Post-translationele modificaties: wat zijn het en hoe hangen ze samen met de ziekte?

Eiwitten zijn de macromoleculen van het leven. Ze vertegenwoordigen 80% van het gedehydrateerde protoplasma van de hele cel en vormen ongeveer 50% van het droge gewicht van al onze weefsels, dus weefselgroei, biosynthese en herstel zijn er volledig van afhankelijk.

Het aminozuur is de basiseenheid van het eiwit, want door opeenvolgende peptidebindingen vormen deze moleculen de eiwitketens die we kennen uit biologielessen. Aminozuren bestaan ​​uit koolstof (C), zuurstof (O), stikstof (N) en waterstof (H), 4 van de 5 bio-elementen die 96% van de celmassa van de aarde uitmaken. Om je een idee te geven, we hebben 550 gigaton organische koolstof op de planeet, waarvan 80% afkomstig is van het plantaardig materiaal dat ons omringt.

Het proces van eiwitsynthese in de cel is een complexe dans tussen DNA, RNA, enzymen en assemblageketens. Bij deze gelegenheid, We zullen u enkele algemene penseelstreken vertellen van de vorming van eiwitten op cellulair niveau, met speciale nadruk op post-translationele modificaties.

• Gerelateerd artikel: "De 20 soorten eiwitten en hun functies in het lichaam"

De basis van eiwitsynthese in de cel

Allereerst moeten we bepaalde fundamenten leggen. De mens heeft zijn genetische informatie in de kern (het mitochondriale DNA niet meegerekend), en dit heeft enkele coderende sequenties voor eiwitten of RNA, genen genoemd. Dankzij het Human Genome-project weten we dat onze soort zo'n 20.000-25.000 coderende genen heeft, wat slechts 1,5% van het totale DNA in ons lichaam vertegenwoordigt.

DNA is samengesteld uit nucleotiden, die van 4 soorten zijn, afhankelijk van de stikstofbase die ze bevatten: adenine (A), guanine (G), cytosine (C) en thymine (T). Elk aminozuur wordt gecodeerd door een triplet van nucleotiden, bekend als "codons". We geven je het voorbeeld van een paar drielingen:

GCU, GCC, GCA, GCG

Al deze tripletten of codons coderen door elkaar voor het aminozuur alanine. Deze komen in ieder geval niet rechtstreeks van genen, maar zijn RNA-segmenten, die worden verkregen uit de transcriptie van nucleair DNA. Als je iets weet over genetica, is het je misschien opgevallen dat een van de codons uracil (U) bevat, het thymine (T)-analoog van RNA.

Zodat, Tijdens transcriptie wordt een boodschapper-RNA gevormd uit de informatie die aanwezig is in de genen en het reist buiten de kern, naar de ribosomen, die zich in het cytoplasma van de cel bevinden.. Hier "lezen" de ribosomen de verschillende codons en "vertalen" ze in ketens van aminozuren, die één voor één door het transfer-RNA worden gedragen. We geven je nog een voorbeeld:

GCU-UUU-UCA-CGU

Elk van deze 4 codons codeert respectievelijk voor de aminozuren alanine, fenylalanine, serine en arginine. Dit theoretische voorbeeld zou een tetrapeptide (oligopeptide) zijn, aangezien het, om een ​​algemeen eiwit te zijn, ten minste 100 van deze aminozuren moet bevatten. In ieder geval dekt deze uitleg in algemene zin de transcriptie- en translatieprocessen die aanleiding geven tot eiwitten in cellen.

• Mogelijk bent u geïnteresseerd in: "De belangrijkste onderdelen van de cel en organellen: een overzicht"

Wat zijn post-translationele modificaties?

Post-translationele modificaties (PTM) verwijzen naar: de chemische veranderingen die eiwitten ondergaan nadat ze zijn gesynthetiseerd in ribosomen. Transcriptie en translatie geven aanleiding tot propeptiden, die moeten worden gemodificeerd om uiteindelijk de ware functionaliteit van het eiwitagens te bereiken. Deze veranderingen kunnen plaatsvinden door enzymatische of niet-enzymatische mechanismen.

Een van de meest voorkomende post-translationele modificaties is de toevoeging van een functionele groep. In de volgende lijst geven we u enkele voorbeelden van deze biochemische gebeurtenis.

• Acylering: bestaat uit de toevoeging van een acylgroep. De verbinding die deze groep doneert, staat bekend als de 'acylerende groep'. Aspirine is bijvoorbeeld afkomstig van een acyleringsproces.
• Fosforylering: bestaat uit de toevoeging van een fosfaatgroep. Het is de post-translationele modificatie die wordt geassocieerd met de overdracht van energie op cellulair niveau.
• Methylering: voeg een methylgroep toe. Het is een epigenetisch proces, omdat DNA-methylatie de transcriptie van bepaalde doelgenen verhindert.
• Hydroxylering: toevoeging van een hydroxylgroep (OH). De toevoeging van de hydroxylgroep aan bijvoorbeeld proline is een essentiële stap voor de vorming van collageen in levende wezens.
• Nitratie: toevoeging van een nitrogroep.

Er zijn veel meer mechanismen voor het toevoegen van functionele groepen, aangezien nitrosylering, glycosylering, glycatie of prenylatie ook zijn geregistreerd.. Van de vorming van medicijnen tot de synthese van biologische weefsels, al deze processen zijn op de een of andere manier essentieel voor het voortbestaan ​​van onze soort.

Zoals we eerder zeiden, bevat het menselijke genoom 25.000 genen, maar het menselijke proteoom bevat onze soort (het totaal aan eiwitten tot expressie gebracht in een cel) is ongeveer een miljoen eiwiteenheden. Naast het splitsen van het boodschapper-RNA, vormen post-translationele modificaties de basis van eiwitdiversiteit bij mensen, omdat ze in staat zijn om kleine moleculen toe te voegen via covalente bindingen die de functionaliteit van het polypeptide volledig veranderen.

Naast het toevoegen van specifieke groepen zijn er ook modificaties die eiwitten aan elkaar koppelen. Een voorbeeld hiervan is sumoylatie, waarbij een miniatuureiwit (kleine ubiquitine-gerelateerde modifier, SUMO) wordt toegevoegd aan doeleiwitten. Eiwitafbraak en nucleaire lokalisatie zijn enkele van de effecten van dit proces.

Een ander belangrijk additief post-translationeel mechanisme is ubiquitinatie, dat, zoals de naam al doet vermoeden, ubiquitine aan het doeleiwit toevoegt. Een van de vele functies van dit proces is het sturen van eiwitrecycling, aangezien ubiquitine zich bindt aan polypeptiden die vernietigd moeten worden.

Vandaag, er zijn ongeveer 200 verschillende post-translationele modificaties gedetecteerd, die veel aspecten van celfunctionaliteit beïnvloeden, waaronder mechanismen zoals metabolisme, signaaltransductie en eiwitstabiliteit zelf. Meer dan 60% van de eiwitsecties die het gevolg zijn van post-translationele modificaties zijn geassocieerd met gebied van het eiwit dat direct interageert met andere moleculen, of wat hetzelfde is, het centrum actief.

• Mogelijk bent u geïnteresseerd in: "DNA-vertaling: wat is het en wat zijn de fasen"

Post-translationele modificaties en pathologische afbeeldingen

Kennis van deze mechanismen is op zich al een schat voor de samenleving, maar het wordt nog meer interessant toen we ontdekten dat post-translationele modificaties ook bruikbaar zijn in het veld dokter.

Eiwitten die de sequentie CAAX, cysteïne (C) - alifatisch residu (A) - alifatisch residu (A) - elk hebben aminozuur (X), maken deel uit van veel moleculen met nucleaire laminae, zijn essentieel in verschillende regulerende processen en bovendien Ze zijn ook aanwezig op het oppervlak van cytoplasmatische membranen (de barrière die het binnenste van de cel van de Buitenkant). De CAAX-sequentie is van oudsher geassocieerd met de ontwikkeling van ziekten, omdat deze post-translationele modificaties regelt van de eiwitten die deze presenteren.

Zoals aangegeven door de Europese Commissie in het artikel CAAX Protein Processing in Human DISease: From Cancer to Progeria, vandaag probeert als therapeutische doelen voor kanker en progeria de enzymen te gebruiken die eiwitten met de sequentie verwerken process CAAX. De resultaten zijn op moleculair niveau te complex om in deze ruimte te beschrijven, maar het feit dat ze dat wel zijn Het gebruik van post-translationele modificaties als onderzoeksobject bij ziekten toont duidelijk aan dat belang.

Hervat

Van alle gegevens die in deze regels worden gepresenteerd, willen we er een van bijzonder belang benadrukken: De mens heeft ongeveer 25.000 verschillende genen in ons genoom, maar het cellulaire proteoom bevat een miljoen eiwitten. Dit cijfer is mogelijk dankzij post-translationele modificaties, die functionele groepen toevoegen en eiwitten daartussen koppelen, om specificiteit aan het macromolecuul te geven.

Als we willen dat je een centraal idee behoudt, is dit het volgende: DNA wordt getranscribeerd in boodschapper-RNA, dat van de kern naar het celcytoplasma reist. Hier wordt het met behulp van transfer-RNA en ribosomen vertaald in het eiwit (waaruit het zijn instructies in de vorm van codons herbergt). Na dit complexe proces vinden post-translationele modificaties plaats om het protopeptide zijn definitieve functionaliteit te geven.

Bibliografische referenties:

• Jensen, O. N. (2004). Modificatie-specifieke proteomics: karakterisering van post-translationele modificaties door massaspectrometrie. Huidige mening in de chemische biologie, 8 (1), 33-41.
• Krishna, R. G., & Wold, F. (1993). Post-translationele modificaties van eiwitten. Methoden voor eiwitsequentieanalyse, 167-172.
• Mann, M., & Jensen, O. N. (2003). Proteomische analyse van post-translationele modificaties. Natuurbiotechnologie, 21 (3), 255-261.
• Scott, I., Yamauchi, M., & Sricholpech, M. (2012). Lysine post-translationele modificaties van collageen. Essays in biochemie, 52, 113-133.
• Zie, B. T., Dikic, I., Zhou, M. M., & Pawson, T. (2006). Het lezen van eiwitmodificaties met interactiedomeinen. Natuuroverzichten Moleculaire celbiologie, 7 (7), 473-483.
• Seo, J. W., & Lee, K. J. (2004). Post-translationele modificaties en hun biologische functies: proteomische analyse en systematische benaderingen. BMB-rapporten, 37 (1), 35-44.
• Snider, N. T., & Omary, M. B. (2014). Post-translationele modificaties van intermediaire filamenteiwitten: mechanismen en functies. Natuuroverzichten Moleculaire celbiologie, 15 (3), 163-177.
• Westermann, S., & Weber, K. (2003). Post-translationele modificaties reguleren de functie van microtubuli. Natuuroverzichten Moleculaire celbiologie, 4 (12), 938-948.