PARK2

Dužina polipeptidnog lanca je 465 aminokiselina, а molekulska težina 51.641 Da.^[9]

Parkin je protein koji čiji se genski lokus (PARK2) kod ljudi nalazi na hromosomu 6.^[10][11] Tačna funkcija ovog proteina nije poznata; međutim, zna se da je komponenta kompleksa multiproteina E3-ubikvitin ligaze koji je pak dio ubikvitin-proteasomskog sistema, koji posreduje u ciljanju proteina za razgradnju . Poznato je da mutacije u ovom genu uzrokuju porodični oblik Parkinsonove bolesti, poznate kao autosomno recesivna maloljetnička Parkinsonova bolest (AR-JP). Štaviše, opisano je da je parkin neophodan za mitofagiju (autofagiju mitohondrija).

Međutim, nije jasno kako gubitak funkcije parkinskog proteina dovodi do smrti dopaminergijskih ćelija) u ovoj bolesti. Prevladavajuća hipoteza je da parkin pomaže u razgradnji jednog ili više proteina toksičnih za dopaminergične neurone. Putativni supstrati parkina uključuju sinfilin-1, CDC-rel1 , ciklin E, p38 tRNK sitazu, Pael-R, sinaptotagmin XI, sp22 i sam parkin (vidi takođe ubikvitin-ligaza). Osim toga, parkin sadrži C-terminalni motiv koji veže PDZ-domene. Pokazalo se da se parkin povezuje na PDZ ovisan način sa domenom PDZ, koji sadrži proteine CASK i PICK1.

Kao i drugi članovi porodice R3-RING-RING (RBR) E3 ligaza, parkin posjeduje dva RING-domena prstiju i jedan između RING (IBR) regije. RING1 formira mjesto vezanja za E2 Ub-konjugirajući enzim, dok RING2 sadrži katalitski cisteinski ostatak (Cys431) koji cijepa Ub iz E2 i privremeno ga veže za E3 tioesterskom vezom.^[6] Prijenosu Ub pomažu susjedni ostaci histidina His433, koji prihvata proton iz Cys431 da ga aktivira, i glutamat Glu444, koji je uključen u autoubikvitaciju.^[12] Zajedno tvore katalitsku trijadu, čije je sklapanje potrebno za aktivaciju parkina.^[13] Parkin također sadrži N-terminalni Ub-sličan domen (Ubl) za specifično prepoznavanje podloge, jedinstvenog domen RING0 i represorske (REP) regije koja tonski potiskuje aktivnost ligaza.

U uvjetima mirovanja, čvrsto namotana konformacija parkina čini ga neaktivnim, jer je pristup katalitskom ostatku RING2 sterno blokiran pomoću RING0, dok domen vezanja E2 na RING1 zaklanjaju Ubl i REP.^[6] Aktiviranje stimulusa remeti ove međudomenske interakcije i izaziva kolaps parkina duž sučelja RING1-RING0.^[13] Aktivno mjesto RING2 je povučeno prema E2-Ub vezanom za RING1, olakšavajući stvaranje međuproizvoda Ub-tioestera. Aktivacija parkina zahtijeva fosforilaciju serina Ser65 u Ubl-u pomoću serin/treonin-kinaza, PINK1. Dodavanje nabijenog fosfata destabilizira hidrofobne interakcije između Ubl i susjednih podregija, smanjujući autoinhibitorne efekte ovog domena N-kraja.^[14] Utvrđeno je da misens mutacije Ser65Ala desabliziraju vezivanje Ub-parkina, a istovremeno inhibiraju regrutovanje parkina u oštećene mitohondrije.^[15] PINK1 također fosforilira Ub na Ser65, ubrzavajući njegovo otpuštanje iz E2 i povećavajući njegov afinitet za parkin.^[14]

Iako su strukturne promjene nakon fosforilacije neizvjesne, kristalizacija parkina otkrila je kationski džep formiran u RING0-u od lizinskih i argininskih ostataka Lys161, Arg163 i Lys211 koji tvore navodno mjesto vezivanja fosfata.^[16] S obzirom na to da je domen RING0 jedinstven za parkin i da njegovo hidrofobno sučelje s RING1 zatrpava Cys431 u neaktivnom parkinu,^[15] ciljanje fosforiliranog Ub i/ili Ubl prema ovoj veznoj niši moglo bi biti kritično u uklanjanju autoinhibitornih kompleksa tokom aktivacije parkina.

Parkin ima ključnu ulogu u mitofagiji i čišćenju reaktivnih vrsta kisika.^[17] Mitofagija je uklanjanje oštećenih mitohondrija u autofagosomima i ovisi o ciklusu pozitivne povrtne sprege koji uključuje sinergijsko djelovanje parkina i PINK1. Nakon teške ćelijake povrede, zaostajanje mitohondrijskog membranskog potencijala sprječava unos PINK1 u mitohondrijski matriks i uzrokuje njegovo nakupljanje na vanjskoj mitohondrijskoj membrani (OMM).^[18] Parkin se regrutira u mitohondrije, nakon depolarizacije i fosforilira PINK1, koji istovremeno fosforilira Ub. prethodno konjugiran na proteine mitohondrijske membrane. Fosforilacija PINK1 i Ub olakšava aktivaciju parkina i daljnje sklapanje mono- i poli-Ub lanaca.^[14] S obzirom na blizinu ovih lanaca PINK1, daljnja fosforilacija Ub na Ser65 vjerojatna je, pojačavajući mobilizaciju parkina i supstratnu sveprisutnost u ciklusu samopojačavanja.^[6]

Parkinski supstrati uključuju mitofusine Mfn1 i Mfn2, koji su velike GTPaze koji promoviraju fuziju mitohondrija u dinamične, cjevaste komplekse koji povećavaju učinkovitost oksidativne fosforilacije.^[19] Međutim, nakon mitohondrijskog oštećenja, nužna je degradacija fuzijskih proteina kako bi se odvojili od mreže putem mitohondrijskih fisija i spriječili kvarenje zdravih mitohondrija.[^[20] Parkin je stoga potreban prije mitofagije, jer ubikvitinizira Mfn1/2, označavajući ga za proteasomsku degradaciju. Proteomske studije identificirale su dodatne OMM proteine kao supstrate za parkin, uključujući fisijski protein FIS, njegov adapter TBC1D15 i translokaze TOMM20 i TOMM70, koje olakšavaju kretanje proteina poput PINK1 preko OMM-a.^[21] Miro (ili RHOT1/RHOT2) je OMM protein koji je kritičan za aksonsdki transport, a mogu biti sveprisutni i usmjereni prema proteasomskoj degradaciji putem parkina.^[22] Kvar miro-a izaziva značajno smanjenje migracije ugroženih mitohondrija duž mišjih aksona u hipokampusnim neuronima,^[23] pojačavajući važnost parkina u odvajanju defektnih mitohondrija od njihovih funkcionalnih parnjaka i ograničavajući prostorno širenje mitohondrijske disfunkcije, prije autofagije.

Tokom mitofagije, parkin cilja VDAC1, anionski kanal pod naponom koji prolazi kroz konformacijske promjene. nakon depolarizacije mitohondrijske membrane, izlažući citosolni domen za sveprisutnu primjenu.^[18] Utišavanje ekspresija VDAC1 u HeLa ćelijama značajno je smanjilo regrutiranje parkina u depolarizane mitohondrije i njihov naknadni klirens,^[24] ističući kritičnu ulogu VDAC1 kao selektivnog markera mitohondrijskog oštećenja i izazivača mitofagije. Nakon konjugacije Ub, parkin regrutira receptore autofagije, kao što su p62, TAX1BP1 i CALCOCO2, olakšavajući sastavljanje autofagosoma koji probavljaju defektne mitohondrije.^[21]

Aktivacijom signalizacije NF-κB, parkin povećava preživljavanje i štiti ćelije od apoptoze izazvane stresom. Nakon ćelijske povrede, parkin aktivira katalitski HOIP podjedinice druge E3 ligaze LUBAC. HOIP pokreće sklapanje linearnog Ub polimera na NF-κB esencijalnom modulatoru (NEMO), potencirajući transkripciju mitohondrijske GTPaze OPA1.^[25] Povećana translacija OPA1 održava strukturu krista i smanjuje oslobađanje citohroma C iz mitohondrija, inhibirajući kaspazom posredovanu apoptozu. ]Ono što je važno, parkin aktivira HOIP sa većom potencijom od ostalih faktora povezanih s LUBAC-om HOIL-1 i oštrinom,^[26] što znači da mobilizacija parkina značajno povećava toleranciju na umjerenu stresora.

Parkin ima afinitet vezanja za DNK i proizvode ovisne o dozi, smanjenje transkripcije i aktivnosti proapoptotskog faktora p53. Transfekcija p53 promotora sa skraćenim verzijama parkina u SH-SY5Y neurone otkrila je da se parkin direktno veže za promotor p53, preko svog RING1-domena.^[27] Nasupot tome, parkin može biti transkripcijski cilj p53-a u plućnim H460, gdje posreduje tumour-supresorsku aktivnost p53-a.^[8] S obzirom na njegovu ulogu u mitohondrijskoj homeostazi, parkin pomaže p53 u održavanju mitohondrijskog disanja, dok ograničava unos glukoze i proizvosnju laktata, sprječavajući tako nastanak Warburgovog učinka tokom tumourigeneze.^[28] Parkin dodatno podiže nivo citosolnog glutationa i štiti od oksidativnog stresa, okarakterizirajući ga kao kritičnog supresora tumora sa anti-glikolitskim i antioksidativnim sposobnostima.^[8]

Pokazano je da su gen PARK2 i parkin vezani za više porfemećaja:

• Parkinsonova bolest (OMIM)^[29] i
• Tumourigeneza^[30]

Parkin (ligaza) pokazao je interakcije sa:

• GeneReviews/NCBI/NIH/UW entry on Parkin Type of Juvenile Parkinson Disease
• parkin protein na US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)

Portal Biologija