Dynamik des Zytoskeletts in der Nähe von MembranenBearbeiten

PIP2 reguliert die Organisation, Polymerisation und Verzweigung von filamentösem Aktin (F-Aktin) durch direkte Bindung an F-Aktin-Regulationsproteine.

Endozytose und ExozytoseBearbeiten

Die ersten Hinweise darauf, dass Phosphoinositide (PIs) (insbesondere PI(4,5)P2) während des Exozytoseprozesses wichtig sind, stammen aus dem Jahr 1990. Emberhard et al. fanden heraus, dass die Gabe von PI-spezifischer Phospholipase C in Digitonin-permeabilisierte Chromaffinzellen den PI-Spiegel verringerte und die durch Kalzium ausgelöste Exozytose hemmte. Diese Exozytosehemmung erfolgte vorzugsweise in einer ATP-abhängigen Phase, was darauf hindeutet, dass die PI-Funktion für die Sekretion erforderlich ist. Spätere Studien ergaben, dass in dieser Phase assoziierte Proteine erforderlich sind, wie das Phosphatidylinositol-Transferprotein und die Phosphoinositol-4-Monophosphatase-5-Kinase Typ Iγ (PIPKγ), die die PI(4,5)P2-Wiederherstellung in der durchlässigen Zellinkubation auf ATP-abhängige Weise vermittelt. In diesen späteren Studien hemmten PI(4,5)P2-spezifische Antikörper die Exozytose stark und lieferten damit den direkten Beweis dafür, dass PI(4,5)P2 während des LDCV (Large dense core vesicle)-Exozytoseprozesses eine zentrale Rolle spielt.

Durch die Identifizierung PI-spezifischer Kinasen/Phosphatasen und die Entdeckung von PI-Antikörpern/Arzneimitteln/Blockern wurde die Rolle von PI (insbesondere PI(4,5)P2) bei der Sekretionsregulierung eingehend untersucht. Studien, bei denen eine Überexpression der PHPLCδ1-Domäne (die als PI(4,5)P2-Puffer oder -Blocker wirkt), ein PIPKIγ-Knockout in Chromaffinzellen und im zentralen Nervensystem, ein PIPKIγ-Knockdown in Beta-Zelllinien und eine Überexpression der membrangebundenen Inositol-5-Phosphatase-Domäne von Synaptojanin 1 verwendet wurden, deuteten alle darauf hin, dass die Sekretion von Vesikeln (synaptische Vesikel und LDCV) nach einer PI(4,5)P2-Verarmung oder -Blockade stark beeinträchtigt ist. Darüber hinaus zeigten einige Studien eine beeinträchtigte/verringerte RRP dieser Vesikel, obwohl die Anzahl der angedockten Vesikel nach einer PI(4,5)P2-Depletion nicht verändert war, was auf einen Defekt in einem Stadium vor der Fusion (Priming-Stadium) hindeutet. Folgestudien deuteten darauf hin, dass PI(4,5)P2-Interaktionen mit CAPS, Munc13 und Synaptotagmin1 wahrscheinlich eine Rolle bei diesem PI(4,5)P2 abhängigen Priming-Defekt spielen.

IP3/DAG-SignalwegBearbeiten

PIP2 fungiert als Zwischenstufe im ], der durch die Bindung von Liganden an G-Protein-gekoppelte Rezeptoren initiiert wird, die die Gq alpha-Untereinheit aktivieren. PtdIns(4,5)P2 ist ein Substrat für die Hydrolyse durch Phospholipase C (PLC), ein membrangebundenes Enzym, das durch Proteinrezeptoren wie die α1-Adrenozeptoren aktiviert wird. PIP2 reguliert die Funktion vieler Membranproteine und Ionenkanäle, wie z. B. des M-Kanals. Die Produkte der PLC-Katalyse von PIP2 sind Inositol-1,4,5-Trisphosphat (InsP3; IP3) und Diacylglycerin (DAG), die beide als zweite Botenstoffe fungieren. In dieser Kaskade verbleibt DAG an der Zellmembran und aktiviert die Signalkaskade durch Aktivierung der Proteinkinase C (PKC). PKC wiederum aktiviert andere zytosolische Proteine, indem sie diese phosphoryliert. Die Wirkung von PKC kann durch Phosphatasen rückgängig gemacht werden. IP3 gelangt in das Zytoplasma und aktiviert IP3-Rezeptoren am glatten endoplasmatischen Retikulum (ER), wodurch Kalziumkanäle am glatten ER geöffnet werden, was die Mobilisierung von Kalziumionen durch spezifische Ca2+-Kanäle in das Zytosol ermöglicht. Calcium ist an der Kaskade beteiligt, indem es andere Proteine aktiviert.

Andocken von PhospholipidenBearbeiten

PI-3-Kinasen der Klasse I phosphorylieren PtdIns(4,5)P2 und bilden Phosphatidylinositol(3,4,5)-trisphosphat (PtdIns(3,4,5)P3), und PtdIns(4,5)P2 kann aus PtdIns4P umgewandelt werden. PtdIns4P, PtdIns(3,4,5)P3 und PtdIns(4,5)P2 dienen nicht nur als Substrate für Enzyme, sondern auch als Andockphospholipide, die spezifische Domänen binden, welche die Rekrutierung von Proteinen an der Plasmamembran und die anschließende Aktivierung von Signalkaskaden fördern.

• Beispiele für Proteine, die durch PtdIns(3,4,5)P3 aktiviert werden, sind AKT, PDPK1, Btk1.
• Ein Mechanismus für die direkte Wirkung von PtdIns(4,5)P2 ist die Öffnung von Na+-Kanälen als Nebenfunktion bei der Freisetzung von Wachstumshormonen durch Wachstumshormon-freisetzendes Hormon.

KaliumkanäleEdit

Es hat sich gezeigt, dass einwärts gleichrichtende Kaliumkanäle das Andocken von PIP2 für die Kanalaktivität benötigen.

G-Protein-gekoppelte RezeptorenEdit

Es hat sich gezeigt, dass PtdIns(4,5)P2 die aktiven Zustände von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCRs) der Klasse A durch direkte Bindung stabilisiert und ihre Selektivität gegenüber bestimmten G-Proteinen erhöht.

G-Protein-gekoppelte RezeptorkinasenEdit

PIP2 rekrutiert nachweislich die G-Protein-gekoppelte Rezeptorkinase 2 (GRK2) an die Membran durch Bindung an den großen Lappen von GRK2. Dadurch wird GRK2 stabilisiert und so ausgerichtet, dass eine effizientere Phosphorylierung des beta-adrenergen Rezeptors, einer Art GPCR, möglich ist.

RegulierungBearbeiten

PIP2 wird durch viele verschiedene Komponenten reguliert. Eine neue Hypothese besagt, dass die PIP2-Konzentration lokal aufrechterhalten wird. Einige der an der PIP2-Regulierung beteiligten Faktoren sind:

• Lipidkinasen, Lipidphosphatase
• Lipidtransferproteine
• Wachstumsfaktoren, Kleine GTPasen
• Zellanhaftung
• Zell-Zell-Interaktion
• Veränderung des Zellvolumens
• Zelldifferenzierungszustand
• Zellstress