BioScience Blog – Научный Биологический блог

Решетов Д.А., Мельников С.В.

Одна из наиболее важных систем, опосредующих защиту эукариотических клеток от токсических и канцерогенных воздействий окружающей среды, основана на работе транскрипционного фактора Nrf2. Различные нарушения работы этой системы приводят к таким тяжелым патологиям, как болезни Альцгеймера, Паркинсона, ишемия, фиброз легких, эмфизема, астма, аутоиммунный нефрит [1]. Защитная система работает таким образом, что в ответ на увеличение окислительного потенциала клетки происходит накопление Nrf2 в ядре, где он, специфически связываясь с регуляторными участками хроматина, стимулирует транскрипцию генов, кодирующих защитные белки. В отсутствии окислительного стресса (в нормальных физиологических условиях) Nrf2 отправляется на деградацию, опосредованную взаимодействующим с ним белком-репрессором Keap1 в комплексе с Cul3. В предшествующих работах было показано, что invitroKeap1 функционален только в виде димера, что соответственно привело к дискуссии о том, является ли процесс димеризации регулируемым переключателем активности Keap1, а также к постановке вопроса о структурной организации комплекса Nrf2-Keap1-Cul3.

В данной работе была создана система, позволяющая наблюдать за димеризацией Keap1 invivo. Для этого клетки линий HeLa и HEK 293T были трансфицированы плазмидами, кодирующими две формы белка Keap1: дикую форму, локализованную в цитоплазме, и мутантную по сигналу экспорта из ядра, преимущественно локализованную в ядре. Методом конфокальной лазерной микроскопии было показано, что при совместном присутствии в клетке двух форм белка, весь Keap1, по причине димеризации белков дикого и мутантного типов, имеет цитоплазматичекую локализацию. Было показано, что в условиях окислительного стресса в клетках, трансфицированных аналогичным способом, происходила значительная реактивация Nrf2, тогда как Keap1 оставлся цитоплазматическим, что отражало тот факт, что в условиях окислительного стресса нарушения гомодимеризации Keap1 не происходит. Таким образом, было показано, что Nrf2 может избегать репрессии белком Keap1 и без нарушения его димеризации, а сама димеризация Keap1, по-видимому, не является регуляторным элементов в функционировании защитной системы. На основе анализа 3D-структур комплексов гомологичных белков было проведено моделирование комплекса белков Nrf2, Keap1 и Cul3. Было показано, что комплекс должен иметь стехиометрию (Nrf2-Keap1-Cul3)2. Данная модель наглядно иллюстрирует критическую необходимость гомо димеризации Keap1 для сохранения способности отправлять Nrf2 на деградацию и не противоречит экспериментальным данным, описывающим поведение данных белков. Модель (Nrf2-Keap1-Cul3)2 может в дальнейшем использоваться для получения 3D-моделей более высокого разрешения и дизайна стимуляторов, активизирующих защиту клетки от окислительного стресса.

Литература

1.  Donna D. Zhang, Mechanistic studies of the Nrf2-Keap1 signaling pathway. Drug Metab Rev. 2006;38(4):769-89.