Kalcineurin je Ca2+ i kalmodulin-ovisna serin/treonin protein fosfataza te se aktivira prilikom povećane koncentracije kalcija unutar stanice.[1] Protein je prvotno otkriven 1970-ih godina 20. stoljeća u istraživanjima znanstvenika Desaija i Wanga, a prva purificirana frakcija kalcineurina pripisuje se znanstvenicima Wattersonu i Vanamanu koristeći afinitetnu kromatografiju i uzorak goveđeg mozga bogatog kalcineurinom. Posljedično, dokazano je da je kalmodulin protein koji ima sposobnost vezanja za kalcineurin. Po aktivaciji, kalmodulin se veže za jednu od dvije podjednice kalcineurina.[2]
Po svojoj strukturi kalcineurin je proteinski heterodimer. Sačinjen je od dvije strukturno različite katalitičke podjedinice – kalcineurin A i kalcineurin B. kalcineurin A podjedinica sastoji se od beta-ploča i alfa-uzvojnica te oblikom podsjeća na elipsu. U svojoj strukturi sadrži izduženu alfa-uzvojnicu koja prodire izvan osnovne strukture te predstavlja vezno mjesto za drugu podjedinicu – kalcineurin B. Kalcineurin B je regulatorna podjedinica proteina koja se veže na kalcineurin A podjedinicu te se sastoji od alfa-uzvojnica.[2]
Aktivno mjesto predstavlja mjesto vezanja supstrata i poticanja katalitičkih reakcija. U svom sastavu sadrži različite metale kao što su željezo, cink i mangan. Uloga dinuklearnih metala je poticanje katalitičke reakcije koja je ključna za aktivnost kalcineurina, stabilizacija vezanja supstrata za aktivno mjesto, te održavanje strukturalne stabilnosti proteina. Uz željezo, cink i mangan, aktivno mjesto sadrži histidinske i argininske ostatke amino kiselina koji utječu na katalitičku aktivnost proteina i enzimsku aktivnost.[2]
Lokalizacija
Kalcineurin je primarno lokaliziran u citosolu. A-kinazni sidreni protein 79 može vezati neaktivni kalcineurin i lokalizirati ga na staničnoj membrani u blizini kalcijevih kanala. Na taj način se kalcineurinu omogućuje optimalna pozicija za vezanje s kalmodulinom.[1]
Supstrati kalcineurina
Najbolje istražena skupina supstrata kalcineurina je obitelj nuklearnih faktora aktiviranih T-limfocita (NFAT). Defosforilacija NFAT-a u citosolu rezultira ulaskom NFAT transkripcijskih faktora u jezgru stanice i aktivacija različitih transkripcijskih programa. Najčešće je rezultat aktivacija T-limfocita. Drugi transkripcijski faktori koji su regulirani defosforilacijom od strane kalcineurina uključuju FOX proteine uključene u metabolizam i autofagiju stanica. Također i proteine faktora-2 pojačivača miocita (MEF2) i transkpcijski faktor EB (TFEB) koji reguliraju srčanu funkciju, funkciju neurona i autofagiju.[1]
Receptori i kanali
Kalcineurin može defosforilirati AMPAR i NMDAR receptore koji reguliraju sinaptički potencijaciju i depresiju. Također može modulirati aktivnost TRESK kanala u središnjem živčanom sustavu i imunološkom odgovoru. Kalcineurin je i bitan regulator NHE1 kanala.[1]
Proteini mitohondrija i mikrotubula
Kalcineurin defosforilacijom regulira aktivnost dinamin-vezanog proteina 1 (DRP1). Dodatno, apoptoza inicirana povećanjem unutarstanične koncentracije kalcijevih iona događa zbog defosforilacije BAD proteina od strane kalcineurina. Signaliziranje kalcijem je povezano s citoskeletom neurona i neurodegeneracijom pomoću kalcineurina. Kalcineurin je fosfataza koja defosforilira tau proteine i MAP2 te tako kontrolira njihovo vezanje za mikrotubule i stabilizaciju istih.[1]
Mehanizam djelovanja
Influks kalcijevih iona u stanicu povećava unutarstaničnu koncentraciju istih. Kalcijevi ioni mogu se vezati na kalmodulin. Kad se kalcijev ion veže za kalmodulin formira se Ca:kalmodulin kompleks koji može aktivirati kalcijeve pumpe koje izbacuju kalcij iz citoplazme ili ga pohranjuju u endoplazmatski retikulum. Ovaj kompleks također aktivira kalcineurin vežući se za njegovu kalmodulin-vezujuću katalitičku podjedinicu. Aktivirani kalcineurin ima sposobnost defosforiliranja ciljnih proteina.[3]
Aktivacija T-limfocita
Aktivacija naivnih T-limfocita zahtijeva 3 signala. Prvi signal dolazi od interakcije T-staničnog receptora i antigena koji je prezentiran na MHC molekuli antigen prezentirajućih stanica. Djelovanje liganada na antigen-prezentirajućim stanicama (CD80, CD86, CD40) na kostimulatorne molekule na T stanicama (CD28, CD154) daje drugi signal za aktivaciju. Treći signal dolazi od citokina koji posreduju u diferencijaciji i ekspanziji aktiviranih T-limfocita. U aktiviranim T stanicama dolazi do velikog influksa kalcijevih i ona u stanicu što posljedično aktivira kalcineurin. Aktivirani kalcineurin defosforilira obitelj tarnskripcijskih faktora NFAT (nuklearni faktor aktiviranih T-stanica) i omogućava njihovu translokaciju u staničnu jezgru gdje se NF-ATc dimerizira s NF-ATn. Formira se heterodimerni aktivni nuklearni faktor NFAT koji aktivira gene za interleukin-2 (IL-2) T-stanični faktor rasta ključan za proliferaciju T-stanica i generiranje efektorskih i memorijskih T-limfocita.[4]
Uloga kalcineurina u bolestima
Kalcineurin je protein koji se pojavljuje u mnogim staničnim procesima, u normalnom stanju organizma i prilikom bolesti. Neki od bolesti u kojima ulogu posjeduje kalcineurin su:
Poremećaji imunosnog sustava
Uloga kalcineurina neizostavna je u imunološkom odgovoru posredovanim T-limfocitima. Prilikom povećane koncentracije kalcija unutar stanice, kalmodulin se veže za kalcineurin i aktivira ga. Visoka razina kalcija potiče defosforilaciju NFAT proteina omogućujući im ulazak u jezgru i aktivaciju transkripcije citokina. Navedeno potiče upalne procese prekomjernom akumulacijom aktiviranih T-limfocita čime se potiče razvoj upalnih i autoimunih bolesti.[5][6]
Kardiomiopatija
Srčana hipertrofija nastaje zbog povećanog opterećenja mišića srca što može rezultirati zatajenjem srca. Prilikom povećane koncentracije kalcija aktivira se kalcineurin koji doprinosi razvoju hipertrofije. U svrhu prevencije srčane hipertrofije nastoji se inhibirati aktivnost kalcineurina i održati normalnu funkciju srca.[5][6]
Neurodegenerativni poremećaji
Uloga kalcineurina očituje se u funkciji neurona i astrocita čime se utječe na sinaptičke funkcije i sposobnost memorije. Izmjena u koncentraciji kalcija u bolestima kao što su Alzheimerova bolest i Parkinsonova bolest potiče upalne procese. Inhibicijom aktivnosti kalcineurina pojavljuje se potencijalna terapijska strategija u borbi protiv neurodegenerativnih bolesti.[5]
Rak
Aktivacijom NFAT proteina i kalcineurina potiče se progresija i preživljavanje stanica raka, njihova proliferacija, migracija, invazija i metastaziranje. Kalcineurinskom inhibicijom potencijalno se reducira rizik od nekontrolirane proliferacije stanice raka.[5]
Izvori
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 Creamer, Trevor P. (28. kolovoz 2020.). "Calcineurin". Cell Communication and Signaling 18 (1): 137. doi:10.1186/s12964-020-00636-4. ISSN 1478-811X. PMC PMC7456046. PMID 32859215. https://doi.org/10.1186/s12964-020-00636-4
- ↑ 2,0 2,1 2,2 Rusnak, Frank; Mertz, Pamela (10. siječanj 2000.). "Calcineurin: Form and Function" (engl.). Physiological Reviews 80 (4): 1483–1521. doi:10.1152/physrev.2000.80.4.1483. ISSN 0031-9333. https://www.physiology.org/doi/10.1152/physrev.2000.80.4.1483
- ↑ Park, Yune-Jung; Yoo, Seung-Ah; Kim, Mingyo; Kim, Wan-Uk (10. ožujak 2020.). "The Role of Calcium–Calcineurin–NFAT Signaling Pathway in Health and Autoimmune Diseases" (engl.). Frontiers in Immunology 11. doi:10.3389/fimmu.2020.00195. ISSN 1664-3224. PMC PMC7075805. PMID 32210952. https://www.frontiersin.org/journals/immunology/articles/10.3389/fimmu.2020.00195/full
- ↑ Ponticelli, Claudio; Reggiani, Francesco; Moroni, Gabriella (1. siječanj 2021.). "Old and New Calcineurin Inhibitors in Lupus Nephritis" (engl.). Journal of Clinical Medicine. https://doi.org/10.3390/jcm10214832
- ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 Chen, Lei; Song, Min; Yao, Chunyan (1. srpanj 2022.). "Calcineurin in development and disease" (engl.). Genes & Diseases 9 (4): 915–927. doi:10.1016/j.gendis.2021.03.002. https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S2352304221000349
- ↑ 6,0 6,1 Shibasaki, F.; Hallin, U.; Uchino, H. (1. siječanj 2002.). "Calcineurin as a Multifunctional Regulator" (engl.). Journal of Biochemistry 131 (1): 1–15. doi:10.1093/oxfordjournals.jbchem.a003063. ISSN 0021-924X. https://academic.oup.com/jb/article-lookup/doi/10.1093/oxfordjournals.jbchem.a003063