Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1041810.32607/20758251-2016-8-4-60-69ReviewsОбзорыResearch ArticleThe Role of BAR Domain Proteins in the Regulation of Membrane DynamicsРоль белков семейства BAR в регуляции динамики клеточных мембранStanishneva-KonovalovaT. B.Станишнева-КоноваловаT. Б.
Russian Federation
sokolova184@gmail.comDerkachevaN. IДеркачеваН. И.
Russian Federation
sokolova184@gmail.comPolevovaS. V.ПолевоваС. В.
Russian Federation
sokolova184@gmail.comSokolovaO. S.СоколоваO. С.
Russian Federation
sokolova184@gmail.comLomonosov Moscow State UniversityМосковский государственный университет им. М.В. ЛомоносоваA.I. Evdokimov Moscow State University of Medicine and DentistryМосковский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова1512201684VOL 8, NO4 (2016)ТОМ 8, №4 (2016)606917012020Copyright ©; 2016, Stanishneva-Konovalova T.B., Derkacheva N.I., Polevova S.V., Sokolova O.S.Copyright ©; 2016, Станишнева-Коновалова T.Б., Деркачева Н.И., Полевова С.В., Соколова O.С.2016Stanishneva-Konovalova T.B., Derkacheva N.I., Polevova S.V., Sokolova O.S.Станишнева-Коновалова T.Б., Деркачева Н.И., Полевова С.В., Соколова O.С.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10418

Many cellular processes are associated with membrane remodeling. The BAR domain protein family plays a key role in the formation and detection of local membrane curvatures and in attracting other proteins, including the regulators of actin dynamics. Based on their structural and phylogenetic properties, BAR domains are divided into several groups which affect membrane in various ways and perform different functions in cells. However, recent studies have uncovered evidence of functional differences even within the same group. This review discusses the principles underlying the interactions of different groups of BAR domains, and their individual representatives, with membranes.

Многие процессы жизнедеятельности клетки связаны с перестройкой биологических мембран. Семейство BAR-доменных белков играет ключевую роль в формировании и детекции локальных изгибов мембран и привлечении к мембранам других белков, в том числе регулирующих перестройки актинового цитоскелета. Основываясь на структурных и филогенетических свойствах, BAR-домены принято делить на несколько групп, по-разному воздействующих на мембраны и выполняющих разные функции в клетке. Однако в последнее время появляется все больше свидетельств функциональных различий даже в пределах одной группы этого семейства. В настоящем обзоре рассмотрены принципы взаимодействия различных групп BAR-доменов и их отдельных представителей с мембранами.

BAR domainslipid membranesmembrane dynamicsBAR-доменыдинамика мембранлипидные мембраныThis work was supported by a grant from the Russian Science Foundation (No. 14-14-00234).Работа поддержана грантом РНФ (№ 14-14-00234).[1] Sakamuro D., Elliott K.J., Wechsler-Reya R., Prendergast G.C. // Nat. Genet. 1996, V.14, №1, P.69-77[2] Qualmann B., Koch D., Kessels M.M. // EMBO J. 2011, V.30, P.3501-3515[3] Padrick S.B., Cheng H.C., Ismail A.M., Panchal S.C., Doolittle L.K., Kim S., Skehan B.M., Umetani J., Brautigam C.A., Leong J.M. // Molecular Cell 2008, V.32, №3, P.426-438[4] Itoh T., De Camilli P. // Biochim. Biophys. Acta - Mol. Cell Biol. Lipids. 2006, V.1761, №8, P.897-912[5] Ferguson S.M., Brasnjo G., Hayashi M., Wölfel M., Collesi C., Giovedi S., Raimondi A., Gong L., Ariel P., Paradise S. // Science. 2007, V.316, №5824, P.570-574[6] Solomaha E., Szeto F.L., Yousef M.A., Palfrey H.C. // J. Biol. Chem. 2005, V.280, №24, P.23147-23156[7] Mim C., Cui H., Gawronski-Salerno J.A., Frost A., Lyman E., Voth G.A., Unger V.M. // Cell. 2012, V.149, №1, P.137-145[8] Vázquez F.X., Unger V.M., Voth G.A. // Biophys. J. 2013, V.104, №2, P.396-403[9] Rao Y., Ma Q., Vahedi-Faridi A., Sundborger A., Pechstein A., Puchkov D., Luo L., Shupliakov O., Saenger W., Haucke V. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010, V.107, №18, P.8213-8218[10] Kelley C.F., Messelaar E.M., Eskin T.L., Sokolova O.S., Nicastro D., Rodal A.A., Kelley C.F., Messelaar E.M., Eskin T.L., Wang S. // CellReports. 2015, V.13, №11, P.1-13[11] Rocca D.L., Martin S., Jenkins E.L., Hanley J.G. // Nat. Cell Biol. 2008, V.10, №3, P.259-271[12] Cao M., Xu J., Shen C., Kam C., Huganir R.L., Xia J. // J. Neurosci. 2007, V.27, №47, P.12945-12956[13] // Database issue The UniProt Consortium // Nucleic Acids Research 2013, V.41, P.D43-D47[14] Berman H.M., Westbrook J., Feng Z., Gilliland G., Bhat T.N., Weissig H., Shindyalov I.N., Bourne P.E. // Nucleic Acids Research 2000, V.28, №1, P.235-242[15] Peter B.J., Kent H.M., Mills I.G., Vallis Y., Butler P.J.G., Evans P.R., McMahon H.T. // Science. 2004, V.303, №5657, P.495-499[16] Shimada A., Niwa H., Tsujita K., Suetsugu S., Nitta K., Hanawa-Suetsugu K., Akasaka R., Nishino Y., Toyama M., Chen L. // Cell. 2007, V.129, №4, P.761-772[17] Frost A., Unger V.M., De Camilli P. // Cell. 2009, V.137, №2, P.191-196[18] Kessels M.M., Qualmann B. // J. Cell Sci. 2015, P.1-9[19] David C., McPherson P.S., Mundigl O., de Camilli P. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1996, V.93, №1, P.331-335[20] Lee E., Marcucci M., Daniell L., Pypaert M., Weisz O.A., Ochoa G.C., Farsad K., Wenk M.R., De Camilli P. // Science. 2002, V.297, №5584, P.1193-1196[21] Razzaq A., Robinson I.M., Mcmahon H.T., Skepper J.N., Su Y., Zelhof A.C., Jackson A.P., Gay N.J., Kane C.J.O. // Genes Dev. 2001, V.15, P.2967-2979[22] Nicot A.S., Toussaint A., Tosch V., Kretz C., Wallgren-Pettersson C., Iwarsson E., Kingston H., Garnier J.M., Biancalana V., Oldfors A., Mandel J.L., Laporte J. // Nat. Genet. 2007, V.39(9), P.1134-1139[23] Tarricone C., Xiao B., Justin N., Walker P.A., Rittinger K., Gamblin S.J., Smerdon S.J. // Nature 2001, V.411, №6834, P.215-219[24] Weissenhorn W. // J. Mol. Biol. 2005, V.351, №3, P.653-661[25] Ringstad N., Gad H., Löw P., Di Paolo G., Brodin L., Shupliakov O., De Camilli P. // Neuron. 1999, V.24, №1, P.143-154[26] Guichet A., Wucherpfennig T., Dudu V., Etter S., Wilsch-Bräuniger M., Hellwig A., González-Gaitán M., Huttner W.B., Schmidt A.A. // EMBO J. 2002, V.21, №7, P.1661-1672[27] Gallop J.L., Jao C.C., Kent H.M., Butler P.J.G., Evans P.R., Langen R., McMahon H.T. // EMBO J. 2006, V.25, №12, P.2898-2910[28] Yamagishi A., Masuda M., Ohki T., Onishi H., Mochizuki N. // J. Biol. Chem. 2004, V.279, №15, P.14929-14936[29] Mattila P.K., Pykäläinen A., Saarikangas J., Paavilainen V.O., Vihinen H., Jokitalo E., Lappalainen P. // J. Cell Biol. 2007, V.176, №7, P.953-964[30] Suetsugu S., Murayama K., Sakamoto A., Hanawa-Suetsugu K., Seto A., Oikawa T., Mishima C., Shirouzu M., Takenawa T., Yokoyama S. // J. Biol. Chem. 2006, V.281, №46, P.35347-35358[31] Millard T.H., Bompard G., Heung M.Y., Dafforn T.R., Scott D.J., Machesky L.M., Fütterer K. // EMBO J. 2005, V.24, №2, P.240-250[32] Lee S.H., Kerff F., Chereau D., Ferron F., Klug A., Dominguez R. // Structure. 2007, V.15, №2, P.145-155[33] Saarikangas J., Zhao H., Pykäläinen A., Laurinmäki P., Mattila P.K., Kinnunen P.K.J., Butcher S.J., Lappalainen P. // Curr. Biol. 2009, V.19, №2, P.95-107[34] Kim M.H., Choi J., Yang J., Chung W., Kim J.H., Paik S.K., Kim K., Han S., Won H., Bae Y.S. // J. Neurosci. 2009, V.29, №5, P.1586-1595[35] Krugmann S., Jordens I., Gevaert K., Driessens M., Vandekerckhove J., Hall A. // Curr. Biol. 2001, V.11, №21, P.1645-1655[36] Scita G., Confalonieri S., Lappalainen P., Suetsugu S. // Trends Cell Biol. 2008, V.18, P.52-60[37] Robens J.M., Yeow-Fong L., Ng E., Hall C., Manser E. // Mol. Cell. Biol. 2010, V.30, №3, P.829-844[38] Millard T.H., Dawson J., Machesky L.M. // J. Cell Sci. 2007, V.120, №9, P.1663-1672[39] Lee Y.G., Macoska J.A., Korenchuk S., Pienta K.J. // Neoplasia. 2002, V.4, №4, P.291-294[40] Machesky L.M., Johnston S.A. // J. Mol. Med. (Berl.). 2007, V.85, №6, P.569-576[41] Woodings J.A., Sharp S.J., Machesky L.M. // Biochem. J. 2003, V.371, Pt2, P.463-471[42] Wang Y., Zhou K., Zeng X., Lin J., Zhan X. // J. Biol. Chem. 2007, V.282, №10, P.7624-7631[43] Bershteyn M., Atwood S.X., Woo W.M., Li M., Oro A.E. // Dev. Cell. 2010, V.19, №2, P.270-283[44] Saarikangas J., Hakanen J., Mattila P.K., Grumet M., Salminen M., Lappalainen P. // J. Cell Sci. 2008, V.121, P.1444-1454[45] Pykäläinen A., Boczkowska M., Zhao H., Saarikangas J., Rebowski G., Jansen M., Hakanen J., Koskela E.V., Peränen J., Vihinen H. // Nat. Struct. Mol. Biol. 2011, V.18, №8, P.902-907[46] Heath R.J.W., Insall R.H. // J. Cell Sci. 2008, V.121, №12, P.1951-1954[47] Dent E.W., Kwiatkowski A.V., Mebane L.M., Philippar U., Barzik M., Rubinson D.A., Gupton S., van Veen J.E., Furman C., Zhang J. // Nat. Cell Biol. 2007, V.9, №12, P.1347-1359[48] Tanaka E., Sabry J. // Cell. 1995, V.83, №2, P.171-176[49] Machesky L.M. // FEBS Lett. 2008, V.582, №14, P.2102-2111[50] Liu S., Xiong X., Zhao X., Yang X., Wang H. // J. Hematol. Oncol. 2015, V.8, №1, P.1-14[51] Aspenström P. // Curr. Biol. 1997, V.7, №7, P.479-487[52] Tsujita K., Suetsugu S., Sasaki N., Furutani M., Oikawa T., Takenawa T. // J. Cell Biol. 2006, V.172, №2, P.269-279[53] Wang Q., Navarro M.V.A.S., Peng G., Molinelli E., Goh S.L., Judson B.L., Rajashankar K.R., Sondermann H. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2009, V.106, №31, P.12700-12705[54] Zhao H., Michelot A., Koskela E.V., Tkach V., Stamou D., Drubin D.G., Lappalainen P. // Cell Rep. 2013, V.4, №6, P.1213-1223[55] Roumanie O., Peypouquet M.F., Bonneu M., Thoraval D., Doignon F., Crouzet M. // Mol. Microbiol. 2000, V.36, №6, P.1403-1414[56] Moravcevic K., Alvarado D., Schmitz K.R., Kenniston J.A., Mendrola J.M., Ferguson K.M., Lemmon M. // Structure. 2015, V.23, №2, P.352-363[57] Henne W.M., Kent H.M., Ford M.G., Hegde B.G., Daumke O., Butler P.J., Mittal R., Langen R., Evans P.R., McMahon H.T. // Structure. 2007, V.15, №7, P.839-852[58] Aresta S., de Tand-Heim M.F., Beranger F., de Gunzburg J. // Biochem. J. 2002, V.367, №1, P.57-65[59] Andrieu G., Quaranta M., Leprince C., Cuvillier O., Hatzoglou A. // Carcinogenesis. 2014, V.35, №11, P.2503-2511[60] Ota H., Hikita T., Sawada M., Nishioka T., Matsumoto M., Komura M., Ohno A., Kamiya Y., Miyamoto T., Asai N. // Nat. Commun. 2014, V.5, №5, P.4532[61] Tanaka-Takiguchi Y., Itoh T., Tsujita K., Yamada S., Yanagisawa M., Fujiwara K., Yamamoto A., Ichikawa M., Takiguchi K. // Langmuir. 2013, V.29, №1, P.328-336[62] Isas J.M., Ambroso M.R., Hegde P.B., Langen J., Langen R. // Structure. 2015, V.23, №5, P.873-881[63] McMahon H.T., Boucrot E. // J. Cell Sci. 2015, V.128, №6, P.1065-1070[64] Boucrot E., Pick A., Camdere G., Liska N., Evergren E., McMahon H.T., Kozlov M.M. // Cell. 2012, V.149, №1, P.124-136[65] Ramesh P., Baroji Y.F., Reihani S.N.S., Stamou D., Oddershede L.B., Bendix P.M. // Sci. Rep. 2013, V.3, P.1565[66] Prévost C., Zhao H., Manzi J., Lemichez E., Lappalainen P., Callan-Jones A., Bassereau P. // Nat. Commun. 2015, V.6, P.8529[67] Simunovic M., Voth G.A. // Nat. Commun. 2015, V.6, P.7219[68] Shi Z., Baumgart T. // Nat. Commun. 2015, V.6, P.5974[69] Sorre B., Callan-Jones A., Manzi J., Goud B., Prost J., Bassereau P., Roux A. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2012, V.109, №1, P.173-178[70] Zhu C., Das S.L., Baumgart T. // Biophys. J. 2012, V.102, №8, P.1837-1845[71] Wu T., Shi Z., Baumgart T. // PLoS One. 2014, V.9, №4, P.e93060[72] Adam J., Basnet N., Mizuno N. // Sci. Rep. 2015, V.5, P.15452[73] Frost A., Perera R., Roux A., Spasov K., Destaing O., Egelman E.H., De Camilli P., Unger V.M. // Cell. 2008, V.132, №5, P.807-817[74] Ringstad N., Nemoto Y., De Camilli P. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1997, V.94, №16, P.8569-8574[75] Faelber K., Posor Y., Gao S., Held M., Roske Y., Schulze D., Haucke V., Noé F., Daumke O. // Nature 2011, V.477, №7366, P.556-560[76] Mizuno N., Jao C.C., Langen R., Steven A.C. // J. Biol. Chem. 2010, V.285, №30, P.23351-23358[77] Levtsova O.V., Davletov I.D., Sokolova O.S., Shaitan K.V. // Biophysics. 2011, V.56, №2, P.242-247[78] Zhao H., Pykäläinen A., Lappalainen P. // Curr. Opin. Cell Biol. 2011, V.23, №1, P.14-21[79] Cui H., Mim C., Vázquez F.X., Lyman E., Unger V.M., Voth G.A. // Biophys. J. 2013, V.104, №2, P.404-411[80] Ambroso M.R., Hegde B.G., Langen R. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2014, V.111, №19, P.6982-6987[81] Matta S., van Kolen K., da Cunha R., van den Bogaart G., Mandemakers W., Miskiewicz K., De Bock P.J., Morais V.A., Vilain S., Haddad D. // Neuron. 2012, V.75, №6, P.1008-1021[82] Mcdonald N.A., Vander Kooi C.W., Ohi M.D., Gould K.L. // Dev. Cell. 2015, V.35, №6, P.725-736[83] Traub L.M. // Dev. Cell. 2015, V.35, №6, P.664-666[84] Cao H., Yin X., Cao Y., Jin Y., Wang S., Kong Y., Chen Y., Gao J., Heller S., Xu Z. // PLoS One. 2013, V.8, №2, P.1-11[85] Sun X., Pinacho R., Saia G., Punko D., Meana J.J., Ramos B., Gill G. // Dev. Neurobiol. 2015, V.75, №1, P.93-108[86] Sadowski L., Pilecka I., Miaczynska M. // Exp. Cell Res. 2009, V.315, №9, P.1601-1609[87] Collins C.A., DiAntonio A. // Curr. Opin. Neurobiol. 2007, V.17, №1, P.35-42[88] Dickman D.K., Lu Z., Meinertzhagen I.A., Schwarz T.L. // Curr. Biol. 2006, V.16, №6, P.591-598[89] Khodosh R., Augsburger A., Schwarz T.L., Garrity P.A. // Development. 2006, V.133, №23, P.4655-4665[90] Wang X., Shaw W.R., Tsang H.T.H., Reid E., O’Kane C.J. // Nat. Neurosci. 2007, V.10, №2, P.177-185[91] Cherbas L., Willingham A., Zhang D., Yang L., Zou Y., Eads B.D., Carlson J.W., Landolin J.M., Kapranov P., Dumais J. // Genome Res. 2011, V.21, №2, P.301-314[92] Becalska A.N., Kelley C.F., Berciu C., Stanishneva-Konovalova T.B., Fu X., Wang S., Sokolova O.S., Nicastro D., Rodal A.A. // Mol. Biol. Cell. 2013, V.24, №15, P.2406-2418[93] Kelley C.F., Becalska A.N., Berciu C., Nicastro D., Rodal A.A. // Commun. Integr. Biol. 2015, V.8, №2, P.e1000703[94] Rodal A.A., Blunk A.D., Akbergenova Y., Jorquera R.A., Buhl L.K., Littleton J.T. // J. Cell Biol. 2011, V.193, №1, P.201-217[95] Rodal A.A., Motola-Barnes R.N., Littleton J.T. // J. Neurosci. 2008, V.28, №33, P.8316-8325[96] Kaksonen M., Toret C.P., Drubin D.G. // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2006, V.7, №6, P.404-414[97] Tomasevic N., Jia Z., Russell A., Fujii T., Hartman J.J., Clancy S., Wang M., Beraud C., Wood K.W., Sakowicz R. // Biochemistry. 2007, V.46, №11, P.3494-3502[98] Stanishneva-Konovalova T.B., Sokolova O.S. // Comput. Theor. Chem. 2015, V.1058, P.61-66[99] Lupyan D., Mezei M., Logothetis D.E., Osman R. // Biophys. J. 2010, V.98, №2, P.240-247[100] Ruiz-Herrero T., Hagan M.F. // Biophys. J. 2015, V.108, №3, P.585-595[101] Tsujita K., Takenawa T., Itoh T. // Nat. Cell Biol. 2015, V.17, №6, P.749-758[102] Roberts-Galbraith R.H., Gould K.L. // Cell Cycle. 2010, V.9, №20, P.4091-4097[103] Wu T., Baumgart T. // Biochemistry. 2014, V.53, №46, P.7297-7309