Fosfatidsyra - Phosphatidic acid

Fosfatidsyror är anjoniska fosfolipider som är viktiga för cellsignalering och direkt aktivering av lipidgaterade jonkanaler . Hydrolys av fosfatidsyra ger upphov till en molekyl vardera av glycerol och fosforsyra och två molekyler av fettsyror. De utgör cirka 0,25% av fosfolipiderna i tvåskiktet.

Strukturera

Fosfatidsyrors allmänna kemiska struktur

Fosfatidsyra består av en glycerolskelett , med i allmänhet en mättad fettsyra bunden till kol -1, en omättad fettsyra bunden till kol -2 och en fosfatgrupp bunden till kol -3.

Bildande och nedbrytning

Förutom de novo -syntes kan PA bildas på tre sätt:

Fosfatidsyrasyntes en.svg

PA bryts ned genom omvandling till DAG med lipidfosfatfosfohydrolaser (LPP) eller till lyso-PA med fosfolipas A (PLA).

Roller i cellen

PA: s roll i cellen kan delas in i tre kategorier:

  • PA är föregångaren för biosyntesen av många andra lipider.
  • De fysikaliska egenskaperna hos PA påverkar membrankrökning.
  • PA fungerar som en signallipid och rekryterar cytosoliska proteiner till lämpliga membran (t.ex. sfingosinkinas 1 ).
  • PA spelar en mycket viktig roll vid fototransduktion i Drosophila
  • PA är en lipidligand som grindar jonkanaler. Se även lipidgaterade jonkanaler .

De tre första rollerna utesluter inte varandra. Till exempel kan PA vara involverat i vesikelbildning genom att främja membrankrökning och genom att rekrytera proteinerna för att utföra den mycket mer energiskt ogynnsamma uppgiften att bilda nacke och nypa.

Roller i biosyntes

PA är en vital celllipid som fungerar som en biosyntetisk föregångare för bildandet (direkt eller indirekt) av alla acylglycerollipider i cellen.

I däggdjurs- och jästceller är två olika vägar kända för de novo-syntesen av PA, glycerol-3-fosfatvägen eller dihydroxiacetonfosfatvägen. Hos bakterier finns bara den tidigare vägen, och mutationer som blockerar denna väg är dödliga, vilket visar vikten av PA. I däggdjurs- och jästceller, där enzymerna i dessa vägar är överflödiga, är mutation av något enzym inte dödlig. Det är emellertid värt att notera att in vitro uppvisar de olika acyltransferaserna olika substratspecificiteter med avseende på acyl-CoA som införlivas i PA. Olika acyltransferaser har också olika intracellulära fördelningar, såsom endoplasmatisk retikulum (ER), mitokondrier eller peroxisomer och lokala koncentrationer av aktiverade fettsyror. Detta tyder på att de olika acyltransferaserna som finns i däggdjurs- och jästceller kan vara ansvariga för att producera olika pooler av PA.

Omvandlingen av PA till diacylglycerol (DAG) med LPP är engagemangssteget för produktion av fosfatidylkolin (PC), fosfatidyletanolamin (PE) och fosfatidylserin (PS). Dessutom omvandlas DAG också till CDP-DAG, som är en föregångare för fosfatidylglycerol (PG), fosfatidylinositol (PI) och fosfoinositider (PIP, PIP 2 , PIP 3 ).

PA -koncentrationer upprätthålls vid extremt låga nivåer i cellen genom aktiviteten hos kraftfulla LPP. Dessa omvandlar PA till DAG mycket snabbt och eftersom DAG är föregångaren till så många andra lipider metaboliseras det också snart till andra membranlipider. Detta innebär att varje uppreglering i PA -produktion kan matchas över tiden med en motsvarande uppreglering i LPP och i DAG -metaboliserande enzymer.

PA är därför väsentligt för lipidsyntes och cellöverlevnad, men bibehålls under normala förhållanden vid mycket låga nivåer i cellen.

Biofysiska egenskaper

PA är en unik fosfolipid genom att den har en liten högladdad huvudgrupp som ligger mycket nära glycerolstommen. PA är känt för att spela roller i både vesikelsplittring och fusion, och dessa roller kan relatera till de biofysiska egenskaperna hos PA.

På platser för membranknoppning eller sammansmältning blir eller är membranet mycket krökt. En viktig händelse vid blåsbildning, såsom transportbärare från Golgi , är skapandet och efterföljande förträngning av membranhalsen. Studier har antytt att denna process kan vara lipiddriven och har postulerat en central roll för DAG på grund av dess, likaså, unika molekylform. Närvaron av två acylkedjor men ingen huvudgrupp resulterar i en stor negativ krökning i membran.

LPAAT BARS-50 har också varit inblandad i spirande från Golgi. Detta tyder på att omvandlingen av lysoPA till PA kan påverka membrankrökning. LPAAT-aktivitet fördubblar antalet acylkedjor, vilket kraftigt ökar lipidens tvärsnittsarea som ligger "inuti" membranet medan ythuvudgruppen förblir oförändrad. Detta kan resultera i en mer negativ membrankrökning. Forskare från Utrecht University har tittat på effekten av lysoPA kontra PA på membrankrökning genom att mäta effekten dessa har på övergångstemperaturen för PE från lipidbislag till icke-lamellära faser med 31 P-NMR. Krökningen inducerad av dessa lipider visade sig vara beroende inte bara av strukturen för lysoPA mot PA utan också av dynamiska egenskaper, såsom hydrering av huvudgrupper och inter- och intramolekylära interaktioner. Till exempel kan Ca 2+ interagera med två PA: er för att bilda ett neutralt men starkt krökt komplex. Neutraliseringen av huvudgruppernas annars frånstötande laddningar och frånvaron av steriskt hinder möjliggör starka intermolekylära interaktioner mellan acylkedjorna, vilket resulterar i PA-rika mikrodomäner. Således in vitro har fysiologiska förändringar i pH, temperatur och katjonkoncentrationer starka effekter på membrankrökning inducerad av PA och lysoPA. Interkonversionen av lysoPA, PA och DAG - och förändringar i pH och katjonkoncentration - kan orsaka membranböjning och destabilisering, spela en direkt roll i membransplittring helt enkelt på grund av deras biofysiska egenskaper. Även om PA och lysoPA har visat sig påverka membrankrökning in vitro ; deras roll in vivo är oklar.

Rollerna för lysoPA, PA och DAG för att främja membrankrökning utesluter inte en roll vid rekrytering av proteiner till membranet. Till exempel påverkas inte Ca2 + -kravet för sammansmältning av komplexa liposomer i hög grad av tillsatsen av annexin I, även om det reduceras med PLD. Men med annexin I och PLD ökar fusionsgraden kraftigt och Ca 2+ -kravet reduceras nästan 1000 gånger till nära fysiologiska nivåer.

Således kan PA: s metaboliska, biofysiska, rekryterings- och signaleringsroller hänga ihop.

Roll i signalering

PA hålls lågt i huvuddelen av membranet för att övergående sprängas och signalera lokalt i hög koncentration. Till exempel aktiveras TREK-1-kanaler av lokal förening med PLD och produktion av PA. Dissociationskonstanten för PA för TREK-1 är ungefär 10 mikromolar. Den relativt svaga bindningen i kombination med en låg koncentration av PA i membranet gör att kanalen kan stängas av. Den lokala höga koncentrationen för aktivering föreslår åtminstone vissa begränsningar i lokal lipiddiffusion. Den huvudsakliga låga koncentrationen av PA i kombination med höga lokala skurar är motsatsen till PIP2 -signalering. PIP2 hålls relativt högt i membranet och hydrolyseras sedan övergående nära ett protein för att övergående minska PIP2 -signalering. PA -signalering speglar PIP2 -signalering genom att bulkkoncentrationen av signallipid inte behöver förändras för att utöva en potent lokal effekt på ett målprotein.

Såsom beskrivits ovan hydrolyserar PLD PC för att bilda PA och kolin . Eftersom kolin är mycket rikligt i cellen påverkar PLD -aktivitet inte signifikant kolinnivåer; och kolin spelar osannolikt någon roll vid signalering.

PLD -aktiveringens roll i många signaleringssammanhang, i kombination med avsaknaden av en roll för kolin, tyder på att PA är viktigt vid signalering. PA omvandlas dock snabbt till DAG, och DAG är också känt för att vara en signalmolekyl. Detta väcker frågan om PA har någon direkt roll i signalering eller om det bara fungerar som en föregångare för DAG -produktion. Om det visar sig att PA endast fungerar som en DAG -föregångare kan man ställa frågan om varför celler ska producera DAG med två enzymer när de innehåller PLC som kan producera DAG i ett enda steg.

PA producerat av PLD eller av DAGK kan särskiljas genom tillsats av [γ- 32 P] ATP. Detta visar om fosfatgruppen är nyligen härledd från kinasaktiviteten eller om den härrör från datorn.

Även om PA och DAG är interkonvertibla, agerar de inte i samma banor. Stimuli som aktiverar PLD aktiverar inte enzymer nedströms DAG, och vice versa. Till exempel, visades det att tillsats av PLD till membran resulterar i produktionen av [ 32 P] -märkt PA och [ 32 P] -märkta fosfoinositider. Tillsatsen av DAGK inhibitorer eliminerar produktionen av [ 32 P] -märkt PA men inte den PLD-stimulerad produktion av fosfoinositider.

Det är möjligt att även om PA och DAG är interkonverterbara kan separata pooler av signalering och icke-signalerande lipider bibehållas. Studier har antytt att DAG-signalering medieras av fleromättad DAG, medan PLD-härledd PA är enkelomättad eller mättad. Således kan funktionell mättad/enkelomättad PA nedbrytas genom att hydrolysera den för att bilda icke-funktionell mättad/enkelomättad DAG, medan funktionell fleromättad DAG kan brytas ned genom att omvandla den till icke-funktionell fleromättad PA.

Denna modell föreslår att PA- och DAG -effektorer ska kunna skilja lipider med samma huvudgrupper men med olika acylkedjor. Även om vissa lipidbindande proteiner kan sätta in sig i membran och hypotetiskt kan känna igen typen av acylkedja eller membranets resulterande egenskaper, är många lipidbindande proteiner cytosoliska och lokaliseras till membranet genom att endast binda lipids huvudgrupper. Kanske kan de olika acylkedjorna påverka huvudgruppens vinkel i membranet. Om så är fallet föreslår det att en PA-bindande domän inte bara måste kunna binda PA specifikt utan också måste kunna identifiera de huvudgrupper som har rätt vinkel. Oavsett mekanismen är sådan specificitet möjlig. Det ses i gris testiklarna DAGK som är specifika för fleromättade DAG och i två råtta hepatocyt LPP som defosforylerar olika PA -arter med olika aktiviteter. Dessutom visade sig stimulering av SK1-aktivitet av PS in vitro variera kraftigt beroende på om dioleoyl (C18: 1), distearoyl (C18: 0) eller 1-stearoyl, 2-oleoyl-arter av PS användes. Således verkar det som om PA och DAG är interkonverterbara, men de olika lipidarterna kan ha olika biologiska aktiviteter; och detta kan göra det möjligt för de två lipiderna att upprätthålla separata signalvägar.

Mätning av PA -produktion

Eftersom PA snabbt omvandlas till DAG, är det mycket kortlivat i cellen. Detta innebär att det är svårt att mäta PA -produktion och därför studera PA: s roll i cellen. PLD -aktivitet kan dock mätas genom tillsats av primära alkoholer till cellen. PLD utför sedan en transfosfatidyleringsreaktion istället för hydrolys, vilket ger fosfatidylalkoholer istället för PA. Fosfatidylalkoholerna är metaboliska återvändsgränder och kan lätt extraheras och mätas. Således kan PLD -aktivitet och PA -produktion (om inte själva PA) mätas, och genom att blockera bildandet av PA kan PA: s inblandning i cellulära processer utläsas.

Proteininteraktorer

Referenser

externa länkar