文摘
C282Y突变的HFE占大多数情况下铁过载疾病遗传性血色素沉着症(HH)。构象变化引入了这种突变损害HFE协会β2微球蛋白(β2米)和细胞表面表达的蛋白质:有两个严重的后果。从功能的角度来看,HFE的能力与转铁蛋白受体1和2是迷失在C282Y突变,从而影响hepcidin监管。也由于错误的装配β2m, HFE-C282Y分子留在内质网(ER)作为骨料,经过蛋白酶体降解并激活的蛋白质反应(UPR)。UPR激活,不管ER应激刺激,重塑iron-related基因的表达谱和减少mhc i细胞表面表达。的可能性HFE-C282Y-mediated UPR和铁稳态之间的相互作用影响疾病进展和临床异质性C282Y运营商进行了探讨。ER的响应性伴侣calreticulin ER和铁诱导氧化压力,及其与HH患者的表型,加强相关的利益解剖UPR信号/铁代谢相声和使用药物的潜在临床应用价值在HFE-HH陪伴。
1。介绍
占据中心位置的分泌途径,内质网(ER)执行大量的功能,包括生物合成、分泌的折叠、组装、和转译后的修改和membrane-targeted蛋白(1]。这各种各样的过程的准确性依赖于专门的腔的条件下,完全由严格的质量控制机制(2]。尽管这样的机制复杂,某些生理状态和外源性刺激可以妥协这个最佳的折叠环境,通常称为ER应激(3]。
意识到有一个功能交叉ER应激和铁代谢的出现首先从研究铁过载的遗传性疾病,遗传性血色素沉着症(HH) 1型。因有缺陷的监管铁吸收,HH本质上是与基因有关HFE(4]。这个基因的产物股份结构同源性我类主要组织相容性复合体(mhc I)蛋白质,需要联系β2微球蛋白(β2米)细胞表面表达(5,6]。相比传统的mhc i分子,HFE无法绑定没有涉及抗原肽和演示功能(6]。相反,HFE -β2m异质二聚体被证明(TfR) 1转铁蛋白受体结合,从而争夺其交互diferric转铁蛋白(7,8]。的绑定能力HFE后来扩展到TfR2 [9]。C282Y和H63D是两个点突变的HFE通常底层HH [5]。前者,造成g过渡,取代了酪氨酸的氨基酸半胱氨酸在282的位置,是由多数HH患者(> 85%),尽管H63D,组成的c g转换决定了天冬氨酸替代在63位置的组氨酸,获得临床意义C282Y / H63D复合杂合的(10,11]。
造成的意外的发现MHC-I-like蛋白质参与铁稳态被先前的研究稀释,肥沃的报告描述免疫异常在HH病人。因此,更高的CD4+/ CD8+比率(12),后来由于缺陷CD8的数量+T细胞(13),都发现在HH受试者相比,个人的控制。补充这些数据,增加临床观察疾病的严重程度的上下文中CD8较低+T淋巴细胞池(14]。在功能级别差异同样透露,CD8+HH患者T细胞表现出受损的细胞毒性和CD8-p56lck活动相比,健康对照组(15,16]。一瞥的结构性同源性与mhc i分子也自发提供的铁过载开发的表型β2米- / -老鼠(17]。
HH的遗传背景的说明,在音乐会的迅速采用HFE突变检测在临床实践中,很快发现一个贫穷的外显率的疾病C282Y航空公司(18]。一个显著的表型异质性患者中也注意到(19),这表明存在额外的修改这由基因决定的障碍因素。修饰符的临床和免疫学特征HH的积极追求,即遗传的(20.]。根据最近的调查结果,展开的蛋白质反应(UPR)已经成为一种很有前途的候选人。
2。C282Y突变和UPR
通过阻断的二硫化物键的形成α3域的HFE C282Y突变阻止大会β2米(10,21]。因此,突变蛋白不能进步通过分泌通路和仍在ER高分子量聚合物(10,22,23)接受[蛋白酶体依赖降解10]。除了这种胞内聚合物的存在,细胞表达的C282Y突变版本还HFE显示减少表面的表达mhc i分子(24]。寻求潜在分子细节的观察和灵感来自ER保留C282Y突变,de Almeida)和同事建立了UPR作为一种机制调解HFE / mhc i相声(25]。UPR / mhc i相互作用和C282Y错误的能力HFE引出UPR激活后来独立消息来源的证实(26,27]。
UPR的指定专门的信号电路来抵消由细胞腔的客户错误折叠蛋白质的积累和平衡负载/能力比ER威胁的生理状态和外生条件等的分泌活动,破坏的Ca2 +商店、氧化还原状态的改变,能源/营养不足,表达突变体的基质,病毒感染(28,29日]。根据恢复体内平衡,UPR结合多个协同策略,包括全球抑制蛋白质合成和易位到急诊室,转录诱导ER陪伴和foldases面对折叠的要求,增加和改善ER-associated退化(ERAD)机械支撑的间隙造成不可弥补的蛋白质(3,30.]。如果prosurvival尝试疲惫和ER损害盛行,UPR-induced proapoptotic项目执行(31日]。
在哺乳动物细胞中,三个ER-resident跨膜蛋白作为近端传感器和定义主要UPR信号通路:双链依赖rna蛋白质kinase-like ER激酶(活跃),inositol-requiring酶(愤怒)1,激活转录因子(ATF) 63,30.]。尽管这种多样性,与ER-resident伴侣蛋白免疫球蛋白重chain-binding蛋白质(毕普)提出了一个共同的监管机构的传感器。在没有压力的情况下,毕普绑定所有传感器的腔的领域,使他们不活跃。展开蛋白质充塞ER,毕普竞争性滴定,允许活跃,IRE1和ATF6-dependent瀑布进行(32,33]。替代模型的传感。建议,例如,所显示的MHC-like槽酵母IRE1直接检测ER腔和绑定错误折叠的客户,这将有助于IRE1激活(34]。槽尺寸相关的人类蛋白质、太窄,以适应肽,削弱了这种机制的可能性,然而35]。这两个观点是最近和解的一个模型假定直接互动展开蛋白质IRE1需要激活,而毕普服务作为缓冲和定时器的UPR活动(36]。
鼓励的错误折叠特性C282Y HFE蛋白质和随后的UPR激活,HH作为构象障碍的分类一直声称[37,38]。一个合理的解释上述genotype-phenotype矛盾在HH病人可以依赖,至少在某种程度上,不同的个人能力向C282Y突变挂载一个适当的保护性反应。尽管有吸引力,这个假说是两厢情愿的。一个参数相关抵挡住HFE表达式的组织水平低,最近估计低于0.53 nmol / g(总蛋白在人类肝脏(39]。然而,尽管一些有争议的数据40报道),增加肝mRNA的表达HFE iron-supplemented老鼠(41,42),这一趋势也重现microglia-derived细胞受到的压力源代理和血清剥夺(43]。因此,可以设想一个场景,在该场景中,基底无害的HFE池可能积累水平阻塞的ER C282Y错误折叠变体作为HH铁过载的进展,从而有利于ER应激条件。是否以及如何影响这种恶性旋回模型在活的有机体内病理生理学的HFE-linked HH绝对值得评价。
3所示。铁代谢的UPR相声
3.1。Iron-Related基因的表达谱
最初被描述为检查和平衡项目关注stress-corrupted ER折叠的恢复体内平衡,UPR的界限已经稳步扩大到细胞分化,代谢和炎症过程44- - - - - -46]。启发性的证据的一个十字路口与铁代谢基因差异表达首次提供意外地放映。两个这样的例子是转录水平的增加ER陪伴calreticulin (CRT)和毕普iron-burdened星形细胞瘤细胞(47)和转铁蛋白基因downmodulation报道的稳定转染子stress-inducible转录因子CCAAT / enhancer-binding蛋白(C / EBP)同源蛋白(切)48]。同样,蛋白质组学分析显示肝毕普表达增加膳食iron-loaded老鼠(49),虽然在体外研究使用人类肝癌细胞HepG2线未能证实这个结果(平托et al .,未发表的数据)。尽管这些线索,UPR和铁稳态的相互作用一直是迄今未开拓的领域。
通过揭露hepatocyte-derived细胞系化学药剂损害二硫化物键形成(二硫苏糖醇和同型半胱氨酸)在ER端蛋白质,我们最近表明,持续的ER应激显著重塑iron-related基因的表达谱,即hepcidin,,运铁素的含量和铁蛋白h .使用这个实验模型,背后的分子机制hepcidin也破译的两相的调制,与C / EBP核因素α和排骨被牵连50]。铁代谢和UPR信号通路之间的相互作用被独立证实Vecchi等人,在强调与ER-to-Golgi运输抑制剂brefeldin hepatoma-derived细胞,钙离子载体A23187和衣霉素,报道水平的提高hepcidin成绩单、一个模式在tunicamycin-treated老鼠的肝脏也检测到。hepcidin的刺激是归因于营地反应元件结合蛋白H (CREBH)端依赖激活启动子(51]。机制提出的两项研究[50,51]hepcidin感应压力情景下不相容,可以共存。
3.2。Calreticulin,铁过载的伴侣相关的临床表现
正如前面所讨论的,UPR激活的特点是几个ER的感应逆境应答蛋白质。这些分子之一是CRT, 46 kDa ER-resident凝集素与Ca女伴2 +缓冲能力,专门致力于折叠的大部分客户遍历分泌路线,糖蛋白。
除了伴侣蛋白功能、CRT参与保护压力通常不包括在UPR-related ER应激类别。CRT的合成是由热休克诱导(52- - - - - -54)和重金属(53),最近关注这种蛋白质的作用防止氧化应激(55]。CRT,连同其他女伴毕普,保护肾上皮细胞对prooxidant试剂引发的脂质过氧化叔丁基氢过氧化物(56]。生产抗氧化剂一氧化氮导致过度的CRT在胰腺β细胞57]。缺氧条件下,例如那些伤口,会导致过度CRT的2到3倍,增加了7倍观察针对H2O2全身的氧化应激在大鼠心肌细胞损伤(58]。
CRT的可能的保护作用被发现在C282Y纯合子HH病人,铁诱导的氧化应激和UPR引发的展开C282Y-mutated HFE蛋白质共存。在这项研究中(59)之间存在负相关的水平CRT在外周血单核细胞(PBMCs)和HH临床表现的严重程度(图1)。虽然机制变化在CRT表达式HH患者没有被阐明,这一发现的积极的关系阴极射线管信使rna水平,毕普的表情,和数字的单核细胞(PBMC人口最高的HFE表达式)倾向于CRT表达式的解释,从C282Y UPR在PBMCs调制的+ / +。
CRT参与细胞免受氧化应激可能是CRT的表情变化背后的机制以应对增加细胞内铁含量在结直肠腺癌(Caco-2)和肝癌细胞系(HepG2) (59,60]。在涅斯等人的研究(60),铁诱导增加CRT表达式被抗氧化剂槲皮素,有效地阻止了而平托等人表明,使用表达和siRNA-mediated沉默,CRT upregulation是必要的,以防止铁诱导活性氧积累(59]。
CRT怎么发挥作用对铁诱导细胞氧化应激的保护?答案可能由mobilferrin,胞质蛋白参与了胞内运输的铁在肠道吸收铁(61年]。鼠mobilferrin和CRT份额100%伴氨基酸序列同源性;蛋白有相同的表观分子量和等电点,和提出的抗体交叉反应的蛋白质与其他[62年]。Mobilferrin因此被认为是一个同种型CRT,虽然还需要进一步的研究来证实这一假说。提高CRT / mobilferrin增强细胞内铁含量(图的情况2)可能是一个响应的细胞需要更多的铁扎能力,改善铁诱导的氧化应激。针对CRT的存在在一些细胞内和细胞外的位置,这个角色可以发生在各种各样的隔间,需要铁的缓冲将礼物。其中一个隔间是细胞核,羟基自由基的存在产生一系列的DNA损伤,即单或双链断裂,步行不能的网站和基地和糖病变(63年,64年]。有趣的是,在过去的二十年里,几项研究已经报道了铁蛋白,主要的铁储存蛋白质,在细胞核65年]。最早的观测核铁蛋白在小鼠肝细胞后铁过载(66年]。后,铁蛋白在细胞核的存在被发现与更高的抗紫外线和H2O2全身的DNA损伤角膜上皮细胞(67年,68年),这意味着需要保护铁诱导氧化应激在细胞核中。
CRT参与氧化应激反应可能是整体的一个组成部分,参与细胞ER的保护从不同类别的侮辱,即涉及铁过载的毒性。CRT的主要位置和其他ER蛋白质的氧环境中ER增加他们对氧化损伤的易感性69年),连同转译后的修改,会影响这些蛋白质的功能和细胞的位置(70年]。所有并发假说认为氧化应激ER应激导致细胞外释放CRT和其他蛋白质。蛋白质的机制参与易位到细胞外室尚未完全理解,尽管他们似乎涉及引发细胞凋亡调节蛋白(还存在,Bap31,伯灵顿激活),一个ER应激反应导致的磷酸化真核eIF2启动因素α和主动胞外分泌[71年- - - - - -74年]。
3.3。Calreticulin,在十字路口的mhc i表达和铁过载
受损的细胞表面表达mhc i分子C282Y是另一个功能+ / +血色沉着病病人除了铁过载。针对UPR / mhc i相声透露近年来(25,26),由铁一起负担β2m和mhc i KO小鼠模型(17,75年],CRT的女伴活动可能获得新的相关性的mhc i组装。这个过程发生在急诊室的协助下陪伴和折叠因素,其中包括CRT。复杂的组装由糖化重链,aβ2m分子,多肽。肽mhc i分子的最后一步是加载一个错综复杂的途径,结果质量控制周期的适应,调节传统糖蛋白的折叠(76年]。负责肽的复杂加载包含肽转运体(抗原处理相关转运子),ERp57, CRT, calnexin (CANX)和tapasin (TAPBP, TAP-binding蛋白质)77年,78年]。CRT和CANX促进mhc i和留住不完全组装复合物的组装在ER (78年]。CRT绑定到一个monoglucosylated N-linked多糖在mhc i Asn86重链的离解常数约1μ米(79年),之后CANX释放。
CRT的重要性在mhc i处理了次优mhc i大会在CRT KO细胞(80年与mhc i),在细胞表面表达与稳定lectin-deficient CRT的门获救的突变(81年]。虽然机制的参与mhc i铁代谢尚不清楚,CRT的角色在组装/表达mhc i可能至少部分解释这种蛋白质在铁过载的保护功能59]。
4所示。铁代谢的UPR相声:假定的生理意义
铁的中央监管机构内稳态hepcidin, 25-residue肽激素。主要由肝细胞(分泌82年),hepcidin结合膜铁出口国,运铁素触发其内化和溶酶体降解83年]。因此铁出口从肠上皮细胞和巨噬细胞抑制,最终限制biometal在流通的可用性。hepcidin源自其响应的多效性的本质铁、炎症、贫血、缺氧(84年,85年]。Hepcidin生理刺激增加铁商店和炎症,与逆发生在其余条件。这种多功能性是由一系列反映信号通路协调hepcidin转录尚未确定(86年- - - - - -91年),现在扩展到ER应激事件的连锁反应。
UPR已经昭然于世的系统性影响通过连接胰岛素分泌和外周阻力92年,93年),葡萄糖稳态(94年),和炎症(95年]。与UPR-induced hepcidin调制(50,51),一个新的项目可以耦合到这张照片。通过限制十二指肠铁吸收,hepcidin upregulation在这种情况下可能是保护“策略”来逃避的一部分额外的压力来源,那些与iron-generated ROS有关。符合hepcidin的抗菌作用82年),预计后果的先天免疫,从而进一步发展的范围最近发现ER stress-mediated炎症反应(46,96年]。
除了肝脏抗菌多肽强调系统性影响,UPR活化的影响也体现在细胞铁代谢水平,所显示的调制和铁蛋白H运铁素的表达由ER侮辱(50]。两基因的mRNA浓缩细胞持久ER应激可能反映了企图规避细胞内沉积的自由铁通过封存或出口,分别。
5。铁代谢的UPR相声:链接病理条件
建立证据ER应激反应电路耦合到多个病态,即糖尿病、肥胖、和神经退化97年- - - - - -99年]。除了上述与HFE-linked HH,这部小说ER应激和铁稳态之间的联系可能是有用的在神经退化过程的进一步理解。事实上,铁积累在受影响的大脑区域是一个各种神经病理学的共性,包括阿尔茨海默病(AD)和帕金森病(PD) (One hundred.]。不管还不确定机制推动这样的沉积,固有的氧化应激对神经损伤的重要性已经越来越认可(101年]。属于类的构象障碍、蛋白质错误折叠和聚集也AD和PD的标志,可能更容易神经细胞死亡(99年]。神经退化字段可能因此值得探索的铁稳态和ER应激之间的对话。人能怀孕,例如,引发的转录重塑UPR激活大脑参加铁失衡在AD和PD。
这些新发现涉及的另一个可预见的反响virus-iron metabolism-UPR定义三和弦。病毒的能力coopt宿主细胞的生化机械质量复制本身是一个长期的概念。广泛研究的过程是MHC-class我抗原的病毒干扰多个步骤演示路线,可能进化到逃避免疫监视(102年]。因为铁的可用性是至关重要的有效扩散,另一个颠覆性的方法由病毒引发的包括主机铁状态的操作。尽管我们仍然切向对这种策略的理解,已经取得了进展,证明TfR1可能从事病毒进入的过程(103年,104年]。此外,2和Nef在人类巨细胞病毒的基因组蛋白质编码()血巨细胞病毒和人类免疫缺陷病毒(HIV) 1,分别被证明的调节细胞表面的表达HFE [105年,106年),大概的结果补充细胞内铁商店和病毒的增长中受益。也支持这种交互,压抑hepcidin合成是由于丙型肝炎病毒(HCV)感染(107年]。UPR的激活已被证明在感染细胞108年- - - - - -110年),成为一个可信的公分母上述病毒的策略。事实上,通过利用途径,病毒可能会同时:(i)保证ER扩张,以适应大规模生产的病毒蛋白,(ii)损害MHC-class我演讲25,26),从而帮助免疫逃避的努力,和(3)调节宿主蛋白质参与铁的新陈代谢活动,以确保这个biometal的充足供应。
UPR-induced调制的铁稳态的生物相关的神经退化和病毒感染必须彻底的特点,需要有前途的研究方向。
6。HH:候选人药理陪护治疗?
根据当前的范式,hepcidin iron-dependent调优是由HFE / TfR1 TfR2伙伴关系(88年]。由于受损细胞表面表达,C282Y变体的HFE无法绑定TfR1或稳定TfR2根据流行的转铁蛋白饱和度水平。损伤hepcidin水平适当调整的实质原因铁沉积,与相关的并发症包括肝硬化、心力衰竭、糖尿病、关节病(4]。这个功能丧失模型,然而,挑战新的监管机制的识别由C282Y突变,涉及其保留。事实上,在多大程度上错误折叠事件引发的C282Y突变影响的HFE-linked HH仍然遥遥无期。
标准治疗HH在于定期血液withdrawals-phlebotomy-aimed在消耗过多的铁商店(4]。早期开始治疗有效地防止器官衰竭由于铁毒性和恢复正常的寿命,尽管关节病几乎没有改善(111年]。然而,免疫异常在HH患者流血不解决治疗(16铁过载之外),支持的存在因素决定这样的特征。保护作用对氧化应激最近在HFE归因于CRT C282Y稳定转染子,连同这个ER的表达之间的负相关女伴,临床表现了HH科目(59),传达了理由考虑到药理学陪伴HFE-hemochromatosis中很有用。
ER折叠的药理操纵能力和质量控制系统近年来值得特别关注作为有前途的治疗策略构象障碍(112年]。依靠低分子量化合物稳定天然构象和补偿内在折叠赤字,这种方法可能会限制聚合事件和/或救援蛋白质功能(113年- - - - - -116年]。内生胆汁酸taurine-conjugated熊去氧胆酸(TUDCA)和短链脂肪酸衍生物4-phenylbutyrate钠(4 pba)是两个这样的代理,其价值在抑制压力引起的HFE C282Y突变已经建立在体外(23]。前显示增加C282Y蛋白质的稳定性,而减少水平的胞内聚合物是通过4 pba补充。这些结果,最近发现ER应激的影响凸显出的铁代谢,可能激发的设计新方法治疗HFE-HH,补充当前临床协议。然而,在这种情况下,一个完全平衡的女伴疗法需要为了保持UPR激活的有益效果呈现,CRT与iron-generated介导的氧化应激(59]。
7所示。结束语
主要由它的含义在不同病理条件下,推动兴趣理解ER应激之间的接口和其他细胞信号通路显著增长。在过去几十年大量努力阐明分子组件和机械的UPR规范的细节级联是在运动,非凡的见解是实现包括治疗的考虑为监护人的角色。我们的工作之间建立连接的UPR和基因的表达有关铁代谢的调节了本文扩展了此网络模型,强调进一步的UPR的多任务性质。此外,我们的研究的CRT mRNA表达基因铁过载显示CRT可能UPR和铁稳态的重要伴侣在十字路口与一个可能的保护作用对iron-mediated病由于其抗氧化特性(图3)。
总之,选择的标题,ER应激和铁稳态:UPR的新边疆,强调几句开辟了一个新的有前途的大道在UPR和陪护人员的研究。希望随着时间的推移,事实将匹配单词的承诺。
确认
作者的工作是由赠款从Fundacao para Ciencia e Tecnologia,葡萄牙(SFRH / BD / 19682/2004 (SJO)和PTDC / BIA-BCM / 66818/2006)和英诺华/ APBRF,美国。作者欣然承认g·波尔图与图的贡献1。