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層粘連蛋白

層粘連蛋白（英語：laminin）是細胞外基質的高分子量（~400至~900kDa）糖蛋白。它們是基底層（基底膜的一層）的主要成分，是大多數細胞和器官的一個蛋白質網絡基礎。層粘連蛋白是基底層的重要和生物活性部分，影響細胞分化，遷移和黏附[1][2]。

層粘連蛋白-111複合物（laminin-111 complex) 的結構域。整體外形似不對稱十字架，有一條長臂（三鏈螺旋）和三條短臂（單鏈），末端均呈球狀。
層粘連蛋白-111和細胞表面受體的假定結合位點
層粘連蛋白-111在上皮組織的位置，其與α6β4整合素相互作用具細胞黏附功能

層粘連蛋白是由三條不同的肽鏈（α-鏈，β-鏈，γ-鏈）組成異源三聚體，外形似不對稱十字架，呈一條長臂（三鏈螺旋）和三條短臂（單鏈），末端均為球狀。其α-鏈，β-鏈和γ-鏈分別有五種，四種和三種遺傳變體。層粘連蛋白分子根據其鏈組成命名。例如層粘連蛋白-511含有α5，β1和γ1鏈[3]。

三聚體蛋白相交形成十字形結構，可以與其他細胞膜和細胞外基質分子結合[4]。三個較短的臂特別擅長與其他層粘連蛋白分子結合，這允許它們形成片。長臂能夠與細胞結合，這有助於將有組織的組織細胞錨定到膜上。

層粘連蛋白家族的糖蛋白是生物體幾乎每個組織中結構支架的組成部分。 它們被分泌並摻入細胞相關的細胞外基質中。 層粘連蛋白對組織的維持和存活至關重要。 有缺陷的層粘連蛋白可導致肌肉形成不當，導致肌肉營養不良，致命的皮膚水疱病（交界性大疱性表皮鬆解症（英語：Junctional epidermolysis bullosa (medicine)））和腎臟過濾器（腎病症候群）的缺陷[5]。

類型

分子生物學家已經鑑定了15種層粘連蛋白三聚體。層粘連蛋白是不同的α-，β-和γ-鏈的組合[6]。

  • 五種形式的α-鏈是：LAMA1，LAMA2，LAMA3（具有三種剪接形式），LAMA4，LAMA5
  • β-鏈包括：LAMB1，LAMB2，LAMB3，LAMB4（注意，沒有已知的層粘連蛋白三聚體包含LAMB4，其功能仍然知之甚少）
  • γ鏈是：LAMC1，LAMC2，LAMC3

層粘連蛋白先前已經被發現，即層粘連蛋白-1，層粘連蛋白-2，層粘連蛋白-3等，但是命名法被改變以描述每種同種型中存在哪些鏈（層粘連蛋白-111，層粘連蛋白-211等）[3]。 此外，許多層粘連蛋白在層粘連蛋白命名法到位之前具有俗名(common names)[7][8]。

舊的命名法 舊同義詞 鏈組成 新的命名法
Laminin-1 EHS laminin α1β1γ1 Laminin-111
Laminin-2 Merosin α2β1γ1 Laminin-211
Laminin-3 S-laminin α1β2γ1 Laminin-121
Laminin-4 S-merosin α2β2γ1 Laminin-221
Laminin-5 / Laminin-5A Kalinin, epiligrin, nicein, ladsin α3Aβ3γ2 Laminin-332 / Laminin-3A32
Laminin-5B α3Bβ3γ2 Laminin-3B32
Laminin-6 / Laminin-6A K-laminin α3Aβ1γ1 Laminin-311 / Laminin-3A11
Laminin-7 / Laminin-7A KS-laminin α3Aβ2γ1 Laminin-321 / Laminin-3A21
Laminin-8 α4β1γ1 Laminin-411
Laminin-9 α4β2γ1 Laminin-421
Laminin-10 Drosophila-like laminin α5β1γ1 Laminin-511
Laminin-11 α5β2γ1 Laminin-521
Laminin-12 α2β1γ3 Laminin-213
Laminin-14 α4β2γ3 Laminin-423
α5β2γ2 Laminin-522
Laminin-15 α5β2γ3 Laminin-523

功能

層粘連蛋白形成獨立的網絡，並通過entactin的IV型膠原蛋白（英語：Type IV collagen）網絡[9]，纖連蛋白[10]，和perlecan相關。 它們還通過整合素受體和其他質膜分子與細胞膜結合，如dystroglycan糖蛋白複合物和Lutheran血型糖蛋白[4]。 通過這些相互作用，層粘連蛋白有助於細胞附著和分化，細胞形狀和運動，維持組織表型，促進組織存活[4][6]。 層粘連蛋白的這些生物學功能中的一些與特定的胺基酸序列或層粘連蛋白的片段有關[4]。 例如，位於層粘連蛋白α鏈上的肽序列[GTFALRGDNGDNGQ]促進內皮細胞的黏附[11]。

層粘連蛋白α4分布在多種組織中，包括周圍神經系統，背根神經節，骨骼肌和毛細血管; 在神經肌肉接點處，它是突觸專業化所必需的[12]。 層粘連蛋白-G結構域的結構已經被預測類似於五聚蛋白（英語：Pentraxins）[13]。

在神經發育中的作用

層粘連蛋白-111是神經軸突將在體內和體外生長的主要底物。 例如，它奠定了發展視網膜神經節細胞從視網膜到頂蓋的途徑。 它也經常用作細胞培養實驗中的底物。

在周圍神經修復中的作用

層粘連蛋白在周圍神經損傷後在損傷部位富集並由施旺細胞分泌。 周圍神經系統的神經元表達整合素受體，其附著於層粘連蛋白並在損傷後促進神經再生（英語：Neuroregeneration）[14]。

病理

一種特定層粘連蛋白，層粘連蛋白-211的功能失調結構是一種形式的先天性肌營養不良（英語：Congenital muscular dystrophy）的原因[15]。 層粘連蛋白-211由α2，β1和γ1鏈組成。 這種層粘連蛋白的分布包括大腦和肌肉纖維。 在肌肉中，它通過G結構域與α-dystroglycan和整合素α7-β1結合，並且通過另一端與細胞外基質結合。

上皮細胞黏附到基底膜所必需的層粘連蛋白-332異常，導致稱為交界性大疱性表皮鬆解症（英語：Junctional epidermolysis bullosa (medicine)）的病症，其特徵在於全身性水疱，皮膚和黏膜的旺盛肉芽組織，以及凹陷的牙齒。

腎臟過濾器中的功能性層粘連蛋白-521導致蛋白質滲漏到尿液中和腎病症候群[5]。

層粘連蛋白質結構域

Laminin Domain I
鑑定
標誌Laminin_I
PfamPF06008（舊版）
InterPro（英語：InterPro）IPR009254
Laminin Domain II
鑑定
標誌Laminin_II
PfamPF06009（舊版）
InterPro（英語：InterPro）IPR010307
Laminin B (Domain IV)
鑑定
標誌Laminin_B
PfamPF00052（舊版）
InterPro（英語：InterPro）IPR000034
Laminin EGF-like (Domains III and V)
 
crystal structure of three consecutive laminin-type epidermal growth factor-like (le) modules of laminin gamma1 chain harboring the nidogen binding site
鑑定
標誌Laminin_EGF
PfamPF00053（舊版）
Pfam宗系CL0001（舊版）
InterPro（英語：InterPro）IPR002049
PROSITE（英語：PROSITE）PDOC00021
SCOP（英語：Structural Classification of Proteins）1tle / SUPFAM
Laminin G domain
 
laminin alpha 2 chain lg4-5 domain pair, ca1 site mutant
鑑定
標誌Laminin_G_1
PfamPF00054（舊版）
Pfam宗系CL0004（舊版）
InterPro（英語：InterPro）IPR012679
SCOP（英語：Structural Classification of Proteins）1qu0 / SUPFAM
Laminin G domain
 
the structure of the ligand-binding domain of neurexin 1beta: regulation of lns domain function by alternative splicing
鑑定
標誌Laminin_G_2
PfamPF02210（舊版）
Pfam宗系CL0004（舊版）
InterPro（英語：InterPro）IPR012680
SMART（英語：Simple Modular Architecture Research Tool）TSPN
Laminin N-terminal (Domain VI)
鑑定
標誌Laminin_N
PfamPF00055（舊版）
Pfam宗系CL0202（舊版）
InterPro（英語：InterPro）IPR008211
SMART（英語：Simple Modular Architecture Research Tool）LamNT
SCOP（英語：Structural Classification of Proteins）1klo / SUPFAM

層粘連蛋白含有幾個保守的蛋白質結構域。

結構域I和結構域II

層粘連蛋白是三聚體分子; 層粘連蛋白-1是α1β1γ1三聚體(Protein trimer)。 已經提出，來自層粘連蛋白A，B1和B2的結構域I和II可以聚集在一起形成三捲曲螺旋的螺旋結構[16]。

層粘連蛋白B結構域

層粘連蛋白B結構域（也稱為結構域IV）是功能未知的胞外(extracellular)模塊。 它存在於許多不同的蛋白質中，包括來自基底膜的硫酸乙醯肝素蛋白聚糖，來自秀麗隱杆線蟲的層粘連蛋白樣蛋白質和層粘連蛋白。 在短層粘連蛋白鏈（α4或β3）中未發現層粘連蛋白IV結構域。

EGF樣結構域

除了不同類型的球狀結構域外，每個層粘連蛋白亞基在其前半部分含有長度約為60個胺基酸的連續重複序列，其中包括8個保守的半胱氨酸[17]。該結構域的三級結構在N端與EGF樣結構域（英語：EGF-like domain）模塊的三級結構相似[18][19]。 它也被稱為'LE'或'層粘連蛋白型EGF樣'結構域。 不同形式的層粘連蛋白中層粘連蛋白EGF樣結構域的拷貝數量是高度可變的; 從3份至22份拷貝數量已被發現。在小家鼠的層粘連蛋白γ-1鏈中，第七個LE結構域已被證明是唯一一個與巢蛋白具有高親和力結合的結構域[20]。 結合位點位於環C1-C3和C5-C6內的表面上[18][19]。 層粘連蛋白中長的連續層粘連蛋白EGF樣結構域形成有限柔韌性的棒狀元件，這決定了基底膜層粘連蛋白網絡形成的空間間隔[21][22]。

含有層粘連蛋白結構域的人類蛋白

層粘連蛋白結構域I

LAMA1; LAMA2（英語：LAMA2）; LAMA3（英語：LAMA３）; LAMA4（英語：LAMA４）; LAMA5（英語：LAMA５）;

層粘連蛋白結構域II

LAMA1; LAMA2（英語：LAMA2）; LAMA3（英語：LAMA３）; LAMA4（英語：LAMA４）; LAMA5（英語：LAMA５）;

層粘連蛋白EGF樣結構域（結構域III和V）

AGRIN; ATRN; ATRNL1; CELSR1; CELSR2; CELSR3; CRELD1; HSPG2; LAMA1; LAMA2（英語：LAMA2）; LAMA3（英語：LAMA３）; LAMA4（英語：LAMA４）; LAMA5（英語：LAMA５）; LAMB1; LAMB2; LAMB3; LAMB4; LAMC1; LAMC2; LAMC3; MEGF10; MEGF12; MEGF6; MEGF8; MEGF9; NSR1; NTN1; NTN2L; NTN4; NTNG1; NTNG2; RESDA1; SCARF1; SCARF2; SREC; STAB1; USH2A;

層粘連蛋白G結構域（結構域IV）

AGRIN; CELSR1; CELSR2; CELSR3; CNTNAP1; CNTNAP2; CNTNAP3; CNTNAP3B; CNTNAP4; CNTNAP5; COL11A1; COL11A2; COL12A1; COL14A1; COL15A1; COL16A1; COL18A1; COL19A1; COL20A1; COL21A1; COL22A1; COL24A1; COL27A1; COL5A1; COL5A3; COL9A1; CRB1; CRB2; CSPG4; EGFLAM; EYS; FAT; FAT2; FAT3; FAT4; GAS6; HSPG2; LAMA1; LAMA2（英語：LAMA2）; LAMA３（英語：LAMA３）; LAMA4（英語：LAMA４）; LAMA5（英語：LAMA５）; NELL1; NELL2; NRXN1; NRXN2; NRXN3; PROS1; SLIT1; SLIT2; SLIT3; SPEAR; THBS1; THBS2; THBS3; THBS4; USH2A;

層粘連蛋白N端（結構域VI）

LAMA1; LAMA2（英語：LAMA2）; LAMA３（英語：LAMA３）; LAMA5（英語：LAMA５）; LAMB1; LAMB2; LAMB3; LAMB4; LAMC1; LAMC3; NTN1; NTN2L; NTN4; NTNG1; NTNG2; USH2A;

參閱

參考資料

  1. ^ Timpl R, Rohde H, Robey PG, Rennard SI, Foidart JM, Martin GR. Laminin--a glycoprotein from basement membranes. The Journal of Biological Chemistry. October 1979, 254 (19): 9933–7. PMID 114518. 
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  3. ^ 3.0 3.1 Aumailley M, Bruckner-Tuderman L, Carter WG, Deutzmann R, Edgar D, Ekblom P, Engel J, Engvall E, Hohenester E, Jones JC, Kleinman HK, Marinkovich MP, Martin GR, Mayer U, Meneguzzi G, Miner JH, Miyazaki K, Patarroyo M, Paulsson M, Quaranta V, Sanes JR, Sasaki T, Sekiguchi K, Sorokin LM, Talts JF, Tryggvason K, Uitto J, Virtanen I, von der Mark K, Wewer UM, Yamada Y, Yurchenco PD. A simplified laminin nomenclature. Matrix Biology. August 2005, 24 (5): 326–32. PMID 15979864. doi:10.1016/j.matbio.2005.05.006. 
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外部連結

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