CREB - CREB - Wikipedia

Не путать с Облигации чистых возобновляемых источников энергии.

CREB (вверху) - это фактор транскрипции способный связать ДНК (внизу) и регулирующий экспрессия гена.

CREB-TF (CREB, белок, связывающий элемент ответа цАМФ)[1] это сотовый фактор транскрипции. Он привязан к определенным ДНК последовательности, называемые элементами ответа цАМФ (CRE), тем самым увеличивая или уменьшая транскрипция из гены.[2] CREB был впервые описан в 1987 году как лагерь -ответственный фактор транскрипции, регулирующий соматостатин ген.[3]

Гены, транскрипция которых регулируется CREB, включают: c-fos, BDNF, тирозингидроксилаза, многочисленные нейропептиды (Такие как соматостатин, энкефалин, VGF, кортикотропин-рилизинг гормон ),[2] и гены, участвующие в млекопитающих циркадные часы (PER1, PER2 ).[4]

CREB по структуре и функциям тесно связан с CREM (модулятор ответного элемента цАМФ ) и ATF-1 (активирующий фактор транскрипции-1 ) белки. Белки CREB экспрессируются у многих животных, включая человека.

CREB играет хорошо задокументированную роль в нейрональная пластичность и Долгосрочная память образование в головном мозге, и было показано, что он является неотъемлемой частью образования пространственная память.[5] Подавление CREB связано с патологией Болезнь Альцгеймера и повышение экспрессии CREB рассматривается как возможная терапевтическая мишень для болезни Альцгеймера.[6] CREB также играет роль в фотообучение у млекопитающих.

Подтипы

Следующие гены кодируют CREB или CREB-подобные белки:

Структура

Общая структура белка CREB.

Белки CREB активируются фосфорилированием различных киназ, в том числе PKA, и Ca2+/ кальмодулин-зависимые протеинкиназы от остатка серина 133.[7] При активации белок CREB привлекает другие коактиваторы транскрипции для связывания с 5 ’вышележащей областью промотора CRE. Гидрофобные аминокислоты лейцина расположены вдоль внутреннего края альфа-спирали. Эти остатки лейцина прочно связываются с остатками лейцина другого белка CREB, образуя димер. Эта цепочка остатков лейцина образует мотив лейциновой молнии. Белок также имеет ион магния, который облегчает связывание с ДНК.

элемент ответа cAMP

В элемент ответа cAMP (CRE) - это элемент ответа для CREB, который содержит высококонсервативную нуклеотидную последовательность 5'-TGACGTCA-3 ’. Сайты CRE обычно находятся выше генов в пределах промоутер или же усилитель регионы.[8] В геноме человека насчитывается около 750 000 палиндромных и полусайтовых CRE. Однако большинство этих сайтов остаются несвязанными из-за цитозина. метилирование, который физически препятствует связыванию белков.[9]

Механизм действия

Типичная (хотя и несколько упрощенная) последовательность событий выглядит следующим образом: сигнал, поступающий на поверхность клетки, активирует соответствующий рецептор, что приводит к выработке второй посланник такие как цАМФ или Ca2+, что, в свою очередь, активирует протеинкиназа. Эта протеинкиназа перемещается в ядро клетки, где он активирует белок CREB. Активированный белок CREB затем связывается с областью CRE, а затем связывается с CBP (CREB-связывающий белок), который коактивирует его, позволяя включать или выключать определенные гены. Связывание ДНК CREB опосредуется его основным доменом лейциновой молнии (bZIP домен ), как показано на изображении.

Функция в мозге

CREB выполняет множество функций во многих различных органах, и некоторые из его функций были изучены применительно к мозгу.[10] CREB белки в нейроны считается, что они участвуют в формировании долговременных воспоминаний;[11] это было показано на примере морской улитки Аплизия плодовая муха Drosophila melanogaster, в крысы и у мышей (см. CREB в молекулярном и клеточном познании ).[1] CREB необходим на поздней стадии долгосрочное потенцирование. CREB также играет важную роль в развитии наркотическая зависимость и тем более в психологическая зависимость.[12][13][14] Различают активаторную и репрессорную формы CREB. Мухи, генетически модифицированные для сверхэкспрессии неактивной формы CREB, теряют способность сохранять долговременную память. CREB также важен для выживания нейронов, как показано на генно-инженерных мышах, у которых CREB и CREM были удалены в головном мозге. Если CREB теряется во всем развивающемся эмбрионе мыши, мыши умирают сразу после рождения, что еще раз подчеркивает критическую роль CREB в обеспечении выживания нейронов.

Связь с заболеванием

Нарушение функции CREB в головном мозге может способствовать развитию и прогрессированию болезнь Хантингтона.

Нарушения белка, который взаимодействует с доменом KID CREB, CREB-связывающий белок, (CBP) связан с Синдром Рубинштейна-Тайби.

Есть некоторые свидетельства того, что недостаточное функционирование CREB связано с сильное депрессивное расстройство.[15] Депрессивные крысы со сверхэкспрессией CREB в зубчатые извилины вели себя так же, как крысы, получавшие антидепрессанты.[16] Посмертные исследования также показали, что кора пациентов с нелеченым большим депрессивным расстройством содержит более низкие концентрации CREB по сравнению как со здоровыми людьми из контрольной группы, так и с пациентами, получавшими антидепрессанты.[16] Функция CREB может модулироваться сигнальным путем, возникающим в результате связывания серотонин и норадреналин к постсинаптическим рецепторам, связанным с G-белком. Дисфункция этих нейротрансмиттеров также связана с большим депрессивным расстройством.[15]

Считается также, что CREB участвует в развитии некоторых видов рака.

Участие в циркадных ритмах

Увлечение циркадных часов млекопитающих устанавливается с помощью световой индукции PER. Свет возбуждает меланопсин-содержащий светочувствительные ганглиозные клетки сетчатки которые сигнализируют супрахиазматическое ядро (SCN) через ретиногипоталамический тракт (RHT). Возбуждение RHT сигнализирует о высвобождении глутамата, который принимается Рецепторы NMDA на SCN, что приводит к притоку кальция в SCN. Кальций вызывает активность Са2+/кальмодулин-зависимые протеинкиназы, что приводит к активации PKA, PKC, и CK2.[17] Эти киназы затем фосфорилируют CREB циркадным образом, что дополнительно регулирует экспрессию нижележащих генов.[18] Фосфорилированный CREB распознает элемент ответа цАМФ и служит фактором транскрипции для Per1 и Per2, два гена, которые регулируют циркадные часы млекопитающих. Эта индукция белка PER может вовлекать циркадные часы в циклы свет / темнота, подавляя собственную транскрипцию через петлю обратной связи транскрипции-трансляции, которая может опережать или задерживать циркадные часы. Однако реакция индукции белков PER1 и PER2 значима только в течение субъективной ночи.[4]

Открытие участия CREB в циркадных ритмах

Майкл Гринберг впервые продемонстрировали роль CREB в циркадных часах млекопитающих в 1993 году с помощью серии экспериментов, которые коррелировали фазовые световые импульсы с фосфорилированием CREB. In vitro свет в течение субъективной ночи увеличивал фосфорилирование CREB, а не уровни белка CREB. In vivo, световые импульсы, вызывающие фазовый сдвиг в течение субъективной ночи, коррелировали с фосфорилированием CREB в SCN.[19] Эксперименты Гюнтера Шутца в 2002 году продемонстрировали, что мутантные мыши, лишенные сайта фосфорилирования Ser142, не могут индуцировать регуляторный ген часов mPer1 в ответ на световой импульс. Более того, у этих мутантных мышей были трудности с переходом на светлый-темный цикл.[20]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Бурчуладзе; и другие. (1994). «Недостаточная долговременная память у мышей с целевой мутацией цАМФ-зависимого белка, связывающего элемент». Клетка. 79 (1): 59–68. Дои:10.1016/0092-8674(94)90400-6. PMID  7923378. S2CID  17250247.
  2. ^ а б Первес, Дейл; Джордж Дж. Августин; Дэвид Фицпатрик; Уильям К. Холл; Энтони-Самуэль Ламантия; Джеймс О. Макнамара и Леонард Э. Уайт (2008). Неврология (4-е изд.). Sinauer Associates. С. 170–6. ISBN  978-0-87893-697-7.
  3. ^ Montminy, MR; Билезикджян, LM (1987). «Связывание ядерного белка с элементом ответа на циклический AMP гена соматостатина». Природа. 328 (6126): 175–178. Bibcode:1987Натура.328..175М. Дои:10.1038 / 328175a0. PMID  2885756. S2CID  4345292.
  4. ^ а б Дибнер, Чарна; Шиблер, Ули; Альбрехт, Урс (2010). «Циркадная система хронометража млекопитающих: организация и координация центральных и периферийных часов» (PDF). Ежегодный обзор физиологии. 72 (1): 517–549. Дои:10.1146 / annurev-physicol-021909-135821. PMID  20148687.
  5. ^ Сильва; и другие. (1998). «КРЕБ и Память» (PDF). Ежегодный обзор нейробиологии. 21: 127–148. Дои:10.1146 / annurev.neuro.21.1.127. PMID  9530494. Архивировано из оригинал (PDF) 28 августа 2008 г.. Получено 22 января 2010.
  6. ^ Подавление экспрессии CREB в мозге Альцгеймера и в нейронах гиппокампа крыс, обработанных антителами
  7. ^ Шайвиц, Адам Дж .; Гринберг, Майкл Э. (1999). «CREB: индуцированный стимулом фактор транскрипции, активируемый разнообразным массивом внеклеточных сигналов». Ежегодный обзор биохимии. 68 (1): 821–861. Дои:10.1146 / annurev.biochem.68.1.821. PMID  10872467.
  8. ^ Карлезон, Вашингтон; Думан, РС; Нестлер, EJ (август 2005 г.). «Многоликая CREB». Тенденции в неврологии. 28 (8): 436–445. Дои:10.1016 / j.tins.2005.06.005. PMID  15982754. S2CID  6480593.
  9. ^ Altarejos, Judith Y .; Монмини, Марк (март 2011). «Коактиваторы CREB и CRTC: датчики гормональных и метаболических сигналов». Обзоры природы Молекулярная клеточная биология. 12 (3): 141–151. Дои:10.1038 / nrm3072. ISSN  1471-0072. ЧВК  4324555. PMID  21346730.
  10. ^ Карлезон В.А., Думан Р.С., Нестлер Э.Дж. (август 2005 г.). «Многоликая CREB». Тенденции в неврологии. 28 (8): 436–45. Дои:10.1016 / j.tins.2005.06.005. PMID  15982754. S2CID  6480593.
  11. ^ Кандел, Эрик Р. (14 мая 2012 г.). «Молекулярная биология памяти: цАМФ, PKA, CRE, CREB-1, CREB-2 и CPEB». Молекулярный мозг. 5: 14. Дои:10.1186/1756-6606-5-14. ISSN  1756-6606. ЧВК  3514210. PMID  22583753.
  12. ^ Назарян А., Сун В.Л., Чжоу Л., Кемен Л.М., Дженаб С., Хинонес-Дженаб В. (апрель 2009 г.). «Половые различия в базальных и кокаин-индуцированных изменениях белков PKA и CREB в прилежащем ядре». Психофармакология. 203 (3): 641–50. Дои:10.1007 / s00213-008-1411-5. PMID  19052730. S2CID  24064950.
  13. ^ Ван И, Геззи А., Инь Дж. К., Аткинсон Н. С. (июнь 2009 г.). «CREB-регуляция экспрессии гена BK-канала лежит в основе быстрой устойчивости к лекарствам». Гены, мозг и поведение. 8 (4): 369–76. Дои:10.1111 / j.1601-183X.2009.00479.x. ЧВК  2796570. PMID  19243452.
  14. ^ ДиРокко Д.П., Шайнер З.С., Синдреу CB, Чан Г.С., Сторм DR (февраль 2009 г.). «Роль аденилатциклаз, стимулируемых кальмодулином, в сенсибилизации кокаина». Журнал неврологии. 29 (8): 2393–403. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.4356-08.2009. ЧВК  2678191. PMID  19244515.
  15. ^ а б Belmaker, R.H .; Агам, Галила (2008). "Сильное депрессивное расстройство". Медицинский журнал Новой Англии. 358 (1): 55–68. Дои:10.1056 / nejmra073096. PMID  18172175.
  16. ^ а б Бленди, Дж. А. (2006). «Роль CREB в лечении депрессии и антидепрессантами». Биологическая психиатрия. 59 (12): 1144–50. Дои:10.1016 / j.biopsych.2005.11.003. PMID  16457782. S2CID  20918484.
  17. ^ Айер, Раджашекар; Ван, Тунфэй; Жилетт, Марта (19 сентября 2014 г.). «Циркадный стробирование нейронных функций: основа итеративной метапластичности». Границы системной нейробиологии. 8: 164. Дои:10.3389 / fnsys.2014.00164. ЧВК  4168688. PMID  25285070.
  18. ^ Обриетан, Карл; Импи, Сорен; Смит, Дэйв; Афон, Хайме; Сторм, Деррик Р. (11 апреля 2002 г.). «Циркадная регуляция экспрессии генов, опосредованной элементом ответа цАМФ, в супрахиазматических ядрах». Нейрон. 274 (25): 17748–17756. Дои:10.1074 / jbc.274.25.17748. PMID  10364217.
  19. ^ Ginty, D. D .; Корнхаузер, Дж. М .; Томпсон, М. А .; Bading, H .; Mayo, K. E .; Takahashi, J. S .; Гринберг, М. Э. (9 апреля 1993 г.). «Регулирование фосфорилирования CREB в супрахиазматическом ядре светом и циркадными часами». Наука. 260 (5105): 238–241. Bibcode:1993Наука ... 260..238Г. Дои:10.1126 / science.8097062. ISSN  0036-8075. PMID  8097062.
  20. ^ Гау, Даниэль; Лембергер, Томас; фон Галл, Шарлотта; Кретц, Оливер; Ле Мин, Нгует; Гасс, Питер; Шмид, Вольфганг; Шиблер, Ули; Корф, Хорст В. (11 апреля 2002 г.). «Фосфорилирование CREB Ser142 регулирует индуцированные светом фазовые сдвиги циркадных часов». Нейрон. 34 (2): 245–253. Дои:10.1016 / S0896-6273 (02) 00656-6. PMID  11970866. S2CID  14507897.
Библиография
  1. Лорен Слейтер (2005). Открытие ящика Скиннера: великие психологические эксперименты двадцатого века. Нью-Йорк: W. W. Norton & Company. ISBN  978-0-393-32655-0.
  2. Барко А., Бейли С., Кандел Е. (2006). «Общие молекулярные механизмы в явной и неявной памяти». J. Neurochem. 97 (6): 1520–33. Дои:10.1111 / j.1471-4159.2006.03870.x. PMID  16805766.
  3. Конкрайт М., Монтмини М. (2005). "CREB: неустановленный сообщник рака". Тенденции Cell Biol. 15 (9): 457–9. Дои:10.1016 / j.tcb.2005.07.007. PMID  16084096.
  4. Mantamadiotis T, Lemberger T, Bleckmann S, Kern H, Kretz O, Martin Villalba A, Tronche F, Kellendonk C, Gau D, Kapfhammer J, Otto C, Schmid W., Schütz G (2002). «Нарушение функции CREB в головном мозге приводит к нейродегенерации». Nat. Genet. 31 (1): 47–54. Дои:10,1038 / ng882. PMID  11967539. S2CID  22014116.
  5. Майр Б., Монтмини М. (2001). «Регуляция транскрипции зависимым от фосфорилирования фактором CREB». Nat. Преподобный Мол. Cell Biol. 2 (8): 599–609. Дои:10.1038/35085068. PMID  11483993. S2CID  1056720.
  6. Инь Дж, Дель Веккио М, Чжоу Х, Талли Т. (1995). «CREB как модулятор памяти: индуцированная экспрессия изоформы активатора dCREB2 усиливает долговременную память у дрозофилы». Клетка. 81 (1): 107–15. Дои:10.1016/0092-8674(95)90375-5. PMID  7720066. S2CID  15863948.
  7. Инь Дж., Уоллах Дж., Дель Веккио М., Уайлдер Э., Чжоу Х., Куинн В., Талли Т. (1994). «Индукция доминантно-отрицательного трансгена CREB специфически блокирует долговременную память у дрозофилы». Клетка. 79 (1): 49–58. Дои:10.1016/0092-8674(94)90399-9. PMID  7923376. S2CID  33623585.

внешняя ссылка