Lgr-valgud

Lgr-valgud on retseptorid, mis kuuluvad integraalsete G-valguga seotud retseptorite (GPCR) perekonda. Tuntumad ning enim uuritud Lgr-valgud on Lgr4, Lgr5 ja Lgr6. Nad on tüvirakumarkerid, mille kaudu on võimalik tüvirakke kirjeldada ja tuvastada. Lgr tähendab "leutsiinirikkaid kordusi sisaldavad G-valguga seotud retseptorid" (ingl k Leucine-rich repeat-containing G-protein coupled receptors).

Lgr valke leidub näiteks imetajates (kaasa arvatud inimeses), lindudes, roomajates, kahepaiksetes ja kalades^[1].

G-valguga seotud retseptorid

G-valguga seotud retseptorid (GPCR) moodustavad suure ja mitmekesise valkude perekonna, mille ülesandeks on ekstratsellulaarsete ehk rakuväliste signaalide ülekanne raku sisemusse. Nad kuuluvad inimese genoomi kõige mitmekesisemasse ja mahukamasse valkude perekonda. GPCR-valkude esinemine erinevates genoomides viitab varajasele evolutsioonilisele päritolule. Neid leidub järgmistes genoomides: bakterites, ümarussides ehk nematoodides, taimedes ning ka selgroogsetes^[2].

Klassifikatsioon

Inimese genoomis ekspresseerivad G-valguga seotud retseptoreid ligikaudu 800 erinevat geeni^[3], see on umbes 4% kõikidest erinevaid valke ekspresseerivatest geenidest inimese genoomis. G-valguga seotud retseptoreid on seega väga palju ning nende klassifitseerimisel on kasutatud väga erinevaid skeeme. See valguperekond jaotatakse viide-kuude põhiklassi, millest suurim klass on A, kuhu kuulub enamik GPCR-valkudest.

Struktuur

G-valguga seotud retseptorite struktuur tuleneb nende funktsioonist muuta rakuvälised impulsid rakusisesteks signaalideks. Seetõttu on nad ühenduses nii rakuvälise kui rakusisese keskkonnaga. Kõigile GPCR-valkudele on omane transmembraanne ehk rakumembraani läbiv domeen. Nimetatud domeen läbib rakumembraani 7 korda, sealt ka GPCR-valkude alternatiivne nimetus, 7-transmembraansed retseptorid. Rakuvälises ruumis on valgul N-terminaalne ots ning raku sees C-terminaalne ots.^[2]

GPCR-valkude hulka kuuluvatel Lgr4, Lgr5 ja Lgr6 valkudel on rakuvälises domeenis keskne valgujärjestus, mis sisaldab mitmeid leutsiinirikkaid kordusi. Lgr4-l ja Lgr5-l on nimetatud kordusi 18, Lgr6-l on neid 13. Nende valkudega homoloogsetel glükoproteiinsete hormoonide retseptoritel on neid kordusi 9. Leutsiinirikkad kordused koosnevad 24 aminohappest^[4].

LGR-valkude homoloogid

Lgr4, Lgr5 ja Lgr6 valgud on homoloogsed folliikuleid stimuleeriva hormooni retseptoriga (FSHR), türeotropiini retseptoriga (TSHR) ning luteiniseeriva hormooni retseptoriga (LHR)^[5]^[6]. Nad on struktuurilt sarnased ning neid leidub samuti rakumembraanis. Eelpool nimetatud valgud sisaldavad sarnaselt Lgr-valkudega nii transmembraanset kui ka rakuvälist (ehk ekso-) ja rakusisest (ehk endo-) domeeni. Neile on samuti omased rakuvälises domeenis esinevad leutsiinirikkad kordused^[5]. Hormooniretseptoritele (FSHR, TSHR, LHR) on kõige tähtsamaks domeeniks rakuväline domeen, seda nende funktsiooni tõttu hormoone seondada. Lgr-valkude homoloogsetes retseptorites (TSHR, FSHR, LHR) toimub hormoonilt tuleva signaali äratundmine ning retseptori aktivatsioon valgu eri domeenides. Hormooni seondumise eest vastutab leutsiinirikkaid kordusi sisaldav rakuväline- ehk ektodomeen. Hormooni seondudes toimuvad retseptoris konformatsioonilised muutused, mille tagajärjel aktiveerub transmembraanne domeen^[7].

Lgr5

Lgr5 ehk leutsiinirikkaid kordusi sisaldav G-valguga seotud retseptor 5 (ingl k Leucine-rich repeat-containing G-protein coupled receptor 5) on valk, mida inimeses ekspresseerib geen Lgr5. Seda valku tuntakse ka GPR49 nime all.

Lgr5 geen

Lgr5 geen on Lgr5 valku ekspresseeriv geen, mis asub inimese 12. kromosoomi pikas (q) õlas. Geeni asukoht kromosoomis on 71 833 550. – 71 980 090. aluspaaris. Inimese Lgr5 geenil on 6 transkripti, millest 3 kodeerivad valku.^[8]

Hiire genoomis esineb Lgr5 geen 10. kromosoomis ning sellelt transkribeeritakse 8 transkripti^[9].

Funktsioon

Lgr5 olulisus selgus selle geeni eemaldamisega hiire genoomist. Tulemuseks oli vastsündinute suremus, soolestiku paisumine ning suuõõnes esinev anomaalia nimega anküloglossia ehk keelekidasus^[10]^[11]. Järelikult on Lgr5 geen organismile normaalseks elutegevuseks vajalik.

Hiirte peal tehtud uuringud näitavad, et täiskasvanud organismis esineb Lgr5 geeni toodetud Lgr5 valku somaatilistes tüvirakkudes, mis paiknevad maos, peensooles, jämesooles ning karvafolliikulites^[4]^[11]^[12]^[13]. Samuti on Lgr5 Wnt signaaliraja märklaudgeen, mis esineb aktiivsena jäme- ja pärasoole kasvajates ^[14].

Tüvirakumarker

Tüvirakke jagatakse üldiselt kaheks: embrüonaalsed tüvirakud ning somaatilised ehk täiskasvanud organismi tüvirakud. Tüvirakud suudavad lõpmatult jaguneda ning neil on võime diferentseeruda eri rakutüüpideks. Täiskasvanud organismi eri kudedes on spetsiaalsed just sellele koele unikaalsed tüvirakud.

Lgr5 esineb tüvirakumarkerina seedekulglas, maos ning karvafolliikulis^[4]^[11]^[12]^[13].

Seedekulgla

Seedekulgla soolestik koosneb peensoolest ja jämesoolest. Lgr5 ekspresseerub sellele koele omases struktuuris – krüptis, mis on limaskesta torujas sissesopistis. Krüpt koosneb erinevatest rakutüüpidest, kaasa arvatud somaatilistest tüvirakkudest. Lgr5 avaldub tüvirakkudes, mida nimetatakse krüpti põhja sammasrakkudeks (CBC-rakud).^[4]^[12]^[15] Krüpti sammasrakud erinevad temaga külgnevatest Panethi rakkudest suure rakutuuma ning vähese tsütoplasma hulga poolest^[4]. Nende omaduste järgi on võimalik neid teistest rakutüüpidest eristada.

Magu

Mao tüvirakkude üheks arvatavaks asukohaks on maonäärme põhi^[4]. Arvamusi on teisigi, kuid ei saa öelda, milline arvamus on tõene, sest puuduvad kindlad tüvirakumarkerid, mis võimaldaksid tüvirakke maos uurida. Uuringutega on kindlaks tehtud, et vastsündinud hiirel ekspresseerub Lgr5 üle kogu areneva mao, kuid täiskasvanud hiirel kahaneb ekspressioon kindlatesse piiritletud regioonidesse^[4]. Mao tüvirakud, mis ekspresseerivad Lgr5 geeni, tagavad mao epiteelkoe uuenemise^[16].

Karvafolliikul

Karvafolliikuli areng on tsükliline ning koosneb kasvufaasist (ehk anageen), taandarengufaasist (ehk katageen) ning puhkefaasist (ehk telogeen). Hiire karvafolliikuli tüvirakud asuvad kindlas piirkonnas, mida nimetatakse karvasibulaks (ingl k bulge ehk mügar)^[17]. Lgr5 valku ekspresseerivad multipotentsed tüvirakud, mis asuvad karvasibulas. Nimetatud tüvirakud paljunevad aktiivselt karvafolliikuli kasvufaasis^[17]^[18]. Lgr5 valku ekspresseerivad multipotentsed tüvirakud suudavad diferentseeruda kõigiks karvafolliikuli rakutüüpideks. Need tüvirakud panevad aluse ka uute karvafolliikulite arengule^[19].

Lgr4

Lgr4 ehk leutsiinirikkaid kordusi sisaldav G-valguga seotud retseptor 4 (ingl k Leucine-rich repeat-containing G-protein coupled receptor 4) on valk, mida inimeses ekspresseerib geen Lgr4. Seda valku tuntakse ka GPR48 nime all.

Lgr4 geen

Lgr4 geen on Lgr4 valku ekspresseeriv geen, mis asub inimese 11. kromosoomi pikas (q) õlas. Geeni asukoht kromosoomis on 27 387 508. – 27 494 322. aluspaari pöördahelal. Inimese Lgr4 geenil on 7 transkripti, millest 3 kodeerivad valku^[20].

Hiire genoomis esineb Lgr4 geen 2. kromosoomis ning sellelt transkribeeritakse 4 transkripti^[21].

Lgr4 funktsioon

Lgr4 valku ekspresseerivaid rakke on hiire organismis leitud väga mitmetest kohtadest. Lgr4 tugev aktiivsus ja lai ekspressioonimuster esineb kõhrkoes, südames, karvafolliikulites, neerudes, suguteedes ning närvisüsteemi rakkudes^[22]. Lgr4 ekspresseerub üldiselt paljunevates kudedes, kuid mitte kindlalt piiritletud tüvirakupopulatsioonis^[4]. Lgr4 geeni väljalülitamine hiire genoomis loob tagajärjeks loote väärarengud neerudes ja maksas. Lgr4 geeni puudumisega kaasneb ka enamiku vastsündinute suremine keskmiselt kahe päeva jooksul pärast sündi^[23].

Lgr6

Lgr6 ehk leutsiinirikkaid kordusi sisaldav G-valguga seotud retseptor 6 (ingl k Leucine-rich repeat-containing G-protein coupled receptor 6) on valk, mida inimeses ekspresseerib geen Lgr6.

Lgr6 geen

Lgr6 geen on Lgr6 valku ekspresseeriv geen, mis asub inimese 1. kromosoomi pikas (q) õlas. Geeni asukoht kromosoomis on 202 163 029. – 202 288 909. aluspaaris. Inimese Lgr6 geenil on 8 transkripti, millest 5 kodeerivad valku^[24].

Hiire genoomis esineb Lgr6 geen samuti 1. kromosoomis ning sellelt transkribeeritakse 3 transkripti^[25].

Lgr6 funktsioon

Lgr6 valku ekspresseeritakse kindlates rakutüüpides, mis asuvad peaajus, rinnanäärmetes, karvafolliikulites ning hingamisteedes. Erinevalt Lgr5-st puudub soolestikus Lgr6 valgu ekspressioon. Hiire embrüole on iseloomulik nahas ekspresseeruv Lgr6 valk.^[18]

Embrüonaalses arengus ekspresseeritakse Lgr6 valku karvaplakoodides alates embrüo 14. arengupäevast. Täiskasvanud organismis asetsevad Lgr6 valku ekspresseerivad rakud karvasibula kohal. On kindlaks tehtud, et Lgr6 valku avaldavad rakud on kindlasti erinevad Lgr5 ekspresseerivatest rakkudest. Embrüonaaleas panevad Lgr6 valku tootvad rakud aluse karvafolliikulile, rasunäärmetele ning interfollikulaarsele epidermisele.^[26]

Viited

↑ Ensembl. Lgr5 gene search results summary. (Vaadatud 5. novembril 2012) [1]
↑ ^2,0 ^2,1 Wesley K. Kroeze, Douglas J. Sheffler and Bryan L. Roth (2003) G-protein-coupled receptors at a glance
↑ Fredriksson, R., Lagerstrom, M. C., Lundin, L. G. and Schioth, H. B. (2003). The G-protein-coupled receptors in the human genome form five main families. Phylogenetic analysis, paralogon groups, and fingerprints
↑ ^4,0 ^4,1 ^4,2 ^4,3 ^4,4 ^4,5 ^4,6 ^4,7 Barker N., Clevers H. (2010) Leucine-Rich Repeat-Containing G-protein-Coupled Receptors as Markers of Adult Stem Cells
↑ ^5,0 ^5,1 Hsu SY, Liang SG, Hsueh AJ. (1998) Characterisation of two Lgr genes homologus to gonadothropin and thyrotropin receptors with extracellular leucine-rich repeats and a G-protein coupled, seven transmembrane region^{[alaline kõdulink]}
↑ Hsu SY, Kudo M, Chen T, Nakabayashi K, Bhalla A, van der Spek PJ, van Duin M, Hsueh AJ. (2000)The three subfamilies of leucine-rich repeat-containing G protein-coupled receptors (LGR): identification of LGR6 and LGR7 and the signaling mechanism for LGR7^{[alaline kõdulink]}
↑ Vassart G, Pardo L, Costagliola S. (2004) A molecular dissection of the glycoprotein hormone receptors^{[alaline kõdulink]}
↑ Ensembl. Homo sapiens Lgr5 gene summary. (Vaadatud 5. novembril 2012) [2]
↑ Ensembl. Mus musculus Lgr5 gene summary. (Vaadatud 5. novembril 2012) [3]
↑ "Arst.ee Andmebaasid RHK10 koodid. (Vaadatud 5. novembril 2012)". Originaali arhiivikoopia seisuga 5. märts 2016. Vaadatud 27. juunil 2022.
↑ ^11,0 ^11,1 ^11,2 Morita H, Mazerbourg S, Bouley DM, Luo CW, Kawamura K, Kuwabara Y, Baribault H, Tian H, Hsueh AJ. (2004) Neonatal lethality of LGR5 null mice is associated with ankyloglossia and gastrointestinal distension^{[alaline kõdulink]}
↑ ^12,0 ^12,1 ^12,2 Barker N, van Es JH, Jaks V, et al. (2008) Very long-term self-renewal of small intestine, colon, and hair follicles from cycling Lgr5_ve stem cells
↑ ^13,0 ^13,1 Barker N, van Es JH, Kuipers J et al. (2007) Identification of stem cells in small intestine and colon by marker gene Lgr5^{[alaline kõdulink]}
↑ van de Wetering M, Sancho E, Verweij C, de Lau W, Oving I, Hurlstone A, van der Horn K, Batlle E, Coudreuse D, Haramis AP, Tjon-Pon-Fong M, Moerer P, van den Born M, Soete G, Pals S, Eilers M, Medema R, Clevers H. (2002) The beta-catenin/TCF-4 complex imposes a crypt progenitor phenotype on colorectal cancer cells^{[alaline kõdulink]}
↑ Cheng H, Leblond CP. (1974) Origin, differentiation and renewal of the four main epithelial cell types in the mouse small intestine V. Unitarian theory of the origin of the four epithelial cell types
↑ Barker N, Huch M, Kujala P, van de Wetering M, Snippert HJ, van Es JH, Sato T, Stange DE, Begthel H, van den Born M, Danenberg E, van den Brink S, Korving J, Abo A, Peters PJ, Wright N, Poulsom R, Clevers H. (2010) Lgr5(+ve stem cells drive self-renewal in the stomach and build long-lived gastric units in vitro
↑ ^17,0 ^17,1 Cotsarelis G, Sun TT, Lavker RM. (1990) Label-retaining cells reside in the bulge area of pilosebaceous unit: implications for follicular stem cells, hair cycle, and skin carcinogenesis
↑ ^18,0 ^18,1 Morris RJ, Liu Y, Marles L, Yang Z, Trempus C, Li S, Lin JS, Sawicki JA, Cotsarelis G. (2004) Capturing and profiling adult hair follicle stem cells
↑ Jaks V, Barker N, Kasper M, van Es JH, Snippert HJ, Clevers H, Toftgård R. (2008) Lgr5 marks cycling, yet long-lived, hair follicle stem cells
↑ Ensembl. Homo sapiens Lgr4 gene summary. (Vaadatud 5. novembril 2012) [4]
↑ Ensembl. Mus musculus Lgr4 gene summary. (Vaadatud 5. novembril 2012) [5]
↑ Van Schoore G, Mendive F, Pochet R, Vassart G. (2005) Expression pattern of the orphan receptor LGR4/GPR48 gene in the mouse^{[alaline kõdulink]}
↑ Mazerbourg S, Bouley DM, Sudo S, et al. (2004) Leucine-rich repeat-containing, G protein-coupled receptor 4 null mice exhibit intrauterine growth retardation associated with embryonic and perinatal lethality.^{[alaline kõdulink]}
↑ Ensembl. Homo sapiens Lgr6 gene summary. (Vaadatud 5. novembril 2012) [6]
↑ Ensembl. Mus musculus Lgr6 gene summary. (Vaadatud 5. novembril 2012) [7]
↑ Snippert HJ, Haegebarth A, Kasper M, Jaks V, van Es JH, Barker N, van de Wetering M, van den Born M, Begthel H, Vries RG, Stange DE, Toftgård R, Clevers H. (2010) Lgr6 marks stem cells in the hair follicle that generate all cell lineages of the skin.

[Uqghf-1] Ensembl. Lgr5 gene search results summary. (Vaadatud 5. novembril 2012) [1]

[wesley-2] 2,0 ^2,1 Wesley K. Kroeze, Douglas J. Sheffler and Bryan L. Roth (2003) G-protein-coupled receptors at a glance

[imczn-3] Fredriksson, R., Lagerstrom, M. C., Lundin, L. G. and Schioth, H. B. (2003). The G-protein-coupled receptors in the human genome form five main families. Phylogenetic analysis, paralogon groups, and fingerprints

[Barker-4] 4,0 ^4,1 ^4,2 ^4,3 ^4,4 ^4,5 ^4,6 ^4,7 Barker N., Clevers H. (2010) Leucine-Rich Repeat-Containing G-protein-Coupled Receptors as Markers of Adult Stem Cells

[Lgr67-5] 5,0 ^5,1 Hsu SY, Liang SG, Hsueh AJ. (1998) Characterisation of two Lgr genes homologus to gonadothropin and thyrotropin receptors with extracellular leucine-rich repeats and a G-protein coupled, seven transmembrane region^{[alaline kõdulink]}

[FVeUZ-6] Hsu SY, Kudo M, Chen T, Nakabayashi K, Bhalla A, van der Spek PJ, van Duin M, Hsueh AJ. (2000)The three subfamilies of leucine-rich repeat-containing G protein-coupled receptors (LGR): identification of LGR6 and LGR7 and the signaling mechanism for LGR7^{[alaline kõdulink]}

[QKZZw-7] Vassart G, Pardo L, Costagliola S. (2004) A molecular dissection of the glycoprotein hormone receptors^{[alaline kõdulink]}

[I65BO-8] Ensembl. Homo sapiens Lgr5 gene summary. (Vaadatud 5. novembril 2012) [2]

[6CO59-9] Ensembl. Mus musculus Lgr5 gene summary. (Vaadatud 5. novembril 2012) [3]

[YEjsf-10] "Arst.ee Andmebaasid RHK10 koodid. (Vaadatud 5. novembril 2012)". Originaali arhiivikoopia seisuga 5. märts 2016. Vaadatud 27. juunil 2022.

[Morita-11] 11,0 ^11,1 ^11,2 Morita H, Mazerbourg S, Bouley DM, Luo CW, Kawamura K, Kuwabara Y, Baribault H, Tian H, Hsueh AJ. (2004) Neonatal lethality of LGR5 null mice is associated with ankyloglossia and gastrointestinal distension^{[alaline kõdulink]}

[Jaks-12] 12,0 ^12,1 ^12,2 Barker N, van Es JH, Jaks V, et al. (2008) Very long-term self-renewal of small intestine, colon, and hair follicles from cycling Lgr5_ve stem cells

[intestine-13] 13,0 ^13,1 Barker N, van Es JH, Kuipers J et al. (2007) Identification of stem cells in small intestine and colon by marker gene Lgr5^{[alaline kõdulink]}

[dfn8I-14] van de Wetering M, Sancho E, Verweij C, de Lau W, Oving I, Hurlstone A, van der Horn K, Batlle E, Coudreuse D, Haramis AP, Tjon-Pon-Fong M, Moerer P, van den Born M, Soete G, Pals S, Eilers M, Medema R, Clevers H. (2002) The beta-catenin/TCF-4 complex imposes a crypt progenitor phenotype on colorectal cancer cells^{[alaline kõdulink]}

[MaTzu-15] Cheng H, Leblond CP. (1974) Origin, differentiation and renewal of the four main epithelial cell types in the mouse small intestine V. Unitarian theory of the origin of the four epithelial cell types

[xYIpS-16] Barker N, Huch M, Kujala P, van de Wetering M, Snippert HJ, van Es JH, Sato T, Stange DE, Begthel H, van den Born M, Danenberg E, van den Brink S, Korving J, Abo A, Peters PJ, Wright N, Poulsom R, Clevers H. (2010) Lgr5(+ve stem cells drive self-renewal in the stomach and build long-lived gastric units in vitro

[bulge-17] 17,0 ^17,1 Cotsarelis G, Sun TT, Lavker RM. (1990) Label-retaining cells reside in the bulge area of pilosebaceous unit: implications for follicular stem cells, hair cycle, and skin carcinogenesis

[Morris-18] 18,0 ^18,1 Morris RJ, Liu Y, Marles L, Yang Z, Trempus C, Li S, Lin JS, Sawicki JA, Cotsarelis G. (2004) Capturing and profiling adult hair follicle stem cells

[xIF20-19] Jaks V, Barker N, Kasper M, van Es JH, Snippert HJ, Clevers H, Toftgård R. (2008) Lgr5 marks cycling, yet long-lived, hair follicle stem cells

[ZhYGJ-20] Ensembl. Homo sapiens Lgr4 gene summary. (Vaadatud 5. novembril 2012) [4]

[tgm4W-21] Ensembl. Mus musculus Lgr4 gene summary. (Vaadatud 5. novembril 2012) [5]

[Es6Ti-22] Van Schoore G, Mendive F, Pochet R, Vassart G. (2005) Expression pattern of the orphan receptor LGR4/GPR48 gene in the mouse^{[alaline kõdulink]}

[OZ81T-23] Mazerbourg S, Bouley DM, Sudo S, et al. (2004) Leucine-rich repeat-containing, G protein-coupled receptor 4 null mice exhibit intrauterine growth retardation associated with embryonic and perinatal lethality.^{[alaline kõdulink]}

[YDVGm-24] Ensembl. Homo sapiens Lgr6 gene summary. (Vaadatud 5. novembril 2012) [6]

[LEy3A-25] Ensembl. Mus musculus Lgr6 gene summary. (Vaadatud 5. novembril 2012) [7]

[uT92Y-26] Snippert HJ, Haegebarth A, Kasper M, Jaks V, van Es JH, Barker N, van de Wetering M, van den Born M, Begthel H, Vries RG, Stange DE, Toftgård R, Clevers H. (2010) Lgr6 marks stem cells in the hair follicle that generate all cell lineages of the skin.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]