StAR-Protein

Steroid-Akut-Regulator
	Vorhandene Strukturdaten: PDB 1img, 2i93
Eigenschaften des menschlichen Proteins
Masse/Länge Primärstruktur	< 285 Aminosäuren
Bezeichner
Gen-Name	STAR
Externe IDs	OMIM: 600617; UniProt: P49675;
Transporter-Klassifikation
TCDB	9.B.64
Bezeichnung	Cholesterintransporter
Vorkommen
Übergeordnetes Taxon	Vielzellige Tiere

Das StAR-Protein (Abk. für Steroidogenic acute regulatory protein) ist ein Protein, das für den Cholesterin-Transport von der äußeren Membran von Mitochondrien in die innere Mitochondrien-Membran bei vielzelligen Tieren unverzichtbar ist. Dieser Transport ist geschwindigkeitsbestimmend für die Steroidhormon-Biosynthese und findet beim Menschen in den Gonaden, der Nebennierenrinde, den Nieren und im männlichen Pankreas genauso wie im Gehirn statt. Geschlechtsunterschiede in der Produktion zeigen sich im Pankreas, das in Frauen kein StAR-Protein exprimiert.

Mutationen im STAR-Gen können zu StAR-Mangel, und dieser zum lebensbedrohenden adrenogenitalen Syndrom Typ 1 führen.[1][2][3]

Funktion von StAR

Gezielte Bindung an Mitochondrien

Der N-Terminus von StAR bildet ein Signal, mit dem StAR zielgerichtet an Mitochondrien bindet. Dieses Signal wird beim Eindringen von StAR in das Mitochondrium-Innere abgespalten und StAR wird dadurch inaktiviert.

Cholesterin-bindende Domäne

Der C-terminale Teil von StAR bildet eine Tasche, in die Cholesterin eingelagert werden kann. Die gentechnische Entfernung dieser Tasche bewirkt eine fast vollständige Blockade des Cholesterin-Import in die Innere Mitochondrienmembran.[2] Diese START-Domäne wird in weiteren Proteinen gefunden, MLN64, StarD4, StarD5 und StarD6. Da diesen Proteinen aber die Zielsequenz für Mitochondrien fehlt, sind sie wahrscheinlich an der Initiierung der Steroidbildung nicht beteiligt.[2]

Nach der Bindung von StAR an Mitochondrien soll die C-terminale Helix sich von der Cholesterin-Tasche abheben. Dadurch kann Cholesterin freigesetzt werden, das dann von weiteren Proteinen, z. B. vom Translokator-Protein (TSPO; als Benzodiazepin-Receptor Peripherer Typ (PBR, BZRP) schon länger bekannt, aber erst jetzt einer Funktion zugeordnet) in einer Pore in die innere Mitochondrienmembran geführt wird. Die Bindungsaffinität von Cholesterin an TSPO ist deutlich stärker als die an StAR.[2]

Rolle von TSPO bei der Aktivierung von StAR durch Phosphorylierung

TSPO soll darüber hinaus ein PAP7 (auch als Acyl-Coenzym A-Bindedomäne enthaltendes Protein 3 (ACBD3) bezeichnet) an die äußere Mitochondrien-Membran binden, an welches wiederum eine Proteinkinase A anlagert, die StAR phosphoryliert und dadurch die Pregnenolon-Bildung deutlich beschleunigt.[4]

Regulation von StAR

Die Transkription und Translation von StAR wird durch Hormone gesteuert: Luteinisierendes Hormon (LH) in den Gonaden, Adrenocorticotrophes Hormon (ACTH) in der Nebenniere. Die G-Protein-gekoppelten Membranrezeptoren (GPCR) für LH oder ACTH erhöhen die cAMP-Konzentration, die schließlich zur StAR-Expression führt. Durch die Abspaltung des Mitochondrien-Zielsignals und die damit verbundene Inaktivierung von StAR kann der Cholesterinimport in Mitochondrien schnell wieder unterbunden werden, wenn die Translation nicht weitergeht. Man hat ausgerechnet, dass etwa 1,8 Moleküle von Cholesterin pro Molekül StAR importiert werden.[5] Das bedeutet, dass der Cholesterinimport von der Translation von StAR fast stöchiometrisch zusammenhängt: Pro gebildetem StAR-Protein Import von noch nicht einmal zwei Cholesterin-Molekülen.

Die Aktivität von StAR in Leydig-Zellen wird durch Phosphorylierung mittels Proteinkinase A verstärkt.[4]

Die Expression von StAR wird in den Gonaden durch Gonadotropine reguliert. Notwendig für die Expression von StAR in Granulosazellen ist LH; sie wird durch TGF-β 1 reduziert und durch Prostaglandin E2 erhöht. Die Produktion von StAR ist im Leberzellkarzinom erhöht, was zu erhöhtem Cholesteringehalt der Mitochondrienmembran und damit zu Resistenz gegenüber Chemotherapie führt.[6][7][8][9][10]

Weblinks

Jassal/D'Eustachio/reactome.org: Cholesterol translocates to the inner mitochondrial membrane

Einzelnachweise

UniProt P49675
M. B. Rone, J. Fan, V. Papadopoulos: Cholesterol transport in steroid biosynthesis: Role of protein–protein interactions and implications in disease states. In: Biochimica et Biophysica Acta. Band 1791, 2009, S. 646–658.
A. Morales, F. Vilchis, B. Chávez u. a.: Differential expression of steroidogenic factors 1 and 2, cytochrome p450scc, and steroidogenic acute regulatory protein in human pancreas. In: Pancreas. Band 37, Nr. 2, August 2008, S. 165–169, doi:10.1097/MPA.0b013e318168dd8c, PMID 18665078.
T. S. Kostic, N. J. Stojkov, M. M. Janjic, D. Maric, S. A. Andric: The adaptive response of adult rat Leydig cells to repeated immobilization stress: the role of protein kinase A and steroidogenic acute regulatory protein. In: Stress. Band 11, Nr. 5, 2008, S. 370–380, doi:10.1080/10253890701822378, PMID 18800309.
R. C. Tuckey, M. J. Headlam, H. S. Bose, W. L. Miller: Transfer of cholesterol between phospholipid vesicles mediated by the steroidogenic acute regulatory protein (StAR). In: J Biol Chem. Band 277, Nr. 49, 2002, S. 47123–47128, doi:10.1074/jbc.M206965200 (jbc.org [PDF]).
T. Sugawara, M. Kiriakidou, J. M. McAllister, J. A. Holt, F. Arakane, J. F. Strauss: Regulation of expression of the steroidogenic acute regulatory protein (StAR) gene: a central role for steroidogenic factor 1. In: Steroids. Band 62, Nr. 1, Januar 1997, S. 5–9, doi:10.1016/S0039-128X(96)00152-3, PMID 9029708.
X. Zheng, C. A. Price, Y. Tremblay, J. G. Lussier, P. D. Carrière: Role of transforming growth factor-beta1 in gene expression and activity of estradiol and progesterone-generating enzymes in FSH-stimulated bovine granulosa cells. In: Reproduction. Band 136, Nr. 4, Oktober 2008, S. 447–457, doi:10.1530/REP-07-0316, PMID 18635743.
R. Duggavathi, D. H. Volle, C. Mataki u. a.: Liver receptor homolog 1 is essential for ovulation. In: Genes Dev. Band 22, Nr. 14, Juli 2008, S. 1871–1876, doi:10.1101/gad.472008, PMID 18628394, PMC 2492734 (freier Volltext).
C. C. Hsu, C. W. Lu, B. M. Huang, M. H. Wu, S. J. Tsai: Cyclic adenosine 3',5'-monophosphate response element-binding protein and CCAAT/enhancer-binding protein mediate prostaglandin E2-induced steroidogenic acute regulatory protein expression in endometriotic stromal cells. In: Am. J. Pathol. Band 173, Nr. 2, August 2008, S. 433–441, doi:10.2353/ajpath.2008.080199, PMID 18583320, PMC 2475780 (freier Volltext).
J. Montero, A. Morales, L. Llacuna u. a.: Mitochondrial cholesterol contributes to chemotherapy resistance in hepatocellular carcinoma. In: Cancer Res. Band 68, Nr. 13, Juli 2008, S. 5246–5256, doi:10.1158/0008-5472.CAN-07-6161, PMID 18593925.

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[1] UniProt P49675

[rone-2] M. B. Rone, J. Fan, V. Papadopoulos: Cholesterol transport in steroid biosynthesis: Role of protein–protein interactions and implications in disease states. In: Biochimica et Biophysica Acta. Band 1791, 2009, S. 646–658.

[pank-3] A. Morales, F. Vilchis, B. Chávez u. a.: Differential expression of steroidogenic factors 1 and 2, cytochrome p450scc, and steroidogenic acute regulatory protein in human pancreas. In: Pancreas. Band 37, Nr. 2, August 2008, S. 165–169, doi:10.1097/MPA.0b013e318168dd8c, PMID 18665078.

[kostic-4] T. S. Kostic, N. J. Stojkov, M. M. Janjic, D. Maric, S. A. Andric: The adaptive response of adult rat Leydig cells to repeated immobilization stress: the role of protein kinase A and steroidogenic acute regulatory protein. In: Stress. Band 11, Nr. 5, 2008, S. 370–380, doi:10.1080/10253890701822378, PMID 18800309.

[tuckey-5] R. C. Tuckey, M. J. Headlam, H. S. Bose, W. L. Miller: Transfer of cholesterol between phospholipid vesicles mediated by the steroidogenic acute regulatory protein (StAR). In: J Biol Chem. Band 277, Nr. 49, 2002, S. 47123–47128, doi:10.1074/jbc.M206965200 (jbc.org [PDF]).

[6] T. Sugawara, M. Kiriakidou, J. M. McAllister, J. A. Holt, F. Arakane, J. F. Strauss: Regulation of expression of the steroidogenic acute regulatory protein (StAR) gene: a central role for steroidogenic factor 1. In: Steroids. Band 62, Nr. 1, Januar 1997, S. 5–9, doi:10.1016/S0039-128X(96)00152-3, PMID 9029708.

[7] X. Zheng, C. A. Price, Y. Tremblay, J. G. Lussier, P. D. Carrière: Role of transforming growth factor-beta1 in gene expression and activity of estradiol and progesterone-generating enzymes in FSH-stimulated bovine granulosa cells. In: Reproduction. Band 136, Nr. 4, Oktober 2008, S. 447–457, doi:10.1530/REP-07-0316, PMID 18635743.

[8] R. Duggavathi, D. H. Volle, C. Mataki u. a.: Liver receptor homolog 1 is essential for ovulation. In: Genes Dev. Band 22, Nr. 14, Juli 2008, S. 1871–1876, doi:10.1101/gad.472008, PMID 18628394, PMC 2492734 (freier Volltext).

[9] C. C. Hsu, C. W. Lu, B. M. Huang, M. H. Wu, S. J. Tsai: Cyclic adenosine 3',5'-monophosphate response element-binding protein and CCAAT/enhancer-binding protein mediate prostaglandin E2-induced steroidogenic acute regulatory protein expression in endometriotic stromal cells. In: Am. J. Pathol. Band 173, Nr. 2, August 2008, S. 433–441, doi:10.2353/ajpath.2008.080199, PMID 18583320, PMC 2475780 (freier Volltext).

[10] J. Montero, A. Morales, L. Llacuna u. a.: Mitochondrial cholesterol contributes to chemotherapy resistance in hepatocellular carcinoma. In: Cancer Res. Band 68, Nr. 13, Juli 2008, S. 5246–5256, doi:10.1158/0008-5472.CAN-07-6161, PMID 18593925.