Ген SLC25A29

Ген SLC25A29 (Solute Carrier Family 25, SLC25) - Кодирует белок, принадлежащий к семейству переносчиков растворенных веществ 25 , также известному как семейство митохондриальных переносчиков.

Семейство митохондриальных переносчиков включает 53 члена в геноме человека, и его представители транспортируют различные молекулы (аминокислоты, карбоксилаты, нуклеотиды, кофакторы) через внутреннюю мембрану митохондрий, обеспечивая связь между цитозольными и матричными функциями.

SLC25A29, в частности, является митохондриальным транспортером основных аминокислот, с предпочтением к аргинину и лизину.

1. Общая характеристика гена SLC25A29

Название и синонимы:

SLC25A29 (Solute Carrier Family 25 Member 29), также известен как CACL, C14orf69, FLJ38975.

Локализация:

Ген расположен на хромосоме 14q32.2 у человека.

Структура:

Ген кодирует белок, который является интегральным мембранным белком внутренней митохондриальной мембраны с несколькими трансмембранными доменами.
Существуют альтернативно сплайсированные варианты транскриптов (GeneCards).

Консервация:

Ген SLC25A29 высоко консервативен среди многих видов, включая шимпанзе, макаку-резус, собаку, корову, мышь, крысу, курицу, зебру-данио, дрозофилу, нематоду C. elegans, растения (Arabidopsis thaliana), рис и лягушку.
В общей сложности ортологи обнаружены у 221 организма (Sino Biological).

Функция:

Основная роль белка SLC25A29 заключается в транспорте основных аминокислот (аргинина, лизина, гомоаргинина, метиларгинина, в меньшей степени орнитина и гистидина) через внутреннюю митохондриальную мембрану.
Транспорт осуществляется как по механизму контр-обмена (обмен между молекулами), так и по механизму унипорта (однонаправленный транспорт) (Porcelli V. et al., 2014, GeneCards).

2. Биохимические свойства и функции белка

Транспортные свойства:

Субстраты:

SLC25A29 эффективно транспортирует аргинин и лизин (высокая специфичность).
Гомоаргинин и метиларгинин.
Орнитин и гистидин (с меньшей эффективностью).
Не транспортирует карнитин, ацилкарнитины, цитруллин, глутамин, глутамат, аспартат, АТФ, лейцин, валин, малат, цитрат, оксоглутарат, сульфат и другие метаболиты (Porcelli V. et al., 2014, Monné M. et al., 2014).

Механизмы транспорта:

Контр-обмен:

Включая [3H]аргинин/аргинин, [3H]лизин/лизин, [3H]орнитин/орнитин и [14C]гистидин/гистидин.
Эти обмены полностью ингибируются смесью пиридоксаль-5'-фосфата и HgCl2.

Унипорт:

Однонаправленный транспорт аминокислот в митохондриальный матрикс (Porcelli V. et al., 2014).

Кинетические параметры:

Исследования показали, что SLC25A29 имеет высокую аффинность к аргинину и лизину, но значительно меньшую - к орнитину, что отличает его от других переносчиков, включая ORC1 (SLC25A15), участвующих в цикле мочевины (Porcelli V. et al., 2014).

Роль в митохондриях:

Митохондриальный синтез белков:

SLC25A29 обеспечивает поступление аргинина, лизина и гистидина в митохондриальный матрикс для синтеза митохондриальных белков.

Метаболизм аминокислот:

Транспорт этих аминокислот способствует их деградации в митохондриях, что может влиять на метаболические пути, включая продукцию оксида азота (NO) из аргинина, важного для метаболизма раковых клеток (Structural determinants, 2023).

Отсутствие роли в цикле мочевины:

В отличие от ранее предложенных гипотез, SLC25A29 не участвует в цикле мочевины, так как не транспортирует цитруллин и имеет низкую аффинность к орнитину по сравнению с ORC1 (Porcelli V. et al., 2014).

Ингибиторы:

Pr3+ (прасеодим):

Трехвалентный ион прасеодима действует как конкурентный ингибитор SLC25A29, координируясь с кислыми остатками в матричной сети солевых мостиков (SLC25 family, 2024).

Ртутьсодержащие соединения:

Ингибируют активность SLC25A29, вероятно, за счет взаимодействия с цистеиновыми остатками (SLC25 family, 2024).

3. Структурные особенности

Молекулярное моделирование:

Исследования с использованием молекулярного моделирования и молекулярной динамики (MD) выявили ключевые остатки, ответственные за связывание лигандов.
Asn73, Arg160, Glu161 и Arg257 - контактные точки для лигандов (I, II и III соответственно).
Arg160-Trp204-Arg257 - стабильное взаимодействие, критическое для связывания и транслокации лигандов.
Аргинин образует более стабильные взаимодействия с белком, чем лизин (Structural determinants, 2023).

Взаимодействие с кардиолипинами:

Кардиолипины спонтанно связываются с консервативными сайтами SLC25A29, что может стабилизировать его структуру в митохондриальной мембране (Structural determinants, 2023).

4. Связь с заболеваниями

Гиперорнитинемия-гипераммонемия-гомоцитруллинурия (HHH-синдром):

SLC25A29 не компенсирует дефекты ORC1 (SLC25A15) в HHH-синдроме из-за неспособности транспортировать цитруллин и низкой аффинности к орнитину (Porcelli V. et al., 2014, GeneCards).

Раковые заболевания:

Аденокарцинома легких (LUAD): Исследование 2023 года показало, что SLC25A29 может играть роль в прогрессии рака легких.
Ген экспрессируется в различных тканях (сердце, печень, скелетные мышцы), и его экспрессия связана с ангиогенезом и модификацией гистонов, опосредованной молочной кислотой.
Точные механизмы его действия в раке требуют дальнейшего изучения (Zheng P. et al., 2023).
Потенциальная роль SLC25A29 как биомаркера или терапевтической мишени в онкологии подчеркивается, но данные ограничены (Zheng P. et al., 2023).

Сахаропинурия:

Снижение активности SLC25A29 может улучшать состояние при этом метаболическом заболевании, связанном с токсическими промежуточными продуктами катаболизма лизина (Structural determinants, 2023).

Другие ассоциации:

В ортологах SLC25A29 у крыс выявлены ассоциации с химически индуцированным повреждением печени и COVID-19, но эти данные требуют подтверждения (RGD).

5. Исследования и экспериментальные подходы

Биохимические исследования:

Экспрессия и очистка:

Ген SLC25A29 был сверхэкспрессирован в Escherichia coli, белок очищен и рекомбинирован в фосфолипидные везикулы для изучения транспортных свойств.
Эксперименты показали высокую специфичность к основным аминокислотам (Porcelli V. et al., 2014, Monné M. et al., 2014).

Радиоактивные метки:

Использовались [3H]аргинин, [3H]лизин, [3H]орнитин и [14C]гистидин для изучения обмена субстратов.

Ингибирование:

Транспортные активности полностью блокировались пиридоксаль-5'-фосфатом и HgCl2, что подтверждает специфичность SLC25A29 (Porcelli V. et al., 2014).

Биоинформатический анализ:

Филогенетический анализ:

SLC25A29 сравнивался с другими переносчиками (ORC1, ORC2, CAC, BAC1, BAC2) с использованием BLASTP.
Построено филогенетическое древо с 102 последовательностями, показывающее эволюционные связи внутри семейства SLC25 (Monné M. et al., 2014).

Анализ в онкологии:

Биоинформатический анализ выявил дифференциальную экспрессию SLC25A29 в LUAD, но данные требуют валидации на больших выборках (Zheng P. et al., 2023).

Молекулярное моделирование:

MD-симуляции:

Использовались для изучения структурных детерминант связывания лигандов.
Подтверждено, что ключевые остатки (Asn73, Arg160, Glu161, Arg257) участвуют в транспорте (Structural determinants, 2023).

Генетические манипуляции:

CRISPR и RNAi:

Доступны продукты для нокдауна и нокаута SLC25A29 (включая CRISPR-клоны, siRNA, shRNA) от компаний Applied Biological Materials, Synthego, VectorBuilder и других (GeneCards).

Мышиные модели:

Данные по фенотипам мышей с нокаутом Slc25a29 отсутствуют, но исследования на мышах проводятся в рамках International Mouse Phenotyping Consortium (IMPC) (IMPC).

6. Связанные материалы исследований

Ключевые публикации:

Porcelli V. et al., 2014 - Описывает биохимическую характеристику SLC25A29 как транспортера основных аминокислот.
Zheng P. et al., 2023 - Исследует роль SLC25A29 в LUAD и его потенциал как биомаркера.
Monné M. et al., 2023 - Исследует эволюцию семейства SLC25.
Structural determinants, 2023 - Использует молекулярное моделирование для изучения связывания лигандов.
SLC25 family, 2024 - Обсуждает роль SLC25 в раке и потенциальные ингибиторы.

Ресурсы и базы данных:

NCBI Gene - Подробная информация о SLC25A29, включая последовательности и ортологи.
GeneCards - Данные о функциях, экспрессии, путях и ассоциациях с заболеваниями.
UniProt - Информация о белке SLC25A29, включая домены и функциональные аннотации.
DepMap - Данные по зависимости клеточных линий от SLC25A29.
Addgene - Плазмиды для исследования SLC25A29 (включая pDONR221_SLC25A29).
Mouse Genome Informatics (MGI) - Данные по мышиному ортологу Slc25a29.
Rat Genome Database (RGD) - Информация об ортологе у крыс.
ZFIN - Данные по ортологу у зебры-данио.

Инструменты и продукты:

CRISPR и RNAi:

Доступны клоны, векторы и вирусы для нокдауна/нокаута SLC25A29 от Cyagen, Applied Biological Materials, Synthego, VectorBuilder, Santa Cruz Biotechnology, OriGene (GeneCards).

Антитела и реагенты:

Поставляются Sigma-Aldrich, Sino Biological и другими (Sino Biological, Sigma-Aldrich).

7. Перспективы исследований

Онкология:

Необходимы дополнительные исследования роли SLC25A29 в раке, особенно в LUAD, для подтверждения его как биомаркера или мишени терапии.
Требуется валидация на больших клинических выборках (Zheng P. et al., 2023).

Метаболические заболевания:

Изучение влияния снижения активности SLC25A29 на сахаропинурию и другие нарушения метаболизма лизина (Structural determinants, 2023).

Ингибиторы:

Разработка специфичных ингибиторов SLC25A29 (включая на основе Pr3+ или ртутьсодержащих соединений) для терапевтических целей (SLC25 family, 2024).

Структурные исследования:

Дальнейшее изучение структуры SLC25A29 с использованием криоэлектронной микроскопии или рентгеновской кристаллографии для точного картирования сайтов связывания лигандов.

Функциональные исследования:

Эксперименты с нокдауном или нокаутом SLC25A29 в клеточных и животных моделях для выяснения его физиологических ролей (Porcelli V. et al., 2014).

Заключение

Ген SLC25A29 - Кодирует митохондриальный транспортер основных аминокислот, играющий ключевую роль в митохондриальном синтезе белков и метаболизме аминокислот.

Его биохимические свойства хорошо охарактеризованы, но роль в патологических состояниях, особенно в онкологии, требует дальнейшего изучения.

Доступные ресурсы (базы данных, плазмиды, антитела, CRISPR-продукты) и ключевые публикации предоставляют прочную основу для будущих исследований.