Aneksyny to grupa białek odpowiedzialnych za wiązanie jonów wapnia i fosfolipidów. Aneksyny uczestniczą w wielu procesach komórkowych, takich jak transport substancji przez błony komórkowe i przekazywanie sygnałów pomiędzy komórkami. Wpływają także na rozwój komórek i ich podziały oraz na mechanizmy apoptozy. Biorą udział w regulacji homeostazy jonów wapnia. Uczestniczą w modulacji funkcji mitochondriów oraz sposobu ich umiejscowienia w komórce. Wyróżnia się kilka rodzajów aneksyn, różniących się między sobą działaniem i umiejscowieniem w tkankach.
1. Historia odkrycia aneksyn
Historia odkrycia aneksyn rozpoczęła się pod koniec lat siedemdziesiątych XX wieku. Student odbywający praktykę wakacyjną pod opieką Michaela J. Geisowa w National Institute for Medical Research w Londynie, przez przypadek wyizolował specyficzne białka wiążące jony wapnia. Wkrótce potem aneksyny zostały opisane przez Carla Creutza z Uniwersytetu Stanu Wirginia w USA. W niedługim czasie udało się wyodrębnić kilka rodzajów tych białek. [1]
W 1990 roku Robert Huber z Instytutu Maxa Plancka opisał budowę strukturalną aneksyn. Niezwykle ważnym krokiem w badaniach nad tymi białkami było ujednolicenie ich nazewnictwa. Pięć lat później naukowcy ostatecznie określili sposób funkcjonowania kanałów wapniowych tworzonych przez aneksynę V i zależnych od potencjału błonowego. Do obecnej chwili wyizolowano i scharakteryzowano 13 głównych rodzajów tych białek oraz ich wiele specyficznych izoform. Funkcje aneksyn wciąż są tematem badań, a zdarza się, że także sporów wśród naukowców. [1]
2. Budowa aneksyn
Aneksyny są monomerami o masie cząsteczkowej 30-68 kDa. Wyjątkiem jest aneksyna II, która występuje w komórce w dwóch formach: monomeru o masie cząsteczkowej 36 kDa i heterotetrameru o masie cząsteczkowej 85 kDa. [3] Na powierzchni dwuwarstwy lipidowej aneksyny układają się w regularne siatki, zmieniając płynność błon komórkowych. [4]
Każda aneksyna składa się z domeny C-końcowej, domeny rdzeniowej i domeny N-końcowej. Łańcuch C-końcowy jest najkrótszy i identyczny dla wszystkich aneksyn. [1] Domena rdzeniowa zbudowana jest z 300 aminokwasów i ma kształt dysku. Dzieli się na cztery segmenty złożone z 70-80 reszt aminokwasowych. Wyjątkiem jest aneksyna A6, która ma osiem takich segmentów. [2] W ich obrębie umiejscowione są miejsca wiązania ujemnie naładowanych fosfolipidów i wapnia. Natomiast domena N-końcowa ma zróżnicowaną długość i sekwencję aminokwasową. Jest wrażliwa na proteolizę i zawiera reszty aminokwasowe ulegające fosforylacji. W związku z tym odgrywa rolę regulatorową. [1] W domenie N-końcowej zlokalizowane są miejsca oddziaływania z tzw. białkami partnerskimi. [2]
3. Fosforylacja aneksyn
Fosforylacja to odwracalna reakcja przyłączania reszty fosforanowej do cząsteczki. Proces ten jest katalizowany przez enzymy zwane kinazami, które transportują reszty fosforanowe na białko. [24]
Do kinaz białkowych fosforylujących aneksyny należą:
- kinaza tyrozynowa receptora nabłonkowego czynnika wzrostu
- kinaza tyrozynowa receptora insulinowego
- kinaza zależna od cAMP
- kinazy tyrozynowe kodowane przez genom retrowirusów [1]
Fosforylowanie aneksyn prowadzi do zmiany jej konformacji. Ufosforylowane białko zmienia przebieg ścieżki sygnałowej, co bezpośrednio wpływa na funkcjonowanie komórek. Proces ten wpływa także na inne białka. Zmianie ulega poziom stabilizacji łańcuchów polipeptydowych, ich lokalizacja komórkowa, a także sposób oddziaływania z innymi białkami. Fosforylacja białka, które w danym momencie jest niepotrzebne komórce, pozwala na ograniczenie jego działania bez utraty energii na jego degradację i ponowną syntezę. [24]
4. Rodzaje aneksyn
4.1. Aneksyna I
Aneksyna I, zwana także lipomoduliną I, to białko o masie cząsteczkowej 35-40 kDa. [1] Jest białkiem kodowanym przez gen ANXA1. [5] Region N-końcowy zawiera 40 aminokwasów. U człowieka aneksyna I występuje głównie w nerkach, śledzionie i w łożysku. [1] Białka te rozlokowane są na wewnętrznej stronie błon komórkowych. [5]
Aneksyna I odgrywa ważną rolę w funkcjonowaniu układu immunologicznego. W warunkach zdrowia jej poziom w komórkach odpornościowych jest wysoki. W wyniku stanu zapalnego aneksyna I jest szybko transportowana na powierzchnię komórki i uwalniana do środowiska zewnętrznego. Białko to uruchamia makrofagi i sprzyja aktywacji limfocytów T. Jego wysoka ekspresja w stanach patologicznych zwiększa oddziaływanie kinaz zależnych od mitogenów na receptory TCR, powodując w ten sposób stan hiperaktywacji limfocytów T. Te z kolei oddziałują na receptory aneksyny I. Dodatkowo aneksyna I ogranicza działanie fosfolipazy A2. Tym samym blokuje wytwarzanie eikozanoidów i hamuje migrację leukocytów do miejsca zapalenia. Wzrost syntezy i aktywności aneksyny I zachodzi głównie pod wpływem glukokortykoidów. [6]
Z drugiej strony aneksyna I zmniejsza skłonność neutrofili do penetracji śródbłonka naczyń i ogranicza wytwarzanie mediatorów prozapalnych. Jej optymalny poziom ma ogromne znaczenie w zapobieganiu chorobom autoimmunologicznym. [6]
4.2. Aneksyna II
Aneksyna II, znana także pod nazwą kalpaktyna lub chromobindyna, to polipeptyd o masie cząsteczkowej 33-39 kDa. Kodowana jest przez gen ANXA2. Jej region N-końcowy zawiera 31 aminokwasów. Aneksyna II występuje na powierzchni fibroblastów, limfocytów i komórek gruczołów mlekowych, a także w śledzionie. [1]
Aneksyna II ma działanie plejotropowe. Jej funkcje zależą od miejsca syntezy i stanu zdrowia organizmu. Odgrywa rolę w migracji komórek (zwłaszcza komórek nabłonkowych), tworzeniu kompleksów białkowych związanych z błoną i z cytoszkieletem aktynowym, w endocytozie, fibrynolizie, tworzeniu kanałów jonowych i w funkcjonowaniu macierzy komórkowej. Jej funkcją jest także aktywowanie egzocytozy, czyli usuwanie z komórek substancji nieprzepuszczalnych przez błonę. [7] Ponadto aneksyna II uczestniczy w wiązaniu sieci mikrofilamentów z błonowymi lipidami i białkami. [23]
4.3. Aneksyna III
Aneksyna III, zwana również kalfobindyną, jest białkiem o masie cząsteczkowej 35-36 kDa. Koniec N łańcucha polipeptydowego ma 16 reszt aminokwasowych. [1] Aneksyna III kodowana jest przez gen ANXA3. [8] Jej największe ilości występują w łożysku. Jej obecność obserwowana jest także w nerkach. Aneksyna III związana jest z ziarnistościami cytoplazmatycznymi w neutrofilach i w monocytach. Bierze udział w procesach fuzji ich ziarnistości. [1]
Aneksyna III odgrywa rolę w regulacji wzrostu komórek i uczestniczy w szlakach przekazywania sygnału. Białko to działa poprzez hamowanie fosfolipazy A2 i rozszczepianie 1,2-cyklicznego fosforanu inozytolu z wytworzeniem 1-fosforanu inozytolu. Aneksyna III ma także właściwości przeciwzakrzepowe. Jednocześnie zwraca się szczególną uwagę na jej udział w procesach nowotworzenia. Aneksyna III ulega rozlokowaniu w tkankach objętych procesem nowotworowym na liniach komórek raka. Ma wyraźną wartość diagnostyczną i prognostyczną w przypadku niektórych nowotworów złośliwych, takich jak rak sutka i prostaty, rak jelita grubego, rak płuc i rak wątroby. Nieprawidłowa ekspresja genu ANXA3 sprzyja proliferacji komórek nowotworowych, przerzutom, angiogenezie i oporności na terapię wieloma lekami chemioterapeutycznymi. Ponadto mutacje genetyczne są powiązane ze skłonnością do tworzenia pewnych dziedzicznych nowotworów rodzinnych. [9]
4.4. Aneksyna IV
Aneksyna IV, nazywana również endoneksyną I lub kalelektryną, to polipeptyd o masie 28-36 kDa. [1] Białko to kodowane jest przez gen ANXA4, który ulega ekspresji głównie na komórkach nabłonkowych. [10] Region N-końcowy aneksyny IV zbudowany jest z 12 aminokwasów. W największej ilości aneksyna IV znajduje się na powierzchni fibroblastów. Jej obecność obserwuje się także w śledzionie, na powierzchni komórek chromochłonnych rdzenia nadnerczy i na komórkach wątroby. [1]
Aneksyna IV uczestniczy w procesach egzo- i endocytozy. Ma działanie przeciwzakrzepowe. Hamuje aktywność fosfolipazy A2. [11] Bierze udział w przekazywaniu sygnałów między kardiomiocytami. Odpowiada także za zachowanie integralności nabłonka dróg moczowych. [14]
4.5. Aneksyna V
Aneksyna V, nazywana też endoneksyną II, to białko, którego masa cząsteczkowa wynosi 33-36 kDa. Jej domena N-końcowa zbudowana jest z 13 reszt aminokwasowych. [1] Gen dla aneksyny V znajduje się na chromosomie 4. Jej największe ilości występują w komórkach kanalików dystalnych oraz w nabłonku kłębuszków nerkowych [12]. Jej obecność wykazano także w komórkach śródbłonka i mięśni gładkich naczyń krwionośnych oraz na powierzchni płytek krwi, limfocytów, makrofagów i erytrocytów. [13] Aneksyna V obecna jest także w łożysku i śledzionie. [1]
Aneksyna V bierze udział w przekazywaniu sygnałów, w procesach proliferacji komórek, w regulacji transportu cząsteczek przez błony komórkowe oraz w homeostazie wapnia. Ma silne właściwości antykoagulacyjne, jest inhibitorem fosfolipazy A2 oraz białkowej kinazy C. [13] Ponadto aneksyna V ma zdolność wiązania się w sposób zależny od stężenia jonów wapnia z ujemnie naładowanymi cząsteczkami fosfatyloseryny i tworzenia dwuwymiarowych, regularnych struktur na powierzchni błony. Dzięki temu uczestniczy w naprawie błon komórkowych, tworząc w miejscach uszkodzenia rodzaj warstwy ochronnej. [22]
Aneksyna V jest odpowiedzialna za procesy apoptozy. Umożliwia usuwanie z organizmu zainfekowanych, starych lub uszkodzonych komórek zachowując jego homeostazę. Nasilenie procesów apoptozy obserwuje się w wielu stanach patologicznych. Stężenie aneksyny V znacznie wzrasta w ostrych i przewlekłych chorobach nerek. Oznaczenie poziomu aneksyny V może być pomocne w identyfikacji komórek będących we wczesnej fazie apoptozy w ostrym odmiedniczkowym zapaleniu nerek o podłożu bakteryjnym. [12]
4.6. Aneksyna VI
Aneksyna VI, nosząca także nazwę synhibina, to największy polipeptyd z tej rodziny białek. Jej masa cząsteczkowa wynosi 67-70 kDa. Region N-końcowy aneksyny VI zawiera 18 aminokwasów. Jej największe ilości występują na powierzchni komórek tkanki łącznej i komórek odpornościowych. [1]
Aneksyna VI jest odpowiedzialna za utrzymanie właściwej struktury i przepuszczalności błon komórkowych. Reguluje tworzenie wielofunkcyjnych kompleksów sygnalizacyjnych na błonach oraz moduluje transport jonów. Białko to wiąże cholesterol i liczne nukleotydy. Ponadto odpowiada za homeostazę cholesterolu i za jego interakcję z cytoszkieletem aktynowym. Wpływa także na jego metabolizm i dystrybucję w organizmie. Dodatkowo aneksyna VI bierze udział w procesie glukoneogenezy, mineralizacji tkanek i różnicowaniu chondrocytów. Wpływa na rozmieszczenie receptorów na powierzchni komórek oraz aktywuje bądź hamuje przyłączanie się do nich ligandów. [14]
4.7. Aneksyna VII
Aneksyna VII to duże białko o masie 45-56 kDa. Jej domena N-końcowa zbudowana jest z 159-161 reszt aminokwasowych. [1] Białko to kodowane jest przez gen ANXA7. [14] Aneksyna VII występuje w nadnerczach, a także w wątrobie i jądrach. [1,2] Jej receptory umiejscowione są w mózgu, sercu i mięśniach szkieletowych. [15]
Aneksyna VII wiąże się z błonami, gdzie tworzy kanały jonowe zależne od potencjału. Oddziałuje także z guanozyno-5′-trifosforanem (GTP) i uczestniczy w fuzji błon. [2] Aneksyna VII odpowiada za skurcz serca i zachowanie jego struktury komórkowej, wydzielanie insuliny i proliferację komórek. [14] Nadmierne stężenie tego białka obserwuje się w patomechanizmie raka wątrobowokomórkowego. Aneksyna VII przyczynia się do zwiększenia jego agresywności. [15]
4.8. Aneksyna VIII
Aneksyna VIII to polipeptyd o masie cząsteczkowej 33-37 kDa. Region N-końcowy zawiera 19 aminokwasów. Białko to występuje w łożysku, nerkach i płucach. [1] Aneksyna VIII kontroluje migrację leukocytów do aktywowanych komórek śródbłonka. Pełni funkcję antykoagulantu, który pośrednio hamuje kompleks specyficzny dla tromboplastyny. Nadekspresję genu aneksyny VIII powiązano z ostrą białaczką mielocytową. [16]
Aneksyna VIII reguluje funkcjonowanie szlaku sygnałowego Wnt. Szlak sygnałowy Wnt tworzony jest przez szereg białek odpowiedzialnych za embriogenezę i karcynogenezę. Pośredniczy on w złożonych interakcjach komórka-komórka podczas rozwoju i proliferacji. Aneksyna VIII wraz z Wnt bierze udział w różnicowaniu komórek nabłonka barwnikowego siatkówki (RPE). Supresja aneksyny VIII wiąże się ze zmniejszoną ekspresją genów związanych z Wnt. [17]
4.9. Aneksyna IX
Aneksyna IX kodowana jest przez gen ANXA9 znajdujący się na chromosomie 1. Występuje w komórkach układu trawiennego (m.in. w komórkach trzustki i wątroby), a także w komórkach skóry, komórkach tarczycy i w płynie owodniowym. [24]
Aneksyna IX pełni funkcję receptora dla acetylocholiny. Wiąże liczne białka, fosfolipidy i fosfatydyloserynę. Odpowiada za homodimeryzację białek. Ponadto uczestniczy w procesach przekazywania sygnałów. [24] Jest powiązana z rozwojem raka jelita grubego, a wzrost jej stężenia może być jednym z marketów diagnostycznych tej choroby. Wysoki poziom aneksyny IX nasila namnażanie komórek nowotworowych i wpływa na przerzuty poprzez aktywację specyficznych dla tego raka genów. [25]
4.10. Aneksyna X
Aneksyna X kodowana jest przez gen ANXA10 zlokalizowany na chromosomie 4. Gen ten wykazuje rzadką ekspresję. [25] Aneksyna X występuje głównie w błonie śluzowej żołądka. [26] Jej funkcje są słabo poznane. Prawdopodobnie białko to odgrywa rolę w patogenezie raka wewnątrzwątrobowego. [25] Wysoki poziom aneksyny X koreluje także z rozwojem raka jelita grubego. [26]
4.11. Aneksyna XI
Aneksyna XI, znana także jako aneksyna zasocjowana z kalcykliną, to białko o masie 50 kDa. Jej region N-końcowy zawiera 196-198 reszt aminokwasowych. Białko to występuje w umiarkowanych ilościach w całym organizmie. [1]
Aneksyna XI zaangażowana jest w wiele szlaków biologicznych, zwłaszcza w mechanizmy apoptozy. Bierze również udział w podziałach komórkowych. Niedobór tego białka lub jego zaburzenia czynnościowe mogą wpływać na równowagę między apoptozą a przeżyciem aktywowanych komórek zapalnych, zwiększając w ten sposób prawdopodobieństwo wystąpienia chorób autoimmunologicznych. Aneksyna XI bierze udział w patomechanizmie takich chorób jak: toczeń rumieniowaty układowy (SLE), reumatoidalne zapalenie stawów (RZS), zespół Sjögrena i zespół antyfosfolipidowy (APS). [18]
4.12. Aneksyna XII
Układ domen aneksyny XII różni się od struktury pozostałych białek z tej rodziny. Jej cząsteczka zawiera stronę wklęsłą i wypukłą. Miejsca wiązania zależne od wapnia znajdują się po stronie wypukłej. Aneksyna XII pełni funkcję białka transbłonowego i kanału jonowego. [27] Jest bardzo czuła na obecność jonów wapnia. Pod ich wpływem oddziałuje na błonę komórkową zwiększając jej przepuszczalność. [28]
4.13. Aneksyna XIII
Aneksyna XIII, zwana aneksyną specyficzną dla jelit, to polipeptyd o masie cząsteczkowej 35,5 kDa. [1] Gen ANXA13 leży na chromosomie 8q24.1-q24.2. [19] Domena N-końcowa tego białka zawiera 12 aminokwasów. [1] Aneksyna XIII jest wysoce specyficzna tkankowo. Ulega aktywacji jedynie w komórkach nabłonka jelit i nerek. [21] Wiąże się głównie z błonami niezróżnicowanych, proliferujących komórek śródbłonka i zróżnicowanych enterocytów kosmków jelitowych. [19]
Aneksyna XIII odpowiada głównie za wzrost komórek. [19] Uczestniczy również w wewnątrzkomórkowym transporcie pęcherzyków zawierających białka inaktywujące rybosomy typu II (RIP-II). [20]
5. Funkcje aneksyn
Aneksyny biorą udział w procesach egzo- i endocytozy, tworzeniu kanałów jonowych, są naturalnymi inhibitorami fosfolipazy A2, hamują procesy koagulacji krwinek, odgrywają ważną rolę w przekaźnictwie sygnału, uczestniczą w procesach różnicowania komórek i mitogenezy oraz odpowiadają za regulację procesów adhezji komórek i mineralizacji tkanki łącznej. [1]
Aneksyny wiążą liczne fosfolipidy i białka. Do cząsteczek najczęściej z nimi oddziałujących należą: kwas fosfatydowy, receptory rianodynowe pochodzenia mięśniowego, fosfatydyloetanolamina, fosfatydyloseryna, aktyna, fodryna, kolagen, kalcyklina, ATP-aza zależna od jonów wapnia i białko S100. [1]
5.1. Przekazywanie sygnałów komórkowych
Aneksyny biorą udział w tworzeniu szlaków sygnałowych. Proces ten odbywa się głównie podczas endocytozy, czyli momentu pochłaniania przez komórkę związków chemicznych ze środowiska zewnętrznego. W trakcie endocytozy zachodzi internalizacja receptorów dla cząsteczek sygnałowych, co prowadzi do aktywacji kolejnych etapów szlaku sygnałowego. W efekcie dochodzi do powstania wyspecjalizowanych sekwencji sygnałowych, które stwarzają optymalne warunki do modulacji siły sygnału. Uczestnictwo aneksyn w kaskadzie sygnałowej związane jest z ich podatnością na zmiany stężenia jonów wapnia w komórce, a także z możliwością oddziaływania z błonami plazmatycznymi. W mechanizmach tych uczestniczą także ujemnie naładowane fosfolipidy oraz wiele białek partnerskich. Aneksyny biorą również udział w tworzeniu i utrwalaniu tzw. platform sygnałowych bogatych w cholesterol. Cholesterol reguluje oddziaływanie aneksyn z błonami plazmatycznymi, co jest ważne dla prawidłowego funkcjonowania komórek. [1,2]