LGR5

LGR5 (inglise Leucine-rich repeat-containing G-protein coupled receptor 5) ehk leutsiinirikkaid kordusi sisaldava G-valguga seotud retseptor 5 (LGR5) (tuntakse samuti kui G-valguga seotud retseptor 49 (GPR49) või G-valguga seotud retseptor 67 (GPR67)) on valk, mille kodeerib on inimestel LGR5 geen. See kuulub GPCR A klassi retseptorite perekonda. LGR5 ekspresseeritakse erinevates kudedes nagu näiteks lihased, platsenta, seljaaju ja peaaju. LGR5 on samuti küpsete tüvirakkude biomarkeriks kindlates koetüüpides.

Lgr5 Geen

LGR5 tuntakse samuti kui FEX, HG38, GPR49 ja GPR67. Inimese LGR5 geen on 144 810 aluspaari pikk ja asub kromosoomis 12q22-23. Inimese Lgr5 geenil on 6 transkripti, millest 3 kodeerivad valku. Hiire genoomis esineb Lgr5 geen 10. kromosoomis ning sellelt transkribeeritakse 8 transkripti. Inimese, roti ja hiire geeni järjestused koosnevad 907 aminohappest ja seitsmest transmembraansest domäänist. Pärast translatsiooni valgu signaalpeptiid (aminohapped 1–21) lõigatakse ära ja küpse peptiidi (aminohapped 22–907) transmembraanne domään sisestatakse translookoni valgukompleksi rakumembraani enne, kui toimub lõplik valgu sisestamine rakumembraani koostisesse.

LGR5 Valgu struktuur

1998. aastal avaldas S. Hsu koos kolleegidega uurimuse, mis põhines kahe molekuli kloneerimise tulemusel. Kloneeritud molekulid sarnanesid türoid stimuleeriva hormooni (TSH), folliikuleid stimuleeriva hormooni (FSH) ja luteinseeriva hormooni retseptoritele (LH). Need retseptorid kuuluvad suurde G-valguga ühendatud 7-transmembraanse (7TM) domääniga valkude perekonda. Nad erinevad teistest valkudest selle poolest, et neil on suur N-terminaalne ekstratsellulaarne (ekto-) domään, mis sisaldab mitut leutsiinirikast kordust. Ektodomään mängib ülitähtsat rolli LH-, FSH-, ja TSH-retseptorite seondumisel glükoproteiinsete hormoonidega.
Kaks uut G-valguga seotud retseptorit sisaldasid leutsiinirikkaid kordusi ja neid hakati nimetama G-valguga seotud retseptoriteks 4 ja 5 (Lgr4 ja Lgr5).
2000. aastal avastasid samad uurijad selle alamperekonna kolmanda liikme – Lgr6.
Lgr4, Lgr5 ja Lgr6 valkude ektodomäänid sisaldavad mitut leutsiinirikast kordust (Lgr4, Lgr5 – 18 kordust, Lgr6 – 13 kordust), mille juurde külgnevad N- ja C-terminaalsed tsüsteiinrikkad järjestused. Võrdluseks võib tuua glükoproteiinsete hormoonide retseptorid, millel on ainult 9 leutsiinirikast kodust.
Lgr4, Lgr5 ja Lgr6 leutsiinirikkad kordused koosnevad 24 aminohappest ja sarnanevad kordustega, mis on tuvastatud sellistel valkudel nagu slit (inglise slit) ja dekoriin (inglise decorin). Nimetatud valgud ei ole funktsionaalselt seotud Lgr-valkudega. Need kaks retseptorit on iidse evolutsioonilise päritoluga, sest homoloogsed valgud leiduvad selgrootutel, sealhulgas meriroosilistel (Sea anemone), molluskitel (Mollusca), varbussidel (Caenorhabditis elegans) ja harilikul äädikakärbsel (Drosophila melanogaster).

LGR5 Funktsioon

LGR5 kuulub Wnt signaaliraja valkude hulka. LGR5 on hädavajalik embrüonaalse arengu jooksul. Lgr5 geeni puudumisel (inglise knockout) avaldusid hiirtel kraniofatsiaalsed ja seedeelundkonna anomaaliad, mis põhjustasid hiirte surma varajase postnataalse arengu jooksul.
Täiskasvanu organismis avaldub LGR5 geen somaatilistes tüvirakkudes, mis paiknevad maos, peensooles ja jämesooles . LGR5  ekspresseeritakse aktiivsena jäme- ja pärasoole kasvajates.

Ligandid

Et täielikult mõista Lgr5 funktsiooni signaalirajas, on oluline identifitseerida nendega seonduvad molekulid (ligandid). Fülogeneetilised analüüsid näitavad, et on olemas 3 Lgr alagruppi: (i) LH/FSH/TSH glükoproteiinsete hormoonide retseptorid; (ii) Lgr4, Lgr5 ja Lgr6 ja (iii) Lgr7 ja Lgr8.
Esimese alagrupi (LH, FSH ja TSH retseptorid) ligandid sisaldavad tsüsteiini sõlme domääni (inglise cysteine knot). Tsüsteiinisõlme domääni sisaldavad mitmed ekstratsellulaarsed valgud, millel on signaali edastamise funktsioon.
Putukate peal tehtud uuringud on andnud ülevaate sellest, millised on Lgr4, Lgr5 ja Lgr6 ligandid. Sarnaselt kõikide lülijalgsetega võivad putukad regulaarselt vahetada oma välisskeletti. Vahetult pärast välisskeleti kaotamist põhjustab neurohormoon bursikoon (inglise bursicon) uue välisskeleti kivistumist ja tumedamaks muutmist. Äädikakärbsed, kellel on mutatsioon geenis rickets ei suuda alustada neid protsesse. Rickets geeni kloneerimine näitas, et see geen kodeerib äädikakärbse glükoproteiinse hormooni retseptorit Lgr2, mis osutus imetajate Lgr4, Lgr5 ja Lgr6 ortoloogiks. Lgr4, Lgr5 ja Lgr6 ligandid on imetajatel luu morfogeeniliste valkude (inglise bone morphogenic proteins) perekonna antagonistid.

LGR5 kui tüvirakkude marker

Tüvirakke võib jagada järgmistesse rühmadesse: embrüonaalsed tüvirakud, nabaväädi ja platsenta vere tüvirakud ning täiskasvanu organismi tüvirakud. Erinevalt teistest organismi rakkudest võivad tüvirakud kontrollitult paljuneda ja uueneda ning teatud tingimustel võivad tüvirakud saada mis tahes rakuks organismis.

Soolestik

On tehtud kindlaks, et LGR5 valk on markeriks täiskasvanud soolestiku tüvirakkudele. LGR5 valku leidub krüptis, mis on limaskesta torujas sissesopistis. Lgr5 avaldub tüvirakkudes, mida nimetatakse krüpti põhja sammasrakkudeks (CBC-rakud). Krüpti sammasrakud erinevad sellega külgnevatest Panethi rakkudest suure rakutuuma ning vähese tsütoplasma hulga poolest. Nende omaduste järgi on võimalik krüpti sammasrakke eristada teistest rakutüüpidest.

Neer

In vivo katsed näitasid, et  LGR5 ekspresseeritakse nefronites neeru arengu jooksul kuni seitsmenda elupäevani. LGR5 on oluline neeru spetsiifiliste struktuuride moodustamisesks.

Magu

Mao tüvirakkude arvatavaks asukohaks on maonäärme põhi. On olemas ka alternatiivseid arvamusi, kuid neid ei saa kinnitada ega ümber lükata, sest puuduvad kindlad tüvirakkude markerid, mis võimaldaksid tüvirakke maos uurida. Uuringute tulemused näitasid, et vastsündinul hiirel avaldub Lgr5 üle kogu areneva mao, kuid täiskasvanul hiirel ekspresseerub Lgr5 vaid  kindlates mao piirkondades. Mao tüvirakud, mis ekspreseerivad  Lgr5 geeni, tagavad mao epiteeli uuenemise.

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.  Lgr5 valku ekspreseerivad  multipotentsed tüvirakud, mis asuvad karvasibulas. Nimetatud tüvirakud paljunevad aktiivselt kasvufaasis. LGR5 valku ekspresseerivad multipotentsed tüvirakud suudavad diferentseeruda kõikideks karvafolliikuli rakutüüpideks.

Vähk

LGR5 valgu rolli uuringud kolorektaalvähi patogeneesis näitasid, et LGR5 alaekspresseerimine suurendab tuumorigeenset aktiivsust ja invasiooni. Samas LGR5 geeni üleekspresseerimine põhjustab tuumorigeense aktiivsuse kahanemist. Antud uuringu tulemused viitavad sellele, et LGR5 ei ole onkogeen, vaid kasvaja supressor geen ja selle põhiroll seisneb tüvirakkude ekspansiooni kontrollis.  LGR5 geeni varieeruvat ekspressiooni mustrit on samuti täheldatud seedeelundkonna kasvajate erinevates staadiumites, mis omakorda vihjab sellele, et LGR5 geeni ekspreseerivate tüvirakkude histoanatoomiline lokalisatsioon määrab tuumori patogeneesi mehhanisme.