โปรตีนโครงร่างและโปรตีนตัวเชื่อม

โปรตีนโครงร่างและโปรตีนตัวเชื่อมเป็นองค์ประกอบการส่งสัญญาณที่ไม่มีฤทธิ์เร่งปฏิกิริยา ซึ่งทำหน้าที่จัดระเบียบวิถีการส่งสัญญาณโดยการนำคู่ค้าที่เหมาะสมมารวมกันทางกายภาพ โปรตีนตัวเชื่อมจะเชื่อมโยงโปรตีนจำนวนน้อยเข้าด้วยกันผ่านโดเมนการปฏิสัมพันธ์ของพวกมัน ในขณะที่โปรตีนโครงร่างจะยึดสมาชิกหลายตัวของวิถีการส่งสัญญาณเข้ากับแพลตฟอร์มเดียว เพื่อควบคุมว่าปฏิกิริยาการส่งสัญญาณจะเกิดขึ้นที่ไหนและเมื่อใด

Definition

โปรตีนตัวเชื่อมและโปรตีนโครงร่างเป็นโมเลกุลส่งสัญญาณที่ไม่มีฤทธิ์ของเอนไซม์ แต่ใช้โมดูลการปฏิสัมพันธ์ระหว่างโปรตีนเพื่อเชื่อมโยงคู่ค้าการส่งสัญญาณเข้าด้วยกัน โดยโปรตีนตัวเชื่อมจะเชื่อมโยงองค์ประกอบไม่กี่ตัว ในขณะที่โปรตีนโครงร่างจะประกอบสมาชิกหลายตัวของวิถีการส่งสัญญาณเข้ากับแพลตฟอร์มเดียว

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงความแตกต่างระหว่างโปรตีนตัวเชื่อมและโปรตีนโครงร่าง วิธีที่พวกมันใช้โดเมนการปฏิสัมพันธ์แบบโมดูลาร์เพื่อประกอบคอมเพล็กซ์ และวิธีที่พวกมันกำหนดความจำเพาะ ประสิทธิภาพ และตำแหน่งของการส่งสัญญาณ โดยมีตัวอย่างจากวิถี MAP-kinase และการส่งสัญญาณของตัวรับ เนื้อหานี้เป็นข้อมูลอ้างอิงเชิงกลไก

Core questions

• โปรตีนที่ไม่ใช่ตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถกำหนดการส่งสัญญาณได้อย่างไรโดยไม่ก่อให้เกิดปฏิกิริยา?
• อะไรคือความแตกต่างระหว่างโปรตีนตัวเชื่อมและโปรตีนโครงร่าง?
• โปรตีนโครงร่างมีส่วนช่วยในความจำเพาะของวิถีการส่งสัญญาณและการควบคุมเชิงพื้นที่ได้อย่างไร?

Key concepts

• โปรตีนตัวเชื่อม (เช่น การเชื่อมโยงผ่านโมดูล SH2/SH3)
• โปรตีนโครงร่างในฐานะแพลตฟอร์มการประกอบ
• การแยกวิถีการส่งสัญญาณคู่ขนาน
• การควบคุมการส่งสัญญาณเชิงพื้นที่และเวลา
• โปรตีนยึดเหนี่ยวและการแปลที่ตำแหน่งย่อยของเซลล์
• การเชื่อมโยงการส่งสัญญาณกับการขนส่งผ่านเยื่อหุ้มเซลล์

Mechanisms

โปรตีนตัวเชื่อมและโปรตีนโครงร่างทำงานโดยการเชื่อมโยงกันมากกว่าการเร่งปฏิกิริยา โปรตีนตัวเชื่อมใช้โมดูลการปฏิสัมพันธ์ — ตัวอย่างเช่น โดเมน SH2 ที่จับกับตำแหน่งฟอสโฟไทโรซีน และโดเมน SH3 ที่จับกับคู่ค้าที่อุดมด้วยโพรลีน — เพื่อเชื่อมโยงสัญญาณต้นน้ำไปยังตัวกระตุ้นปลายน้ำ (Pawson & Nash, 2003) โปรตีนโครงร่างมีตำแหน่งจับสำหรับสมาชิกหลายตัวของวิถีการส่งสัญญาณพร้อมกัน และดังนั้นจึงประกอบพวกมันเข้าเป็นคอมเพล็กซ์ที่กำหนดไว้ ซึ่งจะเพิ่มความเข้มข้นเฉพาะที่ของคู่ค้า เพิ่มประสิทธิภาพและความแม่นยำของการถ่ายโอนสัญญาณ และสามารถแยกวิถีหนึ่งออกจากอีกวิถีหนึ่งที่ใช้ส่วนประกอบร่วมกันได้ ดังที่เห็นในโปรตีนโครงร่างของวิถี mitogen-activated protein kinase cascades (Good et al., 2011; Johnson & Lapadat, 2002) โดยการกำหนดว่าคอมเพล็กซ์ก่อตัวและสลายตัวที่ไหน โปรตีนโครงร่างและโปรตีนยึดเหนี่ยวจะกำหนดการจัดระเบียบเชิงพื้นที่และเวลาของการส่งสัญญาณ (Scott & Pawson, 2009) โปรตีนตัวเชื่อมยังเชื่อมโยงการส่งสัญญาณของตัวรับเข้ากับการขนส่งผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ โดยเชื่อมโยงตัวรับที่ถูกกระตุ้นเข้ากับกลไกเอนโดไซโทซิสที่ช่วยกำหนดการตอบสนองต่อไป (Sorkin & von Zastrow, 2009)

Clinical relevance

เนื่องจากโปรตีนโครงร่างและโปรตีนตัวเชื่อมกำหนดการเชื่อมโยงและตำแหน่งของวิถีการส่งสัญญาณ เช่น MAP-kinase cascades การเปลี่ยนแปลงในโปรตีนเหล่านี้จึงถูกศึกษาถึงผลกระทบต่อผลลัพธ์การส่งสัญญาณในบริบทของโรค เนื้อหานี้อธิบายบทบาทการจัดระเบียบของพวกมันในฐานะความรู้พื้นฐาน และไม่ได้ให้คำแนะนำในการวินิจฉัยหรือการรักษา

Evidence & guidelines

หัวข้อนี้อ้างอิงจากการทบทวนการส่งสัญญาณของเซลล์เกี่ยวกับหน้าที่ของโปรตีนโครงร่างและโปรตีนตัวเชื่อม และการจัดระเบียบวิถีการส่งสัญญาณ (Good et al., 2011; Scott & Pawson, 2009; Johnson & Lapadat, 2002; Sorkin & von Zastrow, 2009) มากกว่าแนวทางปฏิบัติทางคลินิก

History

บทบาทของโปรตีนโครงร่างเฉพาะเจาะจงเริ่มชัดเจนจากการศึกษาพันธุศาสตร์ของยีสต์ในวิถี MAP-kinase ของการผสมพันธุ์ในช่วงทศวรรษ 1990 ซึ่งแสดงให้เห็นว่าโปรตีนโครงร่างทำหน้าที่ยึด kinase cascade งานวิจัยนี้ร่วมกับการศึกษาโปรตีนตัวเชื่อมในการส่งสัญญาณของตัวรับ ได้สร้างมุมมองที่ว่าตัวจัดระเบียบที่ไม่ใช่ตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นส่วนสำคัญของการส่งสัญญาณ (Good et al., 2011)

Key figures

• Wendell Lim
• Tony Pawson
• John D. Scott
• Alexander Sorkin

Seminal works

• good-2011
• scott-2009
• pawson-2003

Frequently asked questions

อะไรคือความแตกต่างระหว่างโปรตีนตัวเชื่อมและโปรตีนโครงร่าง?

โปรตีนตัวเชื่อมโดยทั่วไปจะเชื่อมโยงคู่ค้าจำนวนน้อยเพื่อส่งสัญญาณต่อไป ในขณะที่โปรตีนโครงร่างจะจับกับสมาชิกหลายตัวของวิถีการส่งสัญญาณพร้อมกันเพื่อประกอบพวกมันเข้าเป็นคอมเพล็กซ์เดียวที่จัดระเบียบไว้

โปรตีนสามารถมีอิทธิพลต่อการส่งสัญญาณได้อย่างไรหากไม่มีฤทธิ์ของเอนไซม์?

โดยการควบคุมว่าโปรตีนใดมารวมกันและที่ใด โปรตีนโครงร่างและโปรตีนตัวเชื่อมจะกำหนดประสิทธิภาพ ความจำเพาะ และตำแหน่งของปฏิกิริยาการส่งสัญญาณที่ดำเนินการโดยเอนไซม์ที่พวกมันประกอบขึ้น