Нейроглобін

NGB (англ. Neuroglobin) – внутрішньоклітинний гемопротеїн, представник сімейства глобінових, що бере участь у кисневому гомеостазі і експресується в центральній та периферичній нервовій системі, наявний у лікворі, зустрічається в сітківці та ендокринних тканинах. Останні звіти показали, що найвищі рівні виявляються в гіпоталамусі. Нейроглобін - це мономер, який здатний оборотно зв'язувати кисень (його спорідненість до кисню вища ніж у гемоглобіну). Він збільшує доступність кисню для мозкової тканини та забезпечує захист у гіпоксичних або ішемічних умовах, знешкоджує шкіливі похідні кисню. Раніше вважалося, що нейроглобін притаманний лише хребетним, але 2013 року він був знайдений і у безхребетних. Кодується нейроглобін однойменним геном, що розташований у людей на 14-й хромосомі. Довжина поліпептидного ланцюга білка становить 151 амінокислот, а молекулярна маса — 16 933.

NGB
Наявні структури PDB Пошук ортологів: PDBe RCSB Список кодів PDB 1OJ6, 4MPM
Ідентифікатори
Символи	NGB, neuroglobin
Зовнішні ІД	OMIM: 605304 MGI: 2151886 HomoloGene: 10942 GeneCards: NGB
Онтологія гена Молекулярна функція • GO:0001948, GO:0016582 protein binding • heme binding • зв'язування з іоном металу • oxygen carrier activity • oxygen binding Клітинна компонента • цитоплазма • Перикаріон • мітохондрія • гіалоплазма Біологічний процес • GO:0097285 Апоптоз • oxygen transport Джерела:Amigo / QuickGO
Ортологи
Види	Людина	Миша
Entrez	58157	64242
Ensembl	ENSG00000165553	ENSMUSG00000021032
UniProt	Q9NPG2	Q9ER97
RefSeq (мРНК)	NM_021257	NM_001294308 NM_022414
RefSeq (білок)	NP_067080	NP_001281237 NP_071859
Локус (UCSC)	Хр. 14: 77.27 – 77.27 Mb	Хр. 12: 87.14 – 87.15 Mb
PubMed search
Вікідані
Див./Ред. для людей Див./Ред. для мишей

Нейроглобін залучений до регуляції напруги O₂ і знешкодження його шкідливих похідних. Наявність гема забезпечує йому здатність зв'язувати двоатомні гази (O₂, CO та NO), тому нейроглобін бере участь у транспортуванні та зберігання O₂, та знешкодженні  активних форм кисню і азоту. NGB є аберантним членом сімейства глобінових, ідентичність білкової послідовності якого з гемоглобіном та гемоглобуліном становить лише лише 20-25%. NGB має мономерну структуру, класичну α-спіральну глобінову укладку, яка утворює гідрофобну кишеню навколо гема. На відміну від класичних пентакоординованих глобінів, Fe^{2 +} дезокси- та Fe^{3 +} стани атома Fe гема NGB можуть бути гексакоординованими. За відсутності зовнішнього ліганду шосте дистальне положення Fe гема пов'язане з гістидином у положенні 7 Е-спіралі (HisE₇). Завдяки гексакоординації Fe гема, зовнішні ліганди (O₂, CO та NO) піддаються внутрішній конкуренції за зв'язування з HisE₇, функціональне значення якої ще не до кінця зрозуміле.

NGB характеризується лише помірною спорідненістю до O₂ за фізіологічних умов. Крім того, відносно низька концентрація нейроглобіну у мозку (± 1 мкМ) забезпечує лише обмежену здатність нейроглобіну зв'язувати, транспортувати або зберігати молекули. Отже, фізіологічні функції NGB можуть бути пов’язані не в першу чергу зі збереженням рівня кисню, а скоріше з видаленням його активних форм, які накопичуються в клітині після гіпоксичних або ішемічних пошкоджень, та зменшеннямоксидативного стресу.

Взаємодія нейроглобіну з цитохромом c1 (Cyt c1), субодиницею мітохондріального комплексу III, може мати велике значення, оскільки комплекс III є компонентом дихального ланцюга та основним джерелом активних форм кисню. Крім того, NGB може впливати на внутрішній апоптотичний шлях на декількох етапах. Повідомляється, що NGB інгібує відкриття мітохондріальної пори перехідної провідності (mPTP), зв'язуючись з потенціалкерованим аніонним каналом 1 (VDAC), та інгібуючи проапоптотичний цитохром c (Fe^{3 +} ). Нейроглобін (Fe^{2 +}) здатний до утворення комплексу з цитохромом c (Fe^{3 +}), і тоді відбувається  окисно-відновна реакцію, внаслідок якої Cyt c (Fe^{3 +}) перетворюється Cyt c (Fe^{2 +}). Таким чином, нейроглобулін підтримує виживання клітин. Цей процес вимагає високого рівня NGB поблизу мітохондрій. Участь NGB у функціях дихального ланцюга та регуляція внутрішнього шляху апоптозу може бути важливим для його нейропротекторної функції. Слід зазначити, що для того, щоб NGB функціонував як поглинач радикалів або редуктаза цитохрому c, клітина повинна забезпечити його донором електрону, який може знову відновити його залізо до Fe₂ +. Однак такий донор електронів ще не відкритий.

Крім того, було описано кілька взаємодій NGB із сигнальними білками, що свідчить про потенційну регуляторну роль NGB у модуляції клітинної сигналізації. По-перше, NGB може виступати як інгібітор дисоціації ГДФ в Gα-білку. Взаємодія NGB (Fe₃ +) з ГДФ, зв’язаним Gα, може захистити від загибелі нейронів, оскільки вона посилює Gβγ-залежний шлях, який діє через активацію PI3K. Повідомляється, що активність NGB не обмежується взаємодіями з гетеротримерними білками G. Нейроглобін також може бути важливим для регуляції малих GTP-зв'язуючих білків сімейства Rho. Таким чином, NGB захищає нейрони від апоптозу.

Також нейроглобін активує шлях серин/треонінкінази AKT. Крім того, нещодавно описана взаємодія NGB з субодиницею Na⁺/K⁺ АТФази β1.

Різноманітні стресові умови, такі як гіпоксія, оксидативний стрес, гіпоглікемія та ліпополісахарид, стимулюють експресію нейроглобіну. Крім того, було продемонстровано, що експресія нейроглобіну посилюється ендогенними факторами, зокрема гормонами та факторами росту.

Близько 90% NGB локалізується в цитозолі, але було виявлено, що він також пов'язаний з мітохондріями.

Послідовність амінокислот

10		20		30		40		50
MERPEPELIR		QSWRAVSRSP		LEHGTVLFAR		LFALEPDLLP		LFQYNCRQFS
SPEDCLSSPE		FLDHIRKVML		VIDAAVTNVE		DLSSLEEYLA		SLGRKHRAVG
VKLSSFSTVG		ESLLYMLEKC		LGPAFTPATR		AAWSQLYGAV		VQAMSRGWDG
E

A: Аланін
C: Цистеїн
D: Аспарагінова кислота
E: Глутамінова кислота
F: Фенілаланін
G: Гліцин
H: Гістидин
I: Ізолейцин
K: Лізин
L: Лейцин
M: Метіонін
N: Аспарагін
P: Пролін
Q: Глутамін
R: Аргінін
S: Серин
T: Треонін
V: Валін
W: Триптофан

Y: Тирозин

Отже, нейроглобін - білок, що локалізований у цитоплазмі та мітохондріях клітин нервової системи. Його функціями є захист клітин в умовах гіпоксії, ішемії та оксидативного стресу, також він перешкоджає апоптозу нейронів.

Вперше нейроглобін був ідентифікований Thorsten Burmester та співавт. 2000 року. 3D-структуру нейроглобіну людини було визначено в 2003 року.

Література

• Burmester T., Weich B., Reinhardt S., Hankeln T. (2000). A vertebrate globin expressed in the brain.. Nature 407: 520 — 522.  PubMed DOI:10.1038/35035093
• The status, quality, and expansion of the NIH full-length cDNA project: the Mammalian Gene Collection (MGC).. Genome Res. 14: 2121 — 2127. 2004.  PubMed DOI:10.1101/gr.2596504
• Watanabe S., Wakasugi K. (2008). Zebrafish neuroglobin is a cell-membrane-penetrating globin.. Biochemistry 47: 5266 — 5270.  PubMed DOI:10.1021/bi800286m
• Brittain T., Skommer J., Henty K., Birch N., Raychaudhuri S. (2010). A role for human neuroglobin in apoptosis.. IUBMB Life 62: 878 — 885.  PubMed DOI:10.1002/iub.405

Примітки

1. Human PubMed Reference:. 
2. Mouse PubMed Reference:. 
3. DellaValle, Brian; Hempel, Casper; Kurtzhals, Jørgen A. L.; Penkowa, Milena (21 квітня 2010). In vivo expression of neuroglobin in reactive astrocytes during neuropathology in murine models of traumatic brain injury, cerebral malaria, and autoimmune encephalitis. Glia 58 (10). с. 1220–1227. ISSN 0894-1491. doi:10.1002/glia.21002. Процитовано 3 жовтня 2020. 
4. Casado, Begona; Pannell, Lewis K.; Whalen, Gail; Clauw, Daniel J.; Baraniuk, James N. (25 лютого 2005). Human neuroglobin protein in cerebrospinal fluid. Proteome Science 3 (1). с. 2. ISSN 1477-5956. PMC PMC554085. PMID 15730566. doi:10.1186/1477-5956-3-2. Процитовано 3 жовтня 2020. 
5. De Marinis, E.; Acaz-Fonseca, E.; Arevalo, M. A.; Ascenzi, P.; Fiocchetti, M.; Marino, M.; Garcia-Segura, L. M. (2013-03). 17β-Oestradiol anti-inflammatory effects in primary astrocytes require oestrogen receptor β-mediated neuroglobin up-regulation. Journal of Neuroendocrinology 25 (3). с. 260–270. ISSN 1365-2826. PMID 23190172. doi:10.1111/jne.12007. Процитовано 3 жовтня 2020. 
6. HUGO Gene Nomenclature Commitee, HGNC:14077 (англ.). Процитовано 20 вересня 2017. 
7. UniProt, Q9NPG2 (англ.). Процитовано 20 вересня 2017. 
8. Fiocchetti, Marco; Fernandez, Virginia Solar; Montalesi, Emiliano; Marino, Maria (1 липня 2019). Neuroglobin: A Novel Player in the Oxidative Stress Response of Cancer Cells. Oxidative Medicine and Cellular Longevity 2019. с. 1–9. ISSN 1942-0900. doi:10.1155/2019/6315034. Процитовано 5 грудня 2020. 
9. Baez, Eliana; Echeverria, Valentina; Cabezas, Ricardo; Ávila-Rodriguez, Marco; Garcia-Segura, Luis Miguel; Barreto, George E. (12 вересня 2016). Protection by Neuroglobin Expression in Brain Pathologies. Frontiers in Neurology 7. ISSN 1664-2295. doi:10.3389/fneur.2016.00146. Процитовано 5 грудня 2020. 
10. Guidolin, Diego; Tortorella, Cinzia; Marcoli, Manuela; Maura, Guido; Agnati, Luigi (31 жовтня 2016). Neuroglobin, a Factor Playing for Nerve Cell Survival. International Journal of Molecular Sciences 17 (11). с. 1817. ISSN 1422-0067. doi:10.3390/ijms17111817. Процитовано 5 грудня 2020. 
11. Luyckx, Evi; Van Acker, Zoë P.; Ponsaerts, Peter; Dewilde, Sylvia (19 червня 2019). Neuroglobin Expression Models as a Tool to Study Its Function. Oxidative Medicine and Cellular Longevity 2019. с. 1–17. ISSN 1942-0900. doi:10.1155/2019/5728129. Процитовано 5 грудня 2020. 
12. Burmester, T.; Weich, B.; Reinhardt, S.; Hankeln, T. (28 вересня 2000). A vertebrate globin expressed in the brain. Nature 407 (6803). с. 520–523. ISSN 0028-0836. PMID 11029004. doi:10.1038/35035093. Процитовано 3 жовтня 2020. 
13. Pesce, Alessandra; Dewilde, Sylvia; Nardini, Marco; Moens, Luc; Ascenzi, Paolo; Hankeln, Thomas; Burmester, Thorsten; Bolognesi, Martino (2003-09). Human brain neuroglobin structure reveals a distinct mode of controlling oxygen affinity. Structure (London, England: 1993) 11 (9). с. 1087–1095. ISSN 0969-2126. PMID 12962627. doi:10.1016/s0969-2126(03)00166-7. Процитовано 3 жовтня 2020. 

Див. також

• Хромосома 14