β-katenin (beta katenin), također poznat pod nazivom katenin beta-1, je dio proteinske porodice katenina te čini podjedinicu kadherin proteinskog kompleksa.
β-katenin u ljudi kodira gen CTNNB1 te ga stanice konstantno produciraju, a regulacija samog proteina vrši se degradacijom pomoću destrukcijskog kompleksa.
Ne posjeduje intrinzičnu katalitičku reaktivnost, no sudjeluje u mnogim proteinskim reakcijama kao protein-skela. 1980-ih otkrile su ga dvije različite grupe znanstvenika u kontekstu različitih proteinskih odnosa – Wnt signalnog puta te interakcija s E-kadherinom. Dobro je konzerviran protein među vrstama, te se ekspresira u većini tkiva, no njegove mutacije povezane su uz brojne karcinome.
Struktura β-katenina mini|Struktura ljudskog β-katenina Ljudski protein β-katenin sačinjen je od 781 aminokiselina s prepoznatljivom N-terminalnom i C-terminalnim domenom te središnje regije sastavljene od 12 Armadillo ponavljanja. Specifična konzervirana spirala Helix-C nalazi se proksimalno od C-terminalne domene, uz posljednje Armadillo ponavljanje. Središnja regija tvori relativno krutu strukturu koja služi kao vezno mjesto za interakcijske partnere na staničnoj membrani, u citosolu i staničnoj jezgri, dok su N-terminalna i C-terminalna domena strukturalno fleksibilne.
Središnja domena Središnja struktura sačinjena je od 12 Armadillo ponavljajućih domena (ARM) s 42 aminokiselinska ostatka gdje je svaka domena strukturirana od tri α-heliksa koja su raspoređena u trokutastom obliku. ARM domene zajedno tvore strukturu superheliksa s dugim i pozitivno nabijenim žlijebom.
Središnja domena služi kao vezno mjesto za interakcijske partnere bitne za staničnu adheziju i Wnt signalni put, a ključne molekule koje interagiraju s β-kateninom su E-kadherin, glavni partner u adherensnim spojevima, APC, glavni partner u kompleksu za destrukciju i TCF/Lef kao glavni partner u staničnoj jezgri. Interakcijski partneri vežu se na središnje mjesto s ARM ponavljanjima R3–R9, gdje tvore mostove soli s dva ključna lizinska aminokiselinska ostatka, Lys312 i Lys435.
N-terminalna i C-terminalna domena Središnja domena okružena je fleksibilnim N-terminalnim i C-terminalnim domenama koje su osjetljive na proteaznu razgradnju. Obje domene posreduju u protein-protein interakcijama.
N-terminalna domena povezuje kompleks β-katenin/E-kadherin s α-kateninom u svrhu regulacije citoskeleta. N-terminalna domena sadrži mjesta za fosforilaciju gdje tijekom razgradnje citosolnog β-katenina dolazi do ubikvitinacije kada je fosforiliran N-terminalni kraj proteina.
C-terminalna domena β-katenina služi kao mjesto vezanja kompleksa koji potiču transkripciju posredovanu β-kateninom. Neki od kompleksa koji su eksperimentalno potvrđeni uključuju histon modificirajuće komplekse i komplekse preoblikovanja kromatina.
Ulazak u jezgru Točan mehanizam ulaska β-katenin u staničnu jezgru je nepoznat. Zbog prevelike molekularne težine nije moguća pasivna difuzija u jezgru. Ne posjeduje NLS (engl. Nuclear Localization Signal), odnosno jezgrin lokalizacijski signal, koji je potreban za samostalan ulazak u jezgru. Zbog toga se pretpostavlja da ulazak vrši vezanjem uz proteine šaperone koji posjeduju NLS. Također je poznato kako protein importin-β kompetitivno inhibira ulazak β-katenina u jezgru što indicira kako ta dva proteina dijele ista vezna mjesta na nukleoporinima jezgrine membrane.
Protein-protein interakcije β-katenin sudjeluje u mnogobrojnim interakcijama s proteinima, no najpoznatije i najbolje istražene su interakcije unutar Wnt signalnog puta te stanične adhezije.
Wnt/β-katenin signalni put Wnt signal izuzetno je bitan za regulaciju β-katenin. Bez vezanja Wnt-a za transmembranski protein FZD (engl. Frizzled) destrukcijski kompleks sastavljen od 6 proteina ubikvitinira i fosforilira β-katenin, što započinje njegovu proteosomalnu degradaciju .
Ukoliko je Wnt signal prisutan, FZD fosforilira susjedni protein LRP5/6 što dovodi da se DVL (engl. dishevelled) veže za LRP5/6, dovodeći ostatak destrukcijskog kompleksa i oslobađajući β-katenin. Razine β-katenin zatim rastu u citosolu te dio molekula ulazi u jezgru. U jezgri β-katenin se vezuje za TCF/LEF1 i time omogućuje ekspresiju Wnt-targetiranih gena. Ti geni su ključni za obnovu matičnih stanica, staničnu diobu te embriogenezu. Njihova deregulacija povezana je uz karcinome.
Metode proučavanja β-katenina β-katenin se proučava različitim eksperimentalnim metodama koje omogućuju praćenje njegove aktivnosti, količine, lokalizacije u stanicama te interakcije s drugim proteinima. Jedna od najčešće korištenih metoda je TOPFlash/FOPFlash reporterski esej, kojim se mjeri aktivnost Wnt/β-kateninskog signalnog puta. Kada je β-katenin aktivan i ulazi u jezgru stanice, dolazi do pojačane ekspresije luciferaze. Intenzitet signala može se izmjeriti luminometrom. Ova metoda posebno je važna u istraživanju tumorskih stanica i ispitivanju potencijalnih inhibitora Wnt signalnog puta.
Druga važna metoda je Western blot esej. Omogućuje određivanje količine ukupnog i aktivnog β-katenina u stanicama. Na taj se način može usporediti razina β-katenina između zdravih i tumorskih tkiva te pratiti učinak terapije na signalni put.
Za određivanje lokalizacije β-katenina koristi se imunofluorescencija. Fluorescentno označenim protutijelima prati se nalazi li se protein u membrani, citoplazmi ili jezgri stanice.
Koimunoprecipitacija koristi se za analizu proteinskih interakcija β-katenina. Kromatin-imunoprecipitacija omogućuje analizu gena koje β-katenin aktivira u jezgri stanice, uključujući gene povezane s proliferacijom i rastom stanica.
Bolesti povezane s β-kateninom Poremećena regulacija β-katenina povezana je s razvojem brojnih bolesti, posebno karcinoma. Najčešće se ističe u kontekstu kolorektalnog karcinoma. Mutacije APC gena dovode do nakupljanja β-katenina i aktivacije gena odgovornih za nekontroliranu proliferaciju stanica. Slični mehanizmi sudjeluju i u razvoju hepatocelularnog karcinoma.
Poremećaji β-kateninske signalizacije opaženi su i kod benignih tumora poput pilomatriksoma, tumora folikula dlake. Aktivirajuće mutacije β-katenina uzrokuju abnormalnu proliferaciju stanica folikula dlake.
β-katenin ima važnu ulogu u živčanom sustavu, gdje smanjena aktivnost Wnt/β-kateninskog signalnog puta može doprinijeti razvoju Alzheimerove bolesti i povećanoj osjetljivosti neurona na degeneraciju.
Uz navedene bolesti, poremećaji β-kateninske signalizacije dovode se u vezu i s drugim stanjima poput plućne fibroze, melanoma, leukemija i različitih razvojnih poremećaja. Sve to pokazuje koliko je precizna regulacija β-katenina važna za normalno funkcioniranje organizma.
Izvori
Kategorija:Bjelančevine