvarača deluju kao vodonepropusni pečat da štite ionske interakcije od okolnog rastvarača. Izlaganje nulto-ionskog sloja vodenom rastvaraču lomljenjem bočnog leucinskog zatvarača dovodi do nestabilnosti SNARE kompleksa i navodni je mehanizam pomoću kojeg $\alpha$ -SNAP i NSF recikliraju SNARE komplekse nakon završetka egzocitoze sinapsne vezikule.^[10]

Reference

^ Georgiev DD, Glazebrook JF (2007). "Subneuronal processing of information by solitary waves and stochastic processes". u Lyshevski SE (ured.). Nano and Molecular Electronics Handbook. Nano and Microengineering Series. CRC Press. str. 17–1–17–41. doi:10.1201/9781315221670. ISBN 978-0-8493-8528-5.
^ ^a ^b Burri L, Lithgow T (January 2004). "A complete set of SNAREs in yeast". Traffic. 5 (1): 45–52. doi:10.1046/j.1600-0854.2003.00151.x. PMID 14675424. S2CID 45480417.
^ ^a ^b Gerald K (2002). Cell and Molecular Biology (4th izd.). John Wiley & Sons.
^ Raikhel, Natasha V. (2017-04-28). "Firmly Planted, Always Moving". Annual Review of Plant Biology. Annual Reviews. 68 (1): 1–27. doi:10.1146/annurev-arplant-042916-040829. ISSN 1543-5008. PMID 27860488.
^ Malsam J, Söllner TH (1 October 2011). "Organization of SNAREs within the Golgi stack". Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 3 (10): a005249. doi:10.1101/cshperspect.a005249. PMC 3179334. PMID 21768609.
^ ^a ^b Ungar D, Hughson FM (2003). "SNARE protein structure and function". Annual Review of Cell and Developmental Biology. Annual Reviews. 19 (1): 493–517. doi:10.1146/annurev.cellbio.19.110701.155609. PMID 14570579.
^ Hong W, Lev S (January 2014). "Tethering the assembly of SNARE complexes". Trends in Cell Biology. 24 (1): 35–43. doi:10.1016/j.tcb.2013.09.006. PMID 24119662.
^ Martens S, McMahon HT (21 May 2008). "Mechanisms of membrane fusion: disparate players and common principles". Nature Reviews Molecular Cell Biology. 9 (7): 543–556. doi:10.1038/nrm2417. PMID 18496517. S2CID 706741.
^ Hu C, Ahmed M, Melia TJ, Söllner TH, Mayer T, Rothman JE (13 June 2003). "Fusion of Cells by Flipped SNAREs". Science. 300 (5626): 1745–1749. Bibcode:2003Sci...300.1745H. doi:10.1126/science.1084909. PMID 12805548. S2CID 18243885.
^ ^a ^b Sutton RB, Fasshauer D, Jahn R, Brunger AT (1998). "Crystal structure of a SNARE complex involved in synaptic exocytosis at 2.4 Å resolution". Nature. 395 (6700): 347–353. Bibcode:1998Natur.395..347S. doi:10.1038/26412. PMID 9759724. S2CID 1815214. Arhivirano s originala, 10. 9. 2006. Pristupljeno 18. 4. 2022.
^ Fasshauer D, Sutton RB, Brunger AT, Jahn R (1998). "Conserved structural features of the synaptic fusion complex: SNARE proteins reclassified as Q- and R-SNAREs". Proceedings of the National Academy of Sciences. 95 (26): 15781–15786. Bibcode:1998PNAS...9515781F. doi:10.1073/pnas.95.26.15781. PMC 28121. PMID 9861047.

Vanjski linkovi

SNARE Proteins na US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
SNARE Complex na US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)

[Georgiev2007-1] Georgiev DD, Glazebrook JF (2007). "Subneuronal processing of information by solitary waves and stochastic processes". u Lyshevski SE (ured.). Nano and Molecular Electronics Handbook. Nano and Microengineering Series. CRC Press. str. 17–1–17–41. doi:10.1201/9781315221670. ISBN 978-0-8493-8528-5.

[Burri-Lithgow-2004-2] Burri L, Lithgow T (January 2004). "A complete set of SNAREs in yeast". Traffic. 5 (1): 45–52. doi:10.1046/j.1600-0854.2003.00151.x. PMID 14675424. S2CID 45480417.

[gerald2002-3] Gerald K (2002). Cell and Molecular Biology (4th izd.). John Wiley & Sons.

[Raikhel-2017-4] Raikhel, Natasha V. (2017-04-28). "Firmly Planted, Always Moving". Annual Review of Plant Biology. Annual Reviews. 68 (1): 1–27. doi:10.1146/annurev-arplant-042916-040829. ISSN 1543-5008. PMID 27860488.

[5] Malsam J, Söllner TH (1 October 2011). "Organization of SNAREs within the Golgi stack". Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 3 (10): a005249. doi:10.1101/cshperspect.a005249. PMC 3179334. PMID 21768609.

[Ungar-Hughson-2003-6] Ungar D, Hughson FM (2003). "SNARE protein structure and function". Annual Review of Cell and Developmental Biology. Annual Reviews. 19 (1): 493–517. doi:10.1146/annurev.cellbio.19.110701.155609. PMID 14570579.

[7] Hong W, Lev S (January 2014). "Tethering the assembly of SNARE complexes". Trends in Cell Biology. 24 (1): 35–43. doi:10.1016/j.tcb.2013.09.006. PMID 24119662.

[8] Martens S, McMahon HT (21 May 2008). "Mechanisms of membrane fusion: disparate players and common principles". Nature Reviews Molecular Cell Biology. 9 (7): 543–556. doi:10.1038/nrm2417. PMID 18496517. S2CID 706741.

[9] Hu C, Ahmed M, Melia TJ, Söllner TH, Mayer T, Rothman JE (13 June 2003). "Fusion of Cells by Flipped SNAREs". Science. 300 (5626): 1745–1749. Bibcode:2003Sci...300.1745H. doi:10.1126/science.1084909. PMID 12805548. S2CID 18243885.

[sutton1998-10] Sutton RB, Fasshauer D, Jahn R, Brunger AT (1998). "Crystal structure of a SNARE complex involved in synaptic exocytosis at 2.4 Å resolution". Nature. 395 (6700): 347–353. Bibcode:1998Natur.395..347S. doi:10.1038/26412. PMID 9759724. S2CID 1815214. Arhivirano s originala, 10. 9. 2006. Pristupljeno 18. 4. 2022.

[fass1998-11] Fasshauer D, Sutton RB, Brunger AT, Jahn R (1998). "Conserved structural features of the synaptic fusion complex: SNARE proteins reclassified as Q- and R-SNAREs". Proceedings of the National Academy of Sciences. 95 (26): 15781–15786. Bibcode:1998PNAS...9515781F. doi:10.1073/pnas.95.26.15781. PMC 28121. PMID 9861047.

[2]

[3]

[4]

[1]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]