셉틴

Septin
세포분열/GTP결합단백질
식별자
기호.Cell_Div_GTP_bd
팜PF00735
빠맘 클랜CL0023
인터프로IPR000038

셉틴은 [1][2][3]식물을 제외한 모든 진핵 세포에서 발현되는 GTP 결합 단백질의 그룹이다.서로 다른 셉틴이 단백질 복합체를 형성한다.이러한 복합체는 필라멘트, 링 및 게이지로 추가로 조립할 수 있습니다.이와 같이 조립된 셉틴은 단백질이 부착할 수 있는 발판을 제공하거나 세포의 한 구획에서 다른 [2][3][4][5]구획으로 분자의 확산을 막는 장벽을 형성하거나 막 결합 [6]단백질의 확산에 대한 장벽으로서 세포 피질에서 기능한다.

셉틴은 세포 분열 부위와 섬모나 편모 같은 특수한 구조가 세포체에 [4]부착되어 있는 부위의 세포막에서 세포 과정의 국재화에 관여하고 있다.효모세포에서는 세포 일부를 구분하고 중격에서 세포분열 시 구조적인 지지를 제공하기 위해 비계를 구축하며,[3] 여기서 그 이름이 유래한다.인간 세포에 대한 연구는 셉틴이 병원성 박테리아 주위에 케이지(cage)를 만들어 [7]고정시키고 다른 세포에 침입하는 것을 막는다는 것을 시사한다.

필라멘트를 형성하는 단백질로서 셉틴은 세포골격의 [4]일부로 간주될 수 있다.비극성 필라멘트를 형성하는 것 외에도, 셉틴은 세포막, 세포 피질, 액틴 필라멘트 및 미세관과 [4][6]결합합니다.

구조.

셉틴폴리펩타이드사슬의 개략도 도메인 구조
a) 한쪽에는 GTP 결합 도메인이 있고 다른 한쪽에는 폴리펩타이드 사슬의 N과 C 터미니가 있는 셉틴 분자의 개략도
b) 다른 셉틴이 GTP 결합 도메인 또는 N 및 C 말단을 통해 서로 결합하는 (인간 셉틴의) 셉틴 헤테로헥사머 복합체의 도식.복합체의 대칭성에 주목하십시오.
c) 셉틴 복합체가 셉틴 필라멘트를 형성하기 위해 어떻게 정렬될 수 있는지를 개략적으로 설명한다.

셉틴은 무게가 30~65kDa인 P-Loop-NTPase 단백질이다.셉틴은 서로 다른 진핵생물들 사이에서 매우 잘 보존된다.이들은 막결합에 중요한 기본적인 포스포이노시티드 결합 모티브를 가진 가변장 프롤린 리치 N말단, GTP 결합 도메인, 고도로 보존된 셉틴 고유 요소 도메인 및 가변 [4]길이의 코일 도메인을 포함하는 C말단 확장으로 구성된다.

셉틴은 각각의 GTP 결합 도메인 또는 N 말단과 C 말단을 통해 상호작용한다.생물마다 셉틴의 수가 달라 대칭 올리고머가 형성된다.예를 들어 효모 중 형성되는 팔량체 착체는 Cdc11-Cdc12-Cdc3-Cdc10-Cdc3-Cdc12-Cdc11이다.[8]인간의 경우, 6진법 또는 8진법 복합체가 가능하다.당초 인간 콤플렉스는 9월7일~9월2일~9월2일~9월6일~9월7일~[9]9월6일~9월6일~9월6일~9월6일[10]~9월6일~9월6일~9월6일~9월6일[11]~9월6일~9월6일~9월6일~9월3일~9월6일~9월6일~9월6일~9월6일~9월6일~9월6일~9월6일~9월6일~9월6일~9월6일~9월6일~9월6그런 다음 이러한 복합체가 결합하여 [4]세포에서 비극성 필라멘트, 필라멘트 다발, 케이지 또는 고리 구조를 형성합니다.

발생.

셉틴은 곰팡이, 동물, 그리고 일부 진핵 조류에서 발견되지만 [1]식물에서는 발견되지 않는다.

다른 예시종의[2] 셉틴 유전자

효모에서

사카로미세스 세레비시아에 있는 셉틴(형광 마이크로그래프)
• 녹색: septins (AgSEP7-GFP)
• 빨간색: 셀 윤곽(위상 대비)
• 스케일바: 10μm

사카로미세스 세레비시아에는 7개의 다른 셉틴이 있다.이들 중 5개는 유사분열과 관련이 있으며, 2개(Spr3 및 Spr28)는 [2][3]포자분열과 관련이 있다.세포분열 [2][4]중에 싹목에서 유사분열성 셉틴(Cdc3, Cdc10, Cdc11, Cdc12, Shs1)이 고리구조를 형성한다.이들은 싹 부위의 선택, 유사분열 방추의 위치 결정, 편광 성장 및 사이토키네시스(cytokinesis)에 관여한다.포자성 셉틴(Spr3, Spr28)은 Cdc3, Cdc11과 함께 프로포자막 [2]가장자리에 위치한다.

조직

셉틴은 세포 피질에서 셉틴 [12]피질로 알려진 특수 영역을 형성합니다.셉틴 피질은 세포 주기 전체에 걸쳐 다음과 같은 몇 가지 변화를 겪습니다.첫 번째 눈에 보이는 셉틴 구조는 봉오리 출현 15분 전까지 나타나는 뚜렷한 고리이다.봉오리가 생긴 후 고리는 넓어져서 모봉의 목에 모래시계 모양을 하고 있다.사이토키네시스 동안, 셉틴 피질은 이중 고리로 갈라지고 결국 사라집니다.셉틴 피질은 어떤 기능들은 안정된 구조를 필요로 하지만 어떻게 그렇게 극적인 변화를 겪을 수 있을까?FRAP 분석 결과 경부 셉틴의 교체가 세포 주기 동안 여러 가지 변화를 겪는 것으로 밝혀졌다.지배적이고 기능적인 배합은 낮은 회전율(동결 상태)로 특징지어지며, 그 동안 셉틴은 인산화된다.구조적 변화는 싹 출현, 고리 분열 및 세포 [3]분리에 앞서 탈인산화로 유도된 셉틴 피질(유체 상태)의 불안정화를 요구한다.

셉틴 피질의 구성은 세포 주기뿐만 아니라 모체 축을 따라 변화한다.이러한 셉틴 네트워크의 극성은 일부 단백질의 집중을 주로 목의 모측에 허용하고, 일부는 중심부에, 그리고 다른 것들은 싹 부위에 허용한다.

기능들

비계

셉틴은 비계 역할을 하며 많은 단백질을 모읍니다.이러한 단백질 복합체는 형태 형성 검사점, 방추 정렬 검사점, 봉오리 부위 선택에서 사이토카인시스, 키틴 증착, 세포 극성, 포자 형성 등에 관여한다.

사이토키네시스

발아 효모 사이토키네시스는 액토미오신 고리의 신병 및 수축과 혈장막과의 소포 융접에 의한 격막 형성이라는 2개의 셉틴 의존성 용장 프로세스를 통해 구동된다.셉틴 돌연변이와는 대조적으로, 하나의 단일 경로의 교란은 세포 분열의 완전한 실패가 아닌 사이토키네시스 지연을 초래할 뿐이다.따라서 셉틴은 사이토키네시스의 가장 상류 수준에서 작용할 것으로 예상된다.

셀 극성

싹이 트는 효모의 등방성-첨두 전환 후, 외낭 및 폴라리솜으로 추정되는 피질 성분이 첨두극에서 봉두의 혈장막 전체로 탈국재화되지만 모세포는 아니다.목의 셉틴 링은 두 구획 사이에서 이러한 인자의 막 확산을 방지하는 피질 장벽 역할을 합니다.이 비대칭 분포는 셉틴 돌연변이에서는 폐지된다.

일부 조건부 셉틴 돌연변이는 정상적인 축방향 위치에서 싹을 형성하지 않는다.또한, 목의 이중 링에 있는 일부 싹-부위 선택 인자의 전형적인 국소화는 이러한 돌연변이에서 사라지거나 방해된다.이는 셉틴이 축방향으로 싹이 트는 세포에서 그러한 인자의 고정 부위의 역할을 할 수 있음을 나타낸다.

필라멘트 균류 내

S. cerevisae에서 발견된 이후, 셉틴 상동체는 필라멘트 균류를 포함한 다른 진핵생물 종에서 발견되었습니다.필라멘트 균류의 셉틴은 단일 세포 내에서 다양한 형태를 나타내며 필라멘트 형태학의 [13][14]측면을 통제한다.

칸디다 알비칸스

C. albicans의 게놈은 모든 S. cerevisae septins와 상동성을 암호화한다.Cdc3 및 Cdc12 유전자가 없으면 칸디다 알비칸은 증식할 수 없고, 다른 셉틴은 형태학과 키틴 증착에 영향을 미치지만 필수적인 것은 아니다.칸디다 알비칸은 셉틴 구조의 외관을 결정하는 다양한 형태의 식물 성장을 나타낼 수 있습니다.새롭게 형성되는 균사체는 기저부에 셉틴환을 형성하고, 균사체 분리 부위에 이중환을 형성하며, 균사체 선단에 셉틴캡을 형성한다.가늘고 긴 셉틴 필라멘트가 구형의 클라미드 포자를 둘러싸고 있다.분리 부위에 있는 셉틴의 이중 고리도 성장 극성을 띠며, 성장 끝 고리가 분해되고 기저 고리는 [13]그대로 유지됩니다.

아스페르길루스니둘란스

A. nidulans에는 5가지 셉틴이 있습니다(AnAspAp, AnAspBp, AnAspCp, AnAspDp, AnAspEp).AnAspBp는 셉테이션 부위에서 단일 고리를 형성하고 최종적으로 이중 고리로 분할됩니다.또한 AnAspBp는 가지가 성장함에 따라 띠 모양으로 확대되는 분기 발생 부위에 고리를 형성한다.C. 알비칸처럼 이중 고리는 균사체의 극성을 반사합니다.아스페르길루스 니둘란스의 경우, 성장 유도 신호로서 [2][13]첨단을 그대로 두고, 보다 기초적인 고리(뇌 생장 팁으로부터 멀리 떨어진 고리)를 분해함으로써 극성을 전달한다.

아슈비아고시피

Ashbya gossypi(형광 마이크로그래프) • 녹색: 셉틴(AgSEP7-GFP)
• 빨간색: 셀 윤곽(위상 대비)
• 인레이: 불연속 셉틴 링의 3D 재구성
• 스케일바: 10μm

자낭균 A. gosypii는 모든 S. cerevisiae 셉틴과 상동성을 가지며, 1개는 중복된다(AgCDC3, AgCDC10, AgCDC11A, AgCDC11B, AgCDC12, AgSEP7).AgSep7p-GFP에 대한 생체내 연구에 따르면 셉틴은 성장 팁과 가지 [2]형성 부위에 가까운 불연속 균사환과 분기점 기부에 있는 비대칭 구조에 결합한다.링은 길고 성장 끝에 가까운 곳에 퍼져 있으며 끝으로부터 더 멀리 떨어진 짧고 작은 필라멘트로 만들어집니다.셉텀 형성 중에 셉틴 고리는 2개로 분할되어 이중 고리를 형성한다.Agcdc3,, Agcdc10 and 및 Agcdc12 deletion 결실 돌연변이는 비정상적인 형태를 나타내며 액틴링 형성, 키틴링 형성, 포자 형성 등에 결함이 있다.셉타 결핍으로 인해 셉틴 결실 돌연변이는 매우 민감하며, 단일 균사 손상으로 인해 어린 균사체가 완전히 용해될 수 있다.

동물에서

효모의 셉틴 및 동물의 다른 세포골격 성분과는 대조적으로, 셉틴은 세포에서 연속적인 네트워크를 형성하지 않고 세포 피질의 세포질에서 여러 개의 분산된 네트워크를 형성한다.이것들은 액틴다발과 마이크로튜브와 통합되어 있다.예를 들어 셉틴 [5]구성의 정확한 공간 제어를 위해서는 액틴 결합 단백질 아닐린이 필요하다.포유류의 정자 세포에서, 셉틴은 꼬리에 고리라고 불리는 안정적인 고리를 형성합니다.생쥐(그리고 잠재적으로 사람에게도)에서 환형성 결함이 남성 [4][5]불임으로 이어집니다.

인간

인간에서 셉틴은 다른 단백질을 모집하거나 확산 장벽 역할을 하는 능력을 통해 사이토키네시스, 섬모 형성 및 신경 생성에 관여한다.셉틴을 코드하는 13개의 다른 인간 유전자가 있다.이들 유전자에 의해 생성된 셉틴 단백질은 (i) SEPT2(SEPT1, SEPT4, SEPT5), (ii) SEPT3(SEPT9, SEPT12), (iii) SEPT6(SEPT8, SEPT10, SEPT11, SEPT14) 및 (iv) SEPT7의 4개의 아족으로 분류된다.셉틴 단백질 복합체는 헤테로옥타머(3개의 서로 다른 그룹에서 선택된 단량체 및 각 그룹의 단량체) 또는 헤테로옥타머(4개의 서로 다른 그룹의 단량체, 각 단량체, 4 x 2 = 8)를 형성하기 위해 조립된다.이 헤테로올리고머들은 차례로 필라멘트나 [4][5][1]고리와 같은 고차 구조를 형성합니다.

셉틴은 박테리아 병원체 주위에 케이지 같은 구조를 형성하여 해로운 미생물을 고정시키고 건강한 세포에 침입하는 것을 막는다.이 세포 방어 시스템은 잠재적으로 이질이나 다른 질병에 대한 치료법을 만들기 위해 이용될 수 있다.예를 들어, 시겔라는 인간에게 치명적인 설사를 일으키는 박테리아이다.세포에서 세포로 번식하기 위해, 시겔라 박테리아는 액틴 폴리머 '꼬리'를 발달시켜 미생물을 촉진하고 그들이 이웃하는 숙주 세포로 들어갈 수 있도록 합니다.면역 반응의 일부로, 인간 세포는 감염된 숙주 세포 [15]내의 미생물을 둘러싸기 위해 두꺼운 셉틴 필라멘트의 다발을 촉발하는 TNF-α라고 불리는 세포 신호 단백질을 생산합니다.이 셉틴 케이지에 갇힌 미생물은 자동 파지에 [16]의해 분해된다.셉틴의 교란과 이를 코드하는 유전자의 돌연변이는 백혈병, 대장암, 파킨슨병, 알츠하이머병과 같은 신경 퇴행성 조건을 유발하는 데 관여할 수 있다.Shigella에 의해 야기되는 이질 같은 박테리아 조건뿐만 아니라, 이것들에 대한 잠재적 치료법은 TNF-α의 행동을 모방하고 셉틴 케이지가 [7]증식하도록 하는 약물로 몸의 면역 체계를 강화시킬 수 있다.

케노하브디시스엘레건스

셉틴을 코드하는 2개의 유전자가 존재하며, 셉틴 착체는 사량체 UNC59-UNC61-UNC59 착체에 2개의 다른 셉틴을 포함한다.C.elegans의 Septins는 세포 분열 동안 갈라진 이랑과 방추 중간체에 집중됩니다.셉틴은 또한 C.elegans에서 [2]세포 이동과 축삭 유도에도 관여한다.

미토콘드리아에서

미토콘드리아에 국소화된 셉틴은 미토콘드리아 셉틴(M-septin)이라고 불린다.발육 중인 쥐의 [17]뇌에서 CRM/CRAM 상호작용 단백질로 확인되었다.

역사

셉틴은 릴랜드 H. 하트웰과 동료들에 의해 1970년 효모(Saccharomyces cerevisiae)의 세포 분열(cdc 돌연변이)에 영향을 미치는 온도에 민감한 돌연변이를 위한 스크린에서 발견되었다.화면에는 제한 온도에서 사이토키네시스를 예방하는 돌연변이 4개가 나타났다.대응하는 유전자는 4개의 원래 셉틴인 ScCDC3, ScCDC10, ScCDC11 및 ScCDC12를 [3][4]나타낸다.세포 분열에도 불구하고, 세포는 싹트기, DNA 합성, 그리고 핵분열을 계속했고, 이것은 여러 개의 길쭉한 싹을 가진 큰 다핵세포를 낳았다.1976년 전자현미경 분석 결과, 야생형이지만 셉틴 돌연변이 [3][4][13]세포에서는 그렇지 않은 모태 목 주위에 10-nm 필라멘트가 20개까지 균등하게 간격을 두고 있는 줄무늬가 나타났다.면역 형광 연구는 셉틴 단백질이 목의 [4][13]셉틴 고리로 열량화된다는 것을 밝혀냈다.조건부 Sccdc3 및 Sccdc12 돌연변이에서 4가지 셉틴의 국재화가 모두 중단되어 셉틴 단백질의 상호의존성을 나타낸다.이 발견에 대한 강력한 지지가 생화학 연구에 의해 제공되었다.ScSEP7 또는 ScSHS1에 의해 코드된 5번째 셉틴 단백질과 함께 친화성 컬럼에서 공청정한 4개의 원래 셉틴이 있었다.발아 효모, 드로소필라, 제노푸스 및 포유동물 세포에서 정제된 셉틴은 체외에서 자가 결합하여 필라멘트를 [13]형성할 수 있다.필라멘트로 조립되는 헤테로올리고머를 형성하기 위해 셉틴이 체외에서 어떻게 상호작용하는지를 S. cerevisae에서 자세히 연구했다.

정제된 필라멘트의 마이크로그래프는 셉틴이 마더버드 축에 평행하게 배열될 가능성을 제기했다.전자 현미경에서 볼 수 있는 10nm의 줄무늬는 필라멘트 간의 횡방향 상호작용의 결과일 수 있습니다.셉틴 구성에 중요한 인자가 결여된 돌연변이 변종들은 이러한 관점을 뒷받침한다.연속 고리 대신 ScGIN4, ScNAP1, ScCLA4의 결실 돌연변이에서 모봉 축을 따라 셉틴이 막대를 형성한다.

레퍼런스

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