Biopolym. Cell. 2023; 39(4):257-264.
http://dx.doi.org/10.7124/bc.000AA3
Структура та функції біополімерів
Редизайн регулятора апоптозу Bid для активації тромбіном
1Роднін М. В., 1, 2Кириченко О. В., 1Васкес-Монтес В., 1Ладохін О. С.
  1. Відділ біохімії і молекулярної біології, Медичний центр, Університет Канзасу
    Канзас Сіті, США, 66160-7421
  2. Харківський національний університет ім. В. Н. Каразина
    пл. Свободи, 4, Харків, Україна, 61022

Abstract

Регулятор апоптозу Bid є ключовим учасником родини білків BH3-only, через який перетинаються зовнішні та внутрішні шляхи апоптозу. У клітині Bid може бути активований розщепленням каспазою 9 у результаті якого формується його усічена форма - tBid. У свою чергу tBid активує інших про-апоптотичних членів родини Bcl-2 таких як BAX, що призводить до формування пор у зовнішній мітохондріальній мембрані, що вважається точкою неповернення у апоптозі - програмованій загибелі клітин. З'ясування молекулярних механізмів цього процесу вимагає біофізичних досліджень з використанням in vitro моделей. В цій роботі ми презентуємо перебудовану версію Bid, у якій сайт розщеплення каспази 9 змінено на сайт розщеплення специфічний до тромбіну шляхом сайт-направленого мутагенезу. Підтверджено, що tBid, як продукт протеолізу тромбіном, є функціональним і здатний активувати BAX, що призводить до утворення пор у модельних мембранах. За допомогою комбінації FRET спектроскопіі і сайт-селективного мічення флуоресцентними зондами досліджено дисоціацію фрагментів Bid після розщеплення тромбіном. Також показано, що вказана дисоціація та активація BAX, індукована tBid, залежить від ліпідного складу мембран, зокрема від присутності кардіоліпіну, що прискорює обидва процеси.
Keywords: апоптотичні регулятори, Bid, BAX, кардіоліпін, Ферстерівський перенос енергії (FRET), проникнення мембрани
Повний текст: (PDF, англійською)

References

[1] Wang C, Youle RJ. The role of mitochondria in apoptosis*. Annu Rev Genet. 2009; 43:95-118.
[2] Cosentino K, García-Sáez AJ. Mitochondrial alterations in apoptosis. Chem Phys Lipids. 2014; 181:62-75.
[3] García-Sáez AJ, Mingarro I, Pérez-Payá E, Salgado J. Membrane-insertion fragments of Bcl-xL, Bax, and Bid. Biochemistry. 2004; 43(34):10930-43.
[4] García-Sáez AJ, Ries J, Orzáez M, Pérez-Payà E, Schwille P. Membrane promotes tBID interaction with BCL(XL). Nat Struct Mol Biol. 2009; 16(11):1178-85.
[5] Crimi M, Esposti MD. Apoptosis-induced changes in mitochondrial lipids. Biochim Biophys Acta. 2011; 1813(4):551-7.
[6] Flores-Romero H, Hohorst L, John M, Albert MC, King LE, Beckmann L, Szabo T, Hertlein V, Luo X, Villunger A, Frenzel LP, Kashkar H, Garcia-Saez AJ. BCL-2-family protein tBID can act as a BAX-like effector of apoptosis. EMBO J. 2022; 41(2):e108690.
[7] Flores-Romero H, García-Sáez AJ. The Incomplete Puzzle of the BCL2 Proteins. Cells. 2019; 8(10):1176.
[8] Vasquez-Montes V, Rodnin MV, Kyrychenko A, Ladokhin AS. Lipids modulate the BH3-independent membrane targeting and activation of BAX and Bcl-xL. Proc Natl Acad Sci U S A. 2021; 118(37):e2025834118.
[9] Vasquez-Montes V, Vargas-Uribe M, Pandey NK, Rodnin MV, Langen R, Ladokhin AS. Lipid-modulation of membrane insertion and refolding of the apoptotic inhibitor Bcl-xL. Biochim Biophys Acta Proteins Proteom. 2019; 1867(7-8):691-700.
[10] Vargas-Uribe M, Rodnin MV, Ladokhin AS. Comparison of membrane insertion pathways of the apoptotic regulator Bcl-xL and the diphtheria toxin translocation domain. Biochemistry. 2013; 52(45):7901-9.
[11] Hope MJ, Bally MB, Webb G, Cullis PR. Production of large unilamellar vesicles by a rapid extrusion procedure: characterization of size distribution, trapped volume and ability to maintain a membrane potential. Biochim Biophys Acta. 1985; 812(1):55-65.
[12] Mayer LD, Hope MJ, Cullis PR. Vesicles of variable sizes produced by a rapid extrusion procedure. Biochim Biophys Acta. 1986; 858(1):161-8.
[13] Rodnin MV, Kyrychenko A, Kienker P, Sharma O, Vargas-Uribe M, Collier RJ, Finkelstein A, Ladokhin AS. Replacement of C-terminal histidines uncouples membrane insertion and translocation in diphtheria toxin T-domain. Biophys J. 2011; 101(10):L41-3.
[14] Llambi F, Moldoveanu T, Tait SW, Bouchier-Hayes L, Temirov J, McCormick LL, Dillon CP, Green DR. A unified model of mammalian BCL-2 protein family interactions at the mitochondria. Mol Cell. 2011; 44(4):517-31.
[15] Moldoveanu T, Follis AV, Kriwacki RW, Green DR. Many players in BCL-2 family affairs. Trends Biochem Sci. 2014; 39(3):101-11.
[16] Kurnikov IV, Kyrychenko A, Flores-Canales JC, Rodnin MV, Simakov N, Vargas-Uribe M, Posokhov YO, Kurnikova M, Ladokhin AS. pH-triggered conformational switching of the diphtheria toxin T-domain: the roles of N-terminal histidines. J Mol Biol. 2013; 425(15):2752-64.
[17] Korytowski W, Basova LV, Pilat A, Kernstock RM, Girotti AW. Permeabilization of the mitochondrial outer membrane by Bax/truncated Bid (tBid) proteins as sensitized by cardiolipin hydroperoxide translocation: mechanistic implications for the intrinsic pathway of oxidative apoptosis. J Biol Chem. 2011; 286(30):26334-43.
[18] Chou JJ, Li H, Salvesen GS, Yuan J, Wagner G. Solution structure of BID, an intracellular amplifier of apoptotic signaling. Cell. 1999; 96(5):615-24.