카타닌

Katanin

카타닌은 미세 관을 감지하는 AAA 단백질이다.그것은 가타나라고 불리는 일본 검의 이름을 따서 지어졌다.카타닌은 성게에서 처음 발견된 이단성 단백질이다.60kDa ATPase 서브 유닛을 포함하고 있으며, KATNA1로 인코딩되어 마이크로튜브를 절단하는 기능을 한다.이 서브유닛은 ATP와 활성화를 위한 마이크로튜브의 유무를 요구한다.KATNB1로 인코딩된 두 번째 80kDA 서브유닛은 ATPase의 활동을 조절하고 단백질을 센트로솜에 국소화한다.[1]전자 현미경 검사를 통해 카타닌이 미세관 벽면에 활성 과점 상태에서 14~16nm의 고리를 형성하고 있음을 알 수 있다(마이크로관 주변은 아니지만).

미세관 길이의 메커니즘과 조절

전자현미경을 이용한 구조해석을 통해 β-tubulin의 GTP 가수분해 시 미세관 프로토필라멘트가 직선에서 곡선으로 변하는 것을 밝혀냈다.단, 이러한 프로토필라멘트가 중합 마이크로튜브의 일부인 경우, 주변 격자 잠금 장치에 의해 생성된 안정화 상호작용은 GTP 가수분해 후에도 직선적 순응으로 이어진다.[2]이러한 안정적인 상호작용을 방해하기 위해, 한때 ATP에 묶였던 카타닌은 마이크로튜브 벽의 링 구조로 과점화된다. 어떤 경우에는 과점화 되어 마이크로튜브에 대한 카타닌의 친화력을 높이고 ATPase 활동을 자극한다.이 구조가 형성되면 카타닌은 ATP를 가수분해하고, 튜불린 서브유닛에 기계적 부담을 주는 순응적 변화를 겪게 되며, 이는 미세관 격자 내에서의 상호작용을 불안정하게 한다.예측된 순응적 변화는 또한 다른 카타닌 단백질뿐만 아니라 튜불린에 대해서도 카타닌의 친화력을 떨어뜨려 카타닌 링 구조의 분해와 개별 불활성 단백질의 재활용을 초래할 가능성이 있다.[3]

카타닌에 의한 미세관 분리는 뉴클레오티드 교환 인자에 의해 조절되며, ATP, 보호 미세관 관련 단백질(MAP), p80 서브유닛(p60 severs microtubules in p80)과 ADP를 교환할 수 있다.이러한 메커니즘은 세포 내에서 활성화되거나 교란되는 위치에 따라 다른 결과를 가진다.예를 들어, Centrosome에서 카타닌 매개 분리를 허용하면 자유롭게 이동할 수 있는 마이크로튜브가 방출된다.한 실험에서는 항카타닌 항체가 세포에 주입되어 중심부 주위에 미세관들이 많이 축적되고 미세관 밖으로 성장하는 것을 억제했다.[4]따라서 카타닌 매개 분리는 미세관 분해 및 효율적인 이동을 촉진하여 세포질 내 조직을 유지하는 역할을 할 수 있다.셀 분할 중 스핀들 폴에서 절단하면 자유 마이크로튜브 단부가 생성되고 극방향 튜불린의 플럭스와 마이크로튜브의 수축이 가능하다.세포질 내에 미세관(microtubul)을 절단하면 트레드밀링과 이동성이 용이해져 개발 과정에서 중요한 역할을 한다.

세포분열에서의 역할

카타닌 매개 미세관 절단술은 유사분열과 감수분열에서 중요한 단계다.크세노푸스 레비스의 M상 중 미세관 분리를 카타닌이 담당하는 것으로 나타났다.[5]세포분열을 위해 세포와 유사분열을 준비하기 위해 세포간 구조에서 마이크로튜브를 분해할 필요가 있다.이 규정은 간접적인 것이다: MAP 단백질이 상간 중에 마이크로 관이 절단되는 것을 방지하고, 분리하여 카타닌이 작용하도록 한다.[6]또한 카타닌은 아나파제 중 자매 크로마티드를 분리하기 위해 분해가 필요할 때 유사분열 스핀들에서 미세관 분리를 담당한다.[5]C. 엘레강아지의 감수분열 중 카타닌의 활동과 관련해서도 비슷한 결과가 나왔다.[7]Mei-1과 Mei-2는 카타닌의 p60과 p80 서브유닛과 유사한 단백질을 암호화하는 것으로 보고되었다.항체를 이용해 이 두 단백질이 감수성 스핀들 내 미세관 끝에서 국소화하는 것을 발견했고, 헤라 세포에서 발현될 때 이 단백질들은 미세관 분리를 시작했다.이러한 발견은 카타닌이 스핀들 폴을 향해 크로마티드를 분리할 때 유사분열과 감수분열 모두에서 유사한 목적을 갖고 있음을 나타낸다.

개발에서의 역할

카타닌은 많은 유기체의 발달에 중요하다.카타닌의 제거와 과다압박은 축성장에 유해하므로 적절한 신경발달을 위해 세심하게 규제해야 한다.[8]특히 특정 세포 공간에서 미세관(micro tubule)을 절단하면 파편이 다양한 성장 경로를 테스트할 수 있다.카타닌은 이 일에 필요한 것으로 증명되었다.형광 라벨이 부착된 튜불린의 시간 경과 디지털 영상을 이용한 실험에서 신경 발달 중 분기 부위에서 액손 성장이 일시 정지하고 미세관 파편이 발생한다는 것을 입증했다.[9]

형광 라벨이 부착된 튜불린을 사용한 유사한 실험에서는 개발 이동 중 뉴트 폐세포 라멜리포디아에서 국소 미세관 파편화가 관찰되었으며, 이 파편들은 탐사를 돕기 위해 전진하는 세포막에 수직으로 작용한다.[10]두 가지 단편화 사건의 국부적 특성은 카타닌이 특정 세포 영역에 집중될 수 있기 때문에 카타닌에 의한 규제를 나타낼 가능성이 높다.이것은 아라비도피스 탈리아나의 카타닌 직교체에 영향을 미치는 프레이2 돌연변이가 이들 식물에서 발달하는 세포벽을 따라 셀룰로오스 미세섬유질의 일탈적 처리를 초래한다는 것을 입증한 연구에 의해 뒷받침된다.[11]이 돌연변이는 세포 연장이 감소된 표현형을 만들어냈는데, 이것은 카타닌이 광범위한 유기체에 걸쳐 발달하는 데 있어서 중요한 의미를 시사한다.

뉴런의 기능

카타닌은 신경계에 풍부한 것으로 알려져 있으며, 심지어 적당한 수치로도 미세관 고갈을 유발할 수 있다.그러나 충분한 수의 마이크로튜브가 빠른 이송을 할 수 있도록 뉴런의 다른 구획 전체에 걸쳐 마이크로튜브를 절단해야 한다.

신경계에서는 두 개의 서브유닛의 비율이 신체의 다른 기관과 극적으로 다르다.그래서 미세관 절단 조절 비율을 조절할 수 있는 능력이 중요하다.모노머 p80은 뉴런의 모든 구획에서 발견되는데, 이것은 그것의 기능이 카타닌만을 대상으로 할 수 없다는 것을 의미한다.p80 카타닌은 기능이 다른 여러 도메인을 가지고 있다.한 도메인은 센트로솜을 목표로 하고, 또 다른 도메인은 p60 카타닌에 의해 절단되는 미세관(microtubule)을 증가시키며, 마지막 도메인은 미세관(microtubule) 절단 현상을 억제한다.[12]뉴런에 카타닌이 풍부하다는 것은 그들이 액손을 따라 움직일 수 있다는 것을 보여준다.도축 분기점과 뉴런의 성장 원뿔에 미세관 파열이 있다.뉴런에서 카타닌의 분포는 마이크로튜브의 길이와 숫자를 조절하는 현상을 이해하는 것은 물론, 마이크로튜브를 센트로솜에서 방출하는 현상을 이해하는 데 도움이 된다.

카타닌은 다른 단백질의 인산화 작용에 의해 조절된다고 믿어진다.미세관들은 약간 구부러진 후에 섬유질로 갈라진다.그러나, 카타닌이 존재할 때, 휨은 카타닌의 격자 접속을 향상시키기 때문에 파손으로 이어질 수 있다.[6]

식물에서의 기능

카타닌은 고등식물에서도 비슷한 기능을 하는 것으로 나타났다.식물 세포의 형태와 구조는 고도로 조직화된 셀룰로오스를 함유하고 있는 단단한 세포벽에 의해 결정되는데, 셀룰로스의 방향은 형성 섬유의 침적을 안내하는 역할을 하는 마이크로튜브에 의해 영향을 받는다.셀 벽 내 셀룰로오스 마이크로파이브릴의 방향은 셀 확장의 주요 축에 수직으로 정렬된 마이크로튜브에 의해 결정된다.[13]식물 세포는 전통적인 센트로솜이 부족하기 때문에 스핀들 마이크로튜브가 형성되고 있는 프로페상 전 단계와 프로 페이즈 동안 카타닌이 핵 봉투에 축적된다.

세포가 길어지는 동안 마이크로튜브는 증가하는 세포 길이에 보조를 맞추기 위해 끊임없이 방향을 조정해야 한다.이러한 미세관 조직에서의 끊임없는 변화는 미세관의 빠른 분해, 조립, 번역에 의해 수행될 것을 제안했다.[14]최근 카타닌 호몰로뉴 공장의 돌연변이가 미세관 조직의 변화를 변화시키는 것으로 나타났고, 이는 다시 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스의 적절한 침적에서 장애를 일으킨다.이는 식물세포가 미세관 길이를 조절할 능력이 부족하기 때문으로 추정된다.

p80 카타닌 규제 하위 유닛에 대한 호몰로게이션이 없다.따라서, His-taged At-p60은 식물에서의 그것의 기능을 설명하기 위해 만들어졌다.His-At-p60은 ATP가 있는 상태에서 시험관내 미세관을 절단할 수 있다.그것은 공동침착 측정에서 미세관들과 직접 상호작용한다.ATPase 활동은 비열성적으로 자극을 받았다.[15]ATP 가수 분해는 낮은 튜불린/At-p60 비율에서 자극되어 높은 비율에서 억제된다.낮은 비율은 카타닌 소단위 상호작용에 유리하지만 높은 비율은 손상을 나타낸다.At-p60은 동물의 것과 같이 과점할 수 있다.at-p60은 마이크로 관과 직접 상호작용하는 반면, 동물 p60은 그들의 N-termini를 통해 결합한다.p60의 N단자는 식물과 동물의 왕국 사이에 잘 보존되어 있지 않다.[16]

참고 항목

참조

  1. ^ "McNally, F. & Vale, R. (1993) Identification of katanin, an ATPase that severs and disassembles stable microtubules" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2006-09-03. Retrieved 2006-02-18.
  2. ^ 다우닝, K. & 노갈레스, E. (1998)튜불린 및 미세관 구조.[영구적 데드링크]
  3. ^ 하트만, J. & Vale, R.(1999) AAA 효소 카타닌의 ATP 의존적 과점화에 의한 미세관 분해
  4. ^ 아흐마드, F, 유, W, 맥널리, F. & Baas, P.뉴런의 미세관 분리에 있어서 카타닌의 필수적 역할
  5. ^ a b McNally, F. & Thomas, S.(1998) 카타닌이 Xenopus 계란에서 M-Phase Microtubule 절단 활동 담당
  6. ^ a b "Quarmby, L. (2000) Cellular Samurai: katanin and the severing of microtubules" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2005-01-16. Retrieved 2006-02-18.
  7. ^ 새너하브디트 선충성 미증에는 스레이코, M, 버스터, W, 바지르간, O, 맥널리 & F, 메인, P.(2000) MEE-1/MEI-2 카타닌과 같은 미세관절 절단 활동이 필요하다.
  8. ^ 카라베이, A, 유, W, 솔로우즈카, J, 베어드, D. & Baas, P. Axonal Growth는 마이크로튜브를 세버하는 단백질인 카타닌 레벨에 민감하다.
  9. ^ Dent, E, Callaway, J, Gyorgyi, S, Baas, P. & Kalil, K. (1999) 축 성장 원추 내 마이크로튜브의 재구성과 이동 및 중간 지점 개발.
  10. ^ 워터맨-스토어, C. & Salmon, E. (1997년)상피세포 이동 라멜라에서 액토모신 기반의 미세관 역류 흐름은 미세관 동적 불안정성과 이직률에 영향을 미치며 미세관 파손 및 트레드밀링과 관련이 있다.
  11. ^ Burk, D. & Ye, Z.(2002) 카타닌 유사 미세관극-세버링 단백질의 돌연변이에 의한 셀룰로오스 마이크로파이브릴의 지향적 퇴적 변화.
  12. ^ Yu, W.; Solowska, J.; Qiang, L.; Karabay, A.; Baird, D.; Bass, P. (2005). "Regulation of Microtubule Severing by Katanin Subunits during Neuronal Development". Journal of Neuroscience. 25 (23): 5573–5583. doi:10.1523/JNEUROSCI.0834-05.2005. PMC 1201504. PMID 15944385.
  13. ^ "Baas, P.W., Karabay, A. & Qiang, L. (2005). Microtubules Cut and Run" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2006-09-14. Retrieved 2007-05-26.
  14. ^ Cyr, R.J. & Palevitz, B.A.(1995) 식물 세포 내 피질 미세관 조직.
  15. ^ Mellet, V.; Gaillard, J.; Vantard, M. (2003). "Plant Katanin, a microtubule severing protein". Cell Biology International. 27 (3): 279. doi:10.1016/s1065-6995(02)00324-4. PMID 12681335.
  16. ^ Mellet, V.; Gaillard, J.; Vantard, M. (2002). "Functional evidence for in vitro microtubule severing by the plant katanin homologue". Biochemical Journal. 365 (Pt 2): 337–342. doi:10.1042/bj20020689. PMC 1222700. PMID 12020351.

외부 링크