Tõlkejärgsed modifikatsioonid: mis need on ja kuidas neid haigusega seostatakse

Valgud on elu makromolekulid. Need moodustavad 80% kogu raku dehüdreeritud protoplasmast ja moodustavad umbes 50% raku kuivmassist kõik meie koed, nii et kudede kasv, biosüntees ja taastumine sõltuvad neist täielikult.

Aminohape on valgu põhiühik, sest järjestikuste peptiidsidemete kaudu tekitavad need molekulid valguahelad, mida teame bioloogiatundidest. Aminohapped koosnevad süsinikust (C), hapnikust (O), lämmastikust (N) ja vesinikust (H), 4 viiest bioelemendist, mis moodustavad 96% Maa rakumassist. Idee andmiseks on meil planeedil 550 gigatonni orgaanilist süsinikku, millest 80% pärineb meid ümbritsevast taimsest ainest.

Rakusisene valgusünteesi protsess on keeruline tants DNA, RNA, ensüümide ja assambleerimisahelate vahel. Selle võimaluse korral Me ütleme teile mõned üldised pintslitõmbed valkude moodustumisel rakutasandil, pöörates erilist tähelepanu translatsioonijärgsetele modifikatsioonidele.

• Seotud artikkel: "20 tüüpi valke ja nende funktsioone kehas"

Valgusünteesi alus rakus

Kõigepealt peame panema teatud alused. Inimese geneetiline teave on tuumas (arvestamata mitokondriaalset DNA-d) ja sellel on mõned valke või RNA-d kodeerivad järjestused, mida nimetatakse geenideks.

Tänu inimese genoomi projektile teame, et meie liigil on umbes 20 000–25 000 kodeerivat geeni, mis moodustab ainult 1,5% kogu organismi DNA-st.

DNA koosneb nukleotiididest, mis on vastavalt olemasolevale lämmastikualusele nelja tüüpi: adeniin (A), guaniin (G), tsütosiin (C) ja tümiin (T). Iga aminohapet kodeerib nukleotiidide triplett, mida nimetatakse "koodoniteks". Toome teile näite paarist kolmikust:

GCU, GCC, GCA, GCG

Kõik need kolmikud või koodonid kodeerivad vahetatavalt aminohapet alaniini. Igal juhul ei tulene need otse geenidest, vaid on pigem RNA segmendid, mis saadakse tuuma DNA transkriptsioonist. Kui teate geneetikast, võite olla märganud, et ühel koodonitel on uratsiil (U), RNA tümiini (T) analoog.

Nii et Transkriptsiooni käigus moodustub geenides sisalduvast teabest messenger RNA ja see liigub väljaspool tuuma ribosoomidesse, mis asuvad raku tsütoplasmas.. Siin "loevad" ribosoomid erinevaid koodoneid ja "tõlgivad" need aminohapete ahelateks, mida ülekande RNA kannab ükshaaval. Toome teile veel ühe näite:

GCU-UUU-UCA-CGU

Kõik need 4 koodonit kodeerivad vastavalt aminohappeid alaniin, fenüülalaniin, seriin ja arginiin. See teoreetiline näide oleks tetrapeptiid (oligopeptiid), kuna see on tavaline valk, peab see sisaldama vähemalt 100 nimetatud aminohapet. Igal juhul hõlmab see selgitus üldiselt transkriptsiooni- ja translatsiooniprotsesse, mis põhjustavad rakkudes valke.

• Teile võivad huvi pakkuda: "Raku ja organellide olulisemad osad: ülevaade"

Mis on tõlkimisjärgsed muudatused?

Tõlkimisjärgsed modifikatsioonid (PTM) viitavad keemilised muutused, mis valgud läbivad, kui need on ribosoomides sünteesitud. Transkriptsiooni ja translatsiooni tulemusena tekivad propeptiidid, mida tuleb modifitseerida, et lõpuks saavutada valgu toimeaine tõeline funktsionaalsus. Need muutused võivad toimuda ensümaatiliste või mitteensümaatiliste mehhanismide kaudu.

Üks levinumaid translatsioonijärgseid modifikatsioone on funktsionaalse rühma lisamine. Järgmises loendis anname teile mõned näited selle biokeemilise sündmuse kohta.

• Atsüülimine: koosneb atsüülrühma lisamisest. Seda rühma annetav ühend on tuntud kui "atsüüliv rühm". Näiteks aspiriin pärineb atsüülimisprotsessist.
• Fosforüülimine: koosneb fosfaatrühma lisamisest. Just translatsioonijärgne modifikatsioon on seotud energia ülekandmisega rakutasandil.
• Metüülimine: lisage metüülrühm. See on epigeneetiline protsess, kuna DNA metüülimine takistab teatud sihtgeenide transkriptsiooni.
• Hüdroksüülimine: hüdroksüülrühma (OH) lisamine. Näiteks hüdroksüülrühma lisamine proliinile on oluline samm elusolendites kollageeni moodustamiseks.
• Nitreerimine: nitrogrupi lisamine.

Funktsionaalsete rühmade lisamise mehhanisme on palju rohkem, kuna on registreeritud ka nitrosüülimine, glükosüülimine, glükeerimine või prenüülimine.. Alates ravimite moodustamisest kuni bioloogiliste kudede sünteesini on kõik need protsessid ühel või teisel viisil meie liigi ellujäämiseks hädavajalikud.

Nagu oleme varem öelnud, sisaldab inimese genoom 25 000 geeni, inimese proteoom aga meie liik (rakus ekspresseeritavate valkude koguarv) on umbes miljon valguühikut. Lisaks messenger RNA splaissimisele on translatsioonijärgsed modifikatsioonid inimese valkude mitmekesisuse aluseks, kuna need on võimelised lisama väikesi molekule kovalentsete sidemete kaudu, mis muudavad polüpeptiidi funktsionaalsust täielikult.

Lisaks spetsiifiliste rühmade lisamisele on ka modifikatsioone, mis seovad valke omavahel. Selle näiteks on sumoüülimine, mis lisab sihtvalkudele miniatuurse valgu (väike ubikvitiiniga seotud modifikaator SUMO). Valgu lagunemine ja tuuma lokaliseerimine on selle protsessi mõned mõjud.

Teine oluline lisandite translatsioonijärgne mehhanism on ubikvitinatsioon, mis, nagu nimigi ütleb, lisab ubikvitiini sihtvalku. Selle protsessi üks paljudest funktsioonidest on suunata valkude ringlussevõtt, kuna ubikvitiin seondub polüpeptiididega, mis tuleb hävitada.

Täna on tuvastatud umbes 200 erinevat tõlkimisjärgset modifikatsiooni, mis mõjutavad raku funktsionaalsuse paljusid aspekte, sealhulgas mehhanisme nagu metabolism, signaaliülekanne ja valgu stabiilsus ise. Üle 60% translatsioonijärgsetest modifikatsioonidest tulenevatest valgusektsioonidest on seotud valgu pindala, mis interakteerub otseselt teiste molekulidega, või mis on sama, selle keskus aktiivne.

• Teile võivad huvi pakkuda: "DNA tõlge: mis see on ja millised on selle faasid"

Tõlkimisjärgsed modifikatsioonid ja patoloogilised pildid

Nende mehhanismide tundmine on iseenesest ühiskonna aare, kuid asju saab veelgi huvitav, kui avastasime, et tõlkimisjärgsetel modifikatsioonidel on selles valdkonnas ka kasu arst.

Valgud, milles on järjestus CAAX, tsüsteiin (C) - alifaatne jääk (A) - alifaatne jääk (A) - mis tahes aminohape (X) on osa paljudest tuumakihtidega molekulidest, on olulised erinevates regulatsiooniprotsessides ja lisaks Need esinevad ka tsütoplasmaatiliste membraanide pinnal (barjäär, mis piirab raku sisemust). Välimine). CAAX järjestust on ajalooliselt seostatud haiguste arenguga, kuna see reguleerib seda esitavate valkude translatsioonijärgseid modifikatsioone.

Nagu Euroopa Komisjon osutas täna artiklis CAAX Protein Processing in Human DIsease: From Cancer to Progeria üritab kasutada vähi ja progeria terapeutiliste sihtmärkidena ensüüme, mis töötlevad järjestusi sisaldavaid valke CAAX. Tulemused on molekulaarsel tasandil selles ruumis kirjeldamiseks liiga keerulised, kuid fakt, et need on Tõlkimisjärgsete modifikatsioonide kasutamine haiguste uurimise objektina näitab seda selgelt tähtsust.

Jätka

Kõigist nendes ridades esitatud andmetest tahame esile tõsta ühte erilist tähtsust: Inimesel on meie genoomis umbes 25 000 erinevat geeni, kuid rakuline proteoom moodustab miljon valku. See näitaja on võimalik tänu posttranslatsioonilistele modifikatsioonidele, mis lisavad funktsionaalrühmi ja ühendavad omavahel valke, et makromolekulile spetsiifilisust anda.

Kui tahame, et hoiate keskset ideed, on see järgmine: DNA transkribeeritakse messenger RNA-ks, mis liigub tuumast raku tsütoplasmasse. Siin tõlgitakse see ülekantava RNA ja ribosoomide abil valguks (millest ta sisaldab koodonite kujul oma juhiseid). Pärast seda keerukat protsessi toimuvad translatsioonijärgsed modifikatsioonid, et anda protopeptiidile lõplik funktsionaalsus.

Bibliograafilised viited:

• Jensen, O. N. (2004). Modifikatsioonispetsiifiline proteoomika: translatsioonijärgsete modifikatsioonide iseloomustamine massispektromeetria abil. Praegune arvamus keemiabioloogias, 8 (1), 33–41.
• Krishna, R. G., & Wold, F. (1993). Valkude translatsioonijärgsed modifikatsioonid. Valgujärjestuse analüüsi meetodid, 167-172.
• Mann, M. ja Jensen, O. N. (2003). Tõlkimisjärgsete modifikatsioonide proteoomiline analüüs. Looduse biotehnoloogia, 21 (3), 255-261.
• Scott, I., Yamauchi, M., ja Sricholpech, M. (2012). Lüsiini kollageeni translatsioonijärgsed modifikatsioonid. Esseed biokeemias, 52, 113-133.
• Seet, B. T., Dikic, I., Zhou, M. M., & Pawson, T. (2006). Valgu modifikatsioonide lugemine koosmõju domeenidega. Nature review Molekulaarne rakubioloogia, 7 (7), 473-483.
• Seo, J. W., & Lee, K. J. (2004). Tõlkimisjärgsed modifikatsioonid ja nende bioloogilised funktsioonid: proteoomiline analüüs ja süsteemsed lähenemisviisid. BMB aruanded, 37 (1), 35–44.
• Snider, N. T., & Omary, M. B. (2014). Hõõgniidi valkude translatsioonijärgsed modifikatsioonid: mehhanismid ja funktsioonid. Nature review Molekulaarrakkude bioloogia, 15 (3), 163-177.
• Westermann, S., & Weber, K. (2003). Tõlkejärgsed modifikatsioonid reguleerivad mikrotuubulite funktsiooni. Nature review Molecular cell biology, 4 (12), 938-948.