mini|3D struktura proteina LIS1 LIS1 (eng. lissencephaly 1 protein) bjelančevina je koja ima raznovrsne funkcije u ljudskom organizmu, među kojima se ističu citoplazmatska regulacija mikrotubularnog sustava putem interakcija s dineinom te kontrola procesa neuralne migracije i stanične diobe. Može se pronaći i pod nazivom PAFAH1B1 (eng. platelet activating factor acetylhydrolase 1B), s obzirom na to da sudjeluje i u izgradnji istoimenog kompleksa uključenog u proces usmjeravanja neuralnih stanica prilikom moždanog razvoja.
Struktura LIS1 protein relativno je male veličine, sastavljen od 410 aminokiselina i molekulske mase približno 46,64 kDa. Sastavni dio genetske podloge čine ponavljajuće WD40 jedinice, od kojih svaka kodira četiri beta-ploče. Osnovna struktura proteina LIS1 podrazumijeva cirkularni kompleks sastavljen od brojnih beta nabranih ploča, poznat pod nazivom beta 1, dok se na N-terminalnom dijelu proteina nalaze dvije alfa-uzvojnice (alfa 1 i alfa 2) koje strše izvan cirkularnog kompleksa. Beta 1 domena strukturni je dio proteina LIS1, dok su alfa 1 i alfa 2 katalitičke domene koje sudjeluju u interakcijama s brojnim drugim proteinima (npr. s dineinom), ali i s istovrsnim proteinima LIS1 (primjer formiranja homodimera). LIS1 ima značajnu tendenciju stvaranja homomera, najčešće dimera i u manjoj mjeri trimera. Stvaranje homomera LIS1 elektrostatske je prirode: značajna je interakcija alfa 1 podjedinica LIS1 proteina („alfa 1-alfa 1” interakcije) koje ostvaruju vezu između proteina, dok interakcije alfa 2 podjedinica („alfa 2-alfa 2” interakcije) dodatno stabiliziraju homomer. Za utvrđivanje prethodno opisane strukture, najboljom metodom pokazala se rendgenska kristalografija (eng. X-ray crystallography), koja je pružila uvid u podjedinične komponente proteina s visokom rezolucijom. U novije vrijeme, koristi se i kriogena inačica elektronske mikroskopije, a sve se više razvijaju i računalne metode strukturnih predviđanja, među kojima se ističe program AlphaFold (baziran na umjetnoj inteligenciji).
Lokalizacija LIS1 citoplazmatski je protein smješten u području oko centrosoma i mikrotubulnog organizacijskog centra. Njegova prisutnost omogućuje izravnu interakciju s mikrotubulima i drugim komponentama citoskeleta, čime pridonosi pravilnom pozicioniranju staničnih organela i regulaciji unutarstaničnog transporta. Nalazi se i u blizini membrane jezgre, gdje ima ulogu u regulaciji mitoze (segregacije kromosoma) i migracije stanica.
Funkcija LIS1 ima ključnu ulogu u razvoju mozga, osobito u regulaciji migracije neurona tijekom embriogeneze. Iako je prvotno identificiran kao podjedinica enzima PAFAH (eng. platelet-activating factor acetylhydrolase), njegova najvažnija biološka funkcija povezana je s regulacijom aktivnosti citoplazmatskog proteina dineina, molekularnog motora koji prenosi stanične komponente duž mikrotubula.
Funkcija LIS1 ključna je za pravilnu lokalizaciju stanične jezgre i organela, orijentaciju mitotskog vretena te omogućuje migraciju neurona iz mjesta nastanka prema korteksu. LIS1 regulira dinein tako da stabilizira njegovu vezu s mikrotubulima i povećava učinkovitost transporta tereta unutar stanice. U neuronskim progenitorskim stanicama, LIS1 omogućuje pravilno pozicioniranje i migraciju, čime doprinosi stvaranju slojeva moždane kore.
Interakcija s dineinom LIS1 izravno utječe na funkciju dineina stabilizirajući njegovu vezu s mikrotubulima. Ostvarujući svoju primarnu ulogu, LIS1 se veže na dinein u trenucima kada dinein prelazi iz autoinhibiranog (tzv. „phi“) oblika u otvorenu, aktivnu konformaciju. Tako LIS1 stabilizira dinein u aktivnom stanju, sprječavajući njegovo vraćanje u inhibirano stanje i omogućuje kretanje tereta. Pritom se LIS1 kratko zadržava na dineinu, sve dok ne dođe do vezanja kompleksa dinein-dinaktin-teret adapter, nakon čega LIS1 disocira.
Interakcije s drugim proteinima Interakcija LIS1 s dineinom nije izolirana, već uključuje i proteine NDEL1 i NDE1, koji djeluju kao most između LIS1 i dineina. Ovi se proteini vežu za dineinsku podjedinicu DIC (eng. dynein intermediate chain) i pozicioniraju LIS1 u blizini njegove motorne domene. Fosforilacija NDEL1 i NDE1 pomoću Cdk5 kinaze, koja se aktivira signalizacijom puta Reelin, dodatno regulira njihovu sposobnost vezanja. Fosforilirani NDEL1 ima smanjeni afinitet za LIS1, što omogućuje kontrolu vezanja i odvezivanja LIS1 s dineina i preciznu kontrolu migracije neurona. Reelin signalizacija ključna je za pravilnu migraciju neurona u korteksu. Reelin aktivira kaskadu preko proteina DAB1, što dovodi do aktivacije Cdk5. Ova signalizacija kontrolira fosforilaciju NDEL1, a time i dinamiku interakcije LIS1–dinein. Reelin na taj način ne samo da određuje pravac migracije neurona, već i regulira trenutak i mjesto vezanja LIS1 za dinein, čime koordinira cjelokupnu staničnu migraciju.
Metode ispitivanja funkcije Funkcija proteina LIS1 može se utvrđivati kombinacijom strukturnih, biofizikalnih i genetičkih pristupa. Strukturne metode, među kojima se ističe krio-elektronska mikroskopija (eng. cryo-EM), omogućuju definiranje interakcijske dinamike s drugim proteinima (npr. dinein i NDE1). Biofizikalne metode omogućile su razumijevanje regulacijskih mehanizama u koje je protein LIS1 uključen (npr. kontrola dineina uslijed orijentacije diobenog vretena tijekom mitoze). Manipulacijama gena LIS1 na životinjskim je modelima potvrđena neophodnost istoimenog eksprimiranog proteina za optimalan razvoj jedinke i njeno preživljenje.
Patologija
Lizencefalija Lizencefalija je naziv za skup neuroloških poremećaja čija je glavna klinička manifestacija potpuni ili djelomični nedostatak vijuga moždanog korteksa. Patološke karakteristike stoga podrazumijevaju pojavu glatke površine mozga, ali i abnormalnosti u debljini i broju slojeva moždane kore. Postoji više oblika lizencefalije, a najzastupljeniji je klasični tip (tip 1), uz čiju je patogenezu identificiran velik broj gena. Preko 60% pacijenata s ovim oblikom bolesti ima mutacije upravo u genu LIS1, koji kodira istoimeni protein. Delecije ovoga gena uzrokuju nedostatak proteina LIS1, čime se poremeti mikrotubularna dinamika tijekom neuralne migracije u embrionalnom razvoju. U normalnim uvjetima, protein LIS1 postiže ispravno vezanje i interakciju s motornim proteinom dineinom te se ostvari pravilno kretanje neurona iz ventrikularnog područja prema pijalnoj površini. U slučaju lizencefalije, migracija je nepotpuna, dolazi do pogrešnog uslojavanja i deorganizacije korteksa. Posljedično, pacijenti imaju smanjene kognitivne funkcije, epileptične napade i razvojne zastoje te je životni vijek smanjen (smrt često nastupa već u ranom djetinjstvu).
Ostale bolesti Istraživanja su pokazala i mogućnost uključenosti proteina LIS1 u regulaciju normalnog, ali i malignog hematopoetskog razvoja. U miševima je gubitak ovog gena uzrokovao razvoj embrija s deficitom krvnih stanica i nemogućnošću kontrole ekspanzije hematopoetskih matičnih stanica. Nadalje, delecija gena LIS1 spriječila je napredovanje mijeloidne leukemije u mišjim modelima i dovela do poboljšanja u preživljenju.
U mišjim je modelima identificirana i povezanost gubitka gena LIS1 u hepatocitima s poticajem aktivacije upale i nakupljanja lipida. Osim poremećaja lipidnog metabolizma, zabilježeno je i ubrzanje tumorigeneze jetre.
Izvori
Kategorija:Bjelančevine