DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-45954-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38383560
تاريخ النشر: 2024-02-21
المؤلف: Volker Gerke وآخرون
الموضوع الرئيسي: بروتينات S100 والأنكسينات
نظرة عامة
تعتبر الأنكسينات عائلة من البروتينات السيتوسولية التي تتميز بهياكلها الثلاثية الأبعاد المحفوظة، مما يمكنها من الارتباط بالفوسفوليبيدات الحمضية في الأغشية الخلوية في وجود أيونات الكالسيوم المرتفعة (Ca²⁺). تعمل هذه البروتينات كوحدات ربط غشائية منظمة بواسطة Ca²⁺، وتلعب أدوارًا حاسمة في تنظيم الدهون الغشائية وتسهيل النقل الخلوي. كشفت الأبحاث الحديثة أن الأنكسينات تعمل أيضًا كأجهزة استشعار ومنظمات للإجهاد الخلوي والعضوي، مما يؤثر على الاستجابات الالتهابية في الثدييات، واستجابات الإجهاد البيئي في النباتات، وردود الفعل الخلوية على تلف الغشاء البلازمي.
بدأ اكتشاف الأنكسينات مع تحديد “السينيكسين”، وهو عامل قابل للذوبان يعزز الإخراج الخلوي للحبيبات المحتوية على الكاتيكولامين في خلايا الكرومافين من خلال الارتباط بـ Ca²⁺ وتسهيل تجمع الأغشية. أدى هذا الاكتشاف الأولي إلى التعرف على بروتينات إضافية “تشبه السينيكسين”، والتي تم تصنيفها الآن كأنكسينات، والتي تُعزى إليها عمليات الربط، والرسو، والاندماج الغشائي. في الوقت نفسه، تم التعرف على الأنكسين A1 كمانع للفوسفوليباز الذي يتوسط الإجراءات المضادة للالتهابات للجلوكوكورتيكويد. كشفت الدراسات اللاحقة عن درجة عالية من التشابه بين هذه البروتينات، مما يؤكد خصائصها الهيكلية المشتركة وأدوارها الوظيفية عبر أنسجة الفقاريات المختلفة وخلايا المناعة.
نقاش
يتناول قسم النقاش في ورقة البحث الخصائص الهيكلية والوظيفية للأنكسينات، مع التركيز بشكل خاص على أدوارها في التفاعلات الغشائية والعمليات الخلوية. يتكون قلب الأنكسين من مواقع ربط Ca²⁺ من النوع الثاني، والتي تسهل الارتباط بالفوسفوليبيدات المشحونة سلبًا، مما يؤثر على خصوصية ربط الدهون. يمكن أن تؤدي التغيرات في تسلسلات الأحماض الأمينية بين الأنكسينات المتشابهة إلى تغيير تقاربها لـ Ca²⁺ والارتباط بالغشاء. بالإضافة إلى ذلك، فإن المناطق الطرفية الأمينية للأنكسينات، على الرغم من عدم وجود تشابه، تعتبر حاسمة لوظائف بيولوجية محددة وتفاعلات، بما في ذلك الارتباط بالبروتينات التي تربط Ca²⁺ من نوع EF hand مثل عائلة S100. تعتبر هذه التفاعلات ضرورية لعمليات مثل ربط الغشاء والإخراج الخلوي، حيث تلعب الأنكسينات مثل AnxA2 أدوارًا مهمة في اندماج الحبيبات وإصلاح الغشاء.
يسلط القسم الضوء أيضًا على مشاركة الأنكسينات في تنظيم الغشاء، والنقل، وآليات الإصلاح، خاصة استجابةً للإجهاد الخلوي أو الإصابة. تُعزى الأنكسينات إلى كل من الإندوسيتوز والإخراج الخلوي، حيث يساهم أعضاء محددون مثل AnxA1 وA2 وA6 في عمليات إصلاح الغشاء في أنسجة مختلفة. من الجدير بالذكر أن AnxA2 وAnxA6 ضروريان لإصلاح غشاء خلايا العضلات، بينما يساعد AnxA1 في تجديد الألياف العضلية التالفة. يتأثر التوظيف التفاضلي للأنكسينات في مواقع الإصابة بحساسيتها لـ Ca²⁺، وتفاعلاتها التعاونية مع بروتينات أخرى، مثل S100A10، تعزز فعالية إصلاح الغشاء. يختتم القسم بالتأكيد على الحاجة إلى مزيد من البحث لتوضيح الأدوار المعقدة للأنكسينات في ديناميات الغشاء ووظائفها الخارجية المحتملة، بما في ذلك المشاركة في الاستجابات الالتهابية وعمليات التخثر.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-45954-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38383560
Publication Date: 2024-02-21
Author(s): Volker Gerke et al.
Primary Topic: S100 Proteins and Annexins
Overview
Annexins are a family of cytosolic proteins characterized by their conserved three-dimensional structures, which enable them to bind acidic phospholipids in cellular membranes in the presence of elevated calcium ions (Ca²⁺). These proteins function as Ca²⁺-regulated membrane binding modules, playing crucial roles in organizing membrane lipids and facilitating cellular transport. Recent research has revealed that annexins also act as sensors and regulators of cellular and organismal stress, influencing inflammatory responses in mammals, environmental stress responses in plants, and cellular reactions to plasma membrane damage.
The discovery of annexins began with the identification of “synexin,” a soluble factor that promotes the exocytosis of catecholamine-containing granules in chromaffin cells by binding to Ca²⁺ and facilitating membrane aggregation. This initial finding led to the recognition of additional “synexin-like” proteins, now classified as annexins, which are implicated in membrane bridging, docking, and fusion processes. Concurrently, annexin A1 was identified as a phospholipase inhibitor that mediates glucocorticoid anti-inflammatory actions. Subsequent studies revealed a high degree of homology among these proteins, confirming their shared structural characteristics and functional roles across various vertebrate tissues and immune cells.
Discussion
The discussion section of the research paper delves into the structural and functional characteristics of annexins, particularly focusing on their roles in membrane interactions and cellular processes. The annexin core comprises type II Ca²⁺-binding sites, which facilitate binding to negatively charged phospholipids, thus influencing lipid-binding specificity. Variations in amino acid sequences among annexin paralogs can alter their affinity for Ca²⁺ and membrane binding. Additionally, the amino-terminal regions of annexins, while lacking homology, are crucial for specific biological functions and interactions, including binding to EF hand-type Ca²⁺-binding proteins like the S100 family. These interactions are essential for processes such as membrane tethering and exocytosis, with annexins like AnxA2 playing significant roles in granule fusion and membrane repair.
The section further highlights the involvement of annexins in membrane organization, transport, and repair mechanisms, particularly in response to cellular stress or injury. Annexins are implicated in both endocytosis and exocytosis, with specific members like AnxA1, A2, and A6 contributing to membrane repair processes in various tissues. Notably, AnxA2 and AnxA6 are essential for muscle cell membrane repair, while AnxA1 aids in regenerating damaged myofibers. The differential recruitment of annexins to injury sites is influenced by their Ca²⁺ sensitivity, and their cooperative interactions with other proteins, such as S100A10, enhance membrane repair efficacy. The section concludes by emphasizing the need for further research to elucidate the complex roles of annexins in membrane dynamics and their potential extracellular functions, including involvement in inflammatory responses and coagulation processes.