Phospholipase C

Verwandte Lektüre

Entdeckung

Im Jahr 1953 berichtete eine Studie, dass die Zugabe von Acetylcholin oder Carbamoylcholin zu Pankreaszellen Phospholipide produzieren würde. In diesen Studien wurde ³²P verwendet, um einen 7-fachen Anstieg der Phospholipidspiegel in medikamentenbehandelten Proben im Vergleich zu Kontrollschnitten nachzuweisen, was der erste Beweis für die Funktion von Phospholipase C (PLC) in Zellen ist. 1975 zeigten Studien, dass PLC-Präparate verwendet werden können, um Phosphatidylinositol zu spalten. 1981 wurde das erste gereinigte Präparat von PLC erhalten. Einige Jahre später wurde entdeckt, dass Inositol 1,4,5-Trisphosphat (IP₃), das durch die Spaltung von Phosphatidylinositol 4,5-Bisphosphat (auch bekannt als PI (4,5) P₂ oder PIP₂) produziert wird, die Freisetzung von Ca²⁺  aus intrazellulären Speichern induzieren kann. Diese wichtige Beobachtung hat das Verständnis der Funktion von PLC in lebenden Organismen gefördert. Schließlich wurden die cDNAs von PLCβ, PLCγ, PLCδ, PLCε und PLCηPLCζ alle kloniert. PIP₂ spielt eine zentrale Rolle bei der Regulierung vieler zellulärer Prozesse. PLC wird aktiviert, nachdem Zellen durch Tyrosinkinase-Rezeptoren, B-Zell-Rezeptoren, T-Zell-Rezeptoren, Fc-Rezeptoren, G-Protein-gekoppelte Rezeptoren oder Integrin-Adhäsionsproteine über kognate Liganden wie Neurotransmitter, Wachstumsfaktoren, Histamin und Hormone stimuliert wurden.

Abbildung 1. Drei Hauptwege zur Aktivierung der Phospholipase C (PLC) (Bill, C.A.; Vines, C.M. 2021)

Spaltung von PIP₂ und Signalgebung

PLC ist ein zytoplasmatisches Protein, das auf zelluläre Stimuli reagiert, indem es Lipidraft in der Plasmamembran lokalisiert und die Hydrolyse der phosphorylierten Form von Phosphatidylinositol katalysiert, wodurch letztendlich der PIP₂-Spiegel in der Zelle kontrolliert wird. Es wird berichtet, dass diese Enzyme die Lyse von Phosphatidylinositol mit >1000s⁻¹ bei 30 °C und niedriger Substratkonzentration erhöhen können, aber es ist wahrscheinlich, dass sie eine Rate von >5000s^-1 erreichen. Als bevorzugtes Substrat für PLC ist PIP₂ ein Phospholipid, das nicht häufig in der Plasmamembran vorkommt, gefolgt von Phosphatidylinositolphosphat (PIP) und dann Phosphatidylinositol (PI). Die Spaltung von PIP₂ führt zur Produktion von zwei Produkten. Eines davon ist Diacylglycerol (DAG), das für die Aktivierung der calciumabhängigen Proteinkinase C (PKC) verantwortlich ist, die nachgelagerte Effektoren phosphoryliert und eine Reihe nachfolgender Zellfunktionen aktiviert, einschließlich der Regulierung der Zellproliferation, Zellpolarität, Lernen, Gedächtnis und räumliche Verteilung von Signalen, usw. DAG, das an die Membran gebunden ist, kann gespalten werden, um ein weiteres Signalmolekül, Arachidonsäure, zu produzieren. 

Ein weiteres Produkt ist IP₃, das ein kleines wasserlösliches Molekül ist. Es diffundiert von der Membran weg und bindet an den IP₃-Rezeptor im endoplasmatischen Retikulum durch das Zytosol, wodurch die Freisetzung von Ca²⁺ induziert wird. Die zytoplasmatischen Calciumspiegel steigen schnell an und führen zu charakteristischen Calciumsprüngen, die die Zellaktivierung signalisieren. Ca²⁺  aktiviert wiederum nachgelagerte Transkriptionsfaktoren, was zu einer Vielzahl von Genaktivierungswegen führt. Auf diese Weise spielt die PLC-Signaltransduktion eine wesentliche Rolle bei der Regulierung von Proliferation, Differenzierung, Befruchtung, Zellteilung, Wachstum, Modifikation der Genexpression, Degranulation, Sekretion und Beweglichkeit.

Abbildung 2. Strukturen der 6 verschiedenen identifizierten Mitglieder der PLC-Familie (Bill, C.A.; Vines, C.M. 2021)

Methoden zur Hemmung von PLC

Es gibt viele chemische Inhibitoren, die verwendet werden können, um die PLC-Funktion zu blockieren. Ein häufig verwendeter Pan-Inhibitor von PLC, 1-[6-((17β-3-Methoxyestra-1,3,5(10)trien-17-yl)amino)hexyl]-1H-Pyrrol-2,5-dion (U73122), wirkt, indem er die Translokation von Enzymen zur Membran verhindert. Neuere Studien haben gezeigt, dass, wenn die Phospholipase mit gemischten Mizellen assoziiert ist, U73122 kovalente Assoziationen mit menschlicher PLCβ3 bildet.

Allerdings schlugen Klein et al. vor, dass, obwohl U73122 in vielen Studien als Pan-Inhibitor von PLC verwendet wurde, U73122 PLC nicht hemmt, sondern menschliche PLCγ1, menschliche PLCβ2 und menschliche PLCβ3 aktiviert, die in Mizellen in unterschiedlichem Maße integriert wurden. In diesen Studien wird die gereinigte Form von PLC verwendet, sodass unklar ist, wie U73122 funktioniert, um das Ausmaß der PLC-Aktivierung zu regulieren. Darüber hinaus gibt es mindestens drei andere bekannte PLC-Inhibitoren und zwei Aktivatoren, aber sie sind nicht spezifisch. Die Deletion der Heterozygotie spezifischer PLC-Familienmitglieder durch siRNA kann jedoch gezielte Ergebnisse liefern. In Zukunft ist die Verwendung von siRNA zur Identifizierung spezifischer PLC-Familienmitglieder, die an einer zellulären Reaktion beteiligt sind, eine leistungsstarke Methode.

Neueste Entwicklungen zeigen, dass die Verwendung von CRISPR Cas9-Technologie wahrscheinlich verwendet wird, um spezifische PLC-Isoformen zu zielen. Der hochspezifische 3-Phosphoinositid-abhängige Proteinkinase 1 (PDK1)-Inhibitor 2-O-Benzyl-myo-Inositol 1,3,4,5,6-Pentakisphosphat (2-O-Bn-InsP5) kann ebenfalls die Phosphorylierung von PLCγ1 und andere durch EGFR in PLCγ1-abhängigen Zellen induzierte Funktionen blockieren. Diese Interaktion erfolgt über die PH-Domäne von PDK1. Der Verlust der Phosphorylierung verhindert die Aktivität von PLCγ1 und die nachgelagerte Zellmigration und -invasion und wurde als Leitverbindung für anti-metastatische Medikamente betrachtet.