Fordítás utáni módosítás - Post-translational modification
A transzláció utáni módosítása ( PTM ) utal, hogy a kovalens és általában enzimes módosítását fehérjék következő protein bioszintézis . Proteinek szintetizálódnak a riboszómák fordítására mRNS be polipeptid lánc, amely azután megy PTM alkotnak az érett fehérje terméket. A PTM -ek fontos elemei a sejtjelzésnek , például amikor a prohormonok hormonokká alakulnak .
A transzláció utáni módosítások előfordulhatnak az aminosav oldalláncain vagy a fehérje C- vagy N- végén. Bővíthetik a 20 standard aminosav kémiai repertoárját egy meglévő funkcionális csoport módosításával vagy egy új, például foszfát bevezetésével . A foszforilezés egy nagyon gyakori mechanizmus az enzimek aktivitásának szabályozására, és ez a leggyakoribb poszt-transzlációs módosítás. Sok eukarióta és prokarióta fehérje is tartalmaz szénhidrát molekulákat a glikozilezés nevű folyamatban , amelyek elősegíthetik a fehérje hajtogatását és javíthatják a stabilitást, valamint szabályozó funkciókat is elláthatnak . A lipidmolekulák lipidációnak nevezett kötődése gyakran a sejtmembránhoz kapcsolódó fehérjét vagy annak egy részét célozza meg .
A transzláció utáni módosítás egyéb formái a peptidkötések hasítása , például egy propeptid érett formává történő feldolgozása vagy az iniciátor metionin maradék eltávolítása során . A formáció diszulfidkötések a cisztein maradékok is nevezik poszt-transzlációs módosítást. Például a peptid hormon inzulint kétszer levágják a diszulfidkötések kialakulása után, és egy propeptidet eltávolítanak a lánc közepéről; a kapott fehérje két polipeptidláncból áll, amelyeket diszulfidkötések kötnek össze.
A transzláció utáni módosítások bizonyos típusai az oxidatív stressz következményei . A karbonilezés egy példa, amely a módosított fehérjét célozza meg a lebomlás érdekében, és fehérjeaggregátumok képződését eredményezheti. Specifikus aminosavmódosítások használhatók biomarkerként az oxidatív károsodásra.
Sites, hogy gyakran mennek keresztül poszt-transzlációs módosítást azok, amelyek egy funkciós csoportot, amely képes kiszolgálni, mint egy nukleofil reakcióban: a hidroxil- csoportok szerin , treonin , és a tirozin ; a lizin , arginin és hisztidin amin formái ; A tiolát anion a cisztein ; A karboxilátok az aszpartát és glutamát ; valamint az N- és C-terminálisok. Ezen túlmenően, bár az amid az aszparagin egy gyenge nukleofil, ez szolgál egy kapcsolódási ponthoz a glikánokat . Ritkább módosítások fordulhatnak elő oxidált metioninoknál és néhány metilénnél az oldalláncokban.
A fehérjék transzláció utáni módosulását kísérletileg számos technikával lehet kimutatni, beleértve a tömegspektrometriát , az Eastern blotot és a Western blotot . További módszerek a külső linkek szakaszokban találhatók.
Funkcionális csoportok hozzáadásával járó PTM -ek
Hozzáadás enzimmel in vivo
Hidrofób csoportok a membrán lokalizációjához
- myristoylation (az acilezés egy fajtája ), mirisztát kötődése , C 14 telített sav
- palmitoiláció (az acilezés egy fajtája), palmitát , C 16 telített sav kötődése
- izoprenilezés vagy prenilezés , izoprenoid csoport (pl. farnezol és geranilgeraniol ) hozzáadása
- glikáció , glikozil-foszfatidil- inozit (GPI) horgonyképződés amidkötésen keresztül a C-terminális farokhoz
Kofaktorok a fokozott enzimatikus aktivitás érdekében
- lipoiláció (az acilezés egy típusa), lipoát (C 8 ) funkciós csoport kötődése
- A flavin rész ( FMN vagy FAD ) kovalensen kapcsolódhat
- hem -C kötés tioéter -kötéseken keresztül ciszteinekkel
- foszfopantetiniláció , 4'-foszfopantetinil-rész hozzáadása koenzim A-ból , mint a zsírsavak, poliketidek, nem riboszómális peptidek és a leucin bioszintézise
- retinylidene Schiff bázis képződése
A fordítási tényezők módosítása
- diftamid képződés (az eEF2 -ben található hisztidinre )
- etanolamin -foszfoglicerin -kötés (az eEF1α -ban található glutamáton )
- hypusin képződés (az eIF5A (eukarióta) és aIF5A ( régészeti ) konzervált lizinjén )
- béta-lizin hozzáadása a P elongációs faktor (EFP) konzervált lizinjéhez a legtöbb baktériumban. Az EFP az eIF5A (eukarióta) és aIF5A ( régészeti ) homológja (lásd fent).
Kisebb kémiai csoportok
-
acilezés , pl. O -acilezés ( észterek ), N -acilezés ( amidok ), S -acilezés ( tioészterek )
- acetilezés , acetilcsoport hozzáadása , akár a fehérje N-terminálisán , akár a lizinmaradékoknál . Lásd még a hiszton -acetilezést . Ennek fordítottját dezacetilezésnek nevezik .
- formilezés
-
alkilezés , alkilcsoport , például metil- vagy etilcsoport hozzáadása
- metilezés egy metilcsoport hozzáadása , általában lizin- vagy arginincsoportoknál . Ennek a fordítottját nevezik demetilációnak .
- amidáció a C-terminálison. C-terminális Gly-oxid oxidatív disszociációjával jön létre.
-
amidkötés kialakulása
-
aminosav hozzáadása
- arginilezés , tRNS -közvetítő adalék
- poliglutamilezés , a glutaminsav- maradékok kovalens kötése a tubulin és néhány más fehérje N-terminálisához. (Lásd tubulin poliglutamiláz )
- poligliciláció , egy vagy több mint 40 glicin kovalens kötése a tubulin C-terminális farokjához
-
aminosav hozzáadása
- butirilezés
- gamma-karboxiláció a K-vitamintól függően
-
glikozilációs , a mellett a glikozil -csoport, hogy vagy arginin , aszparagin , cisztein , hidroxilizin , szerin , treonin , tirozin , vagy triptofán ami egy glikoprotein . Megkülönböztethető a glikációtól , amely a cukrok nem enzim kötődésének tekinthető.
- O -GlcNAc , N -acetil -glükózamin hozzáadása a szerin- vagy treoninmaradékokhoz egy β -glikozidos kötésben
- poliszialiláció, poliszialinsav , PSA hozzáadása az NCAM -hoz
- maloniláció
- hidroxilezés : oxigénatom hozzáadása a Pro vagy Lys csoport oldalláncához
- jódozás : jódatom hozzáadása a tirozinmaradék aromás gyűrűjéhez (pl. tiroglobulinban )
- nukleotid hozzáadása , például ADP-riboziláció
-
foszfát -észter ( O -kapcsolt) vagy foszforamidát ( N -kapcsolt) képződése
- foszforilezés , foszfátcsoport hozzáadása , általában szerinhez , treoninhoz és tirozinhoz ( O -kapcsolt), vagy hisztidinhez ( N -kapcsolt)
- adenylylation , a hozzáadásával adenilil csoportot, rendszerint a tirozin ( O -kötésű), vagy a hisztidin és lizin ( N -kapcsoltak)
- uridilezés, uridilil-csoport (azaz uridin-monofoszfát , UMP) hozzáadása, általában tirozinhoz
- propionilezés
- piroglutamát képződés
- S -glutationiláció
- S -nitrozilezés
- S -sulfenylation ( aka S -sulphenylation), reverzibilis kovalens hozzáadásával egy oxigénatomot, hogy a tiol- csoport egy cisztein maradékot
- S -szulfinilezés, általában visszafordíthatatlan kovalens két oxigénatom hozzáadása a cisztein maradék tiolcsoportjához
- S -sulfonylation, általában visszafordíthatatlan kovalens hozzáadásával három oxigénatomból a tiol -csoport egy cisztein maradékot, ami a kialakulását a ciszteinsav maradékot
- szukcinilezési hozzáadásával szukcinil csoport lizinre
- szulfatálás , a mellett a szulfát-csoportot egy tirozin .
Nem enzimatikus hozzáadások in vivo
- glikáció , cukormolekula hozzáadása egy fehérjéhez egy enzim kontrolláló hatása nélkül.
- karbamilálása hozzáadásával izociánsav , hogy a fehérje N-terminálisán vagy az oldallánc Lys.
- karbonilezés szén -monoxid hozzáadása más szerves/szervetlen vegyületekhez.
- spontán izopeptid kötés kialakulása, amint azt a Gram-pozitív baktériumok sok felszíni fehérjéjében megtaláljuk .
Nem enzimatikus hozzáadások in vitro
- biotinilezés : egy biotinrész kovalens kötése biotinilező reagens használatával, tipikusan fehérje megjelölése céljából.
- karbamilezés: izocianinsav hozzáadása a fehérje N-terminálisához vagy a Lys vagy Cys aminosavak oldalláncához, jellemzően karbamid oldatok hatásának eredményeként.
- oxidáció: egy vagy több oxigénatom hozzáadása egy érzékeny oldallánchoz, elsősorban Met, Trp, His vagy Cys csoportokhoz. Diszulfidkötések kialakulása a Cys -maradékok között.
- pegiláció : polietilénglikol (PEG) kovalens kötése pegilációs reagens használatával, jellemzően az N-terminálishoz vagy a Lys-maradékok oldalláncához. A pegilációt a fehérjegyógyszerek hatékonyságának javítására használják.
Más fehérjék vagy peptidek
- ISGiláció, kovalens kötés az ISG15 fehérjéhez (interferon-stimulált gén 15)
- SUMOylation , kovalens kapcsolat a SUMO fehérjével (Small Ubiquitin-related MOdifier)
- ubikvitináció , a kovalens kötés az ubiquitin fehérjéhez.
- neddylation , a kovalens kapcsolat Nedddel
- pupiláció , a kovalens kötés a prokarióta ubiquitin-szerű fehérjéhez
Az aminosavak kémiai módosítása
- citrullination , vagy deimination , az átalakítás a arginint a citrullin
- dezamidáció , az átalakítás a glutamin a glutaminsav vagy az aszparagin , hogy aszparaginsav
- eliminylation , az átalakítás egy alkén által béta-eliminációs a foszfotreonint és foszfoszerin vagy kiszáradás a treonin és szerin
Szerkezeti változások
- diszulfid hidak , két cisztein aminosav kovalens kötése
- proteolitikus hasítás , fehérje hasítása peptidkötésnél
- izoaszpartát képződését, aszparagin vagy aszparaginsav aminosavak ciklikusításával
-
rasszizáció
- A szerin által fehérje-szerin epimeráz
- A alanin a dermorphin , egy béka opioid peptid
- a metionin a deltorfin , továbbá egy béka opioid peptid
- fehérje-splicing , az mRNS-feldolgozással analóg inteinek önkatalitikus eltávolítása
Statisztika
Gyakori PTM -ek gyakoriság szerint
2011-ben a kísérletileg és feltételezetten észlelt minden egyes poszt-transzlációs módosítás statisztikáját a Swiss-Prot adatbázisból származó proteóm-szintű információk felhasználásával állították össze. A 10 leggyakoribb kísérletileg talált módosítás a következő volt:
Frekvencia | Módosítás |
---|---|
58383 | Foszforiláció |
6751 | Acetilezés |
5526 | N-kapcsolt glikozilezés |
2844 | Amidálás |
1619 | Hidroxilezés |
1523 | Metilezés |
1133 | O-kapcsolt glikozilezés |
878 | Mindenütt jelenlét |
826 | Pirrolidon -karbonsav |
504 | Szulfatálás |
Gyakori PTM -ek maradék szerint
Az alábbiakban bemutatjuk a specifikus aminosavmaradékok néhány gyakori poszt-transzlációs módosítását. Az oldalláncon módosítások történnek, hacsak másként nem jelezzük.
Aminosav | Abbrev. | Módosítás |
---|---|---|
Alanine | Ala | N-acetilezés (N-terminális) |
Arginin | Arg | dezmináció citrullinná , metilezés |
Spárga | Asn | dezamidálás Asp-re vagy izo (Asp) -ra, N-kapcsolt glikozilezés |
Aszparaginsav | Áspiskígyó | izomerizáció izoaszparaginsavvá |
Cisztein | Cys | diszulfid- kötés kialakulása, oxidáció szulfén-, szulfinsav- vagy szulfonsavvá, palmitoiláció , N-acetilezés (N-terminális), S-nitrozilezés |
Glutamin | Gln | ciklizálás a piroglutaminsav (N-terminális), dezamidáció a glutaminsav vagy izopeptid kötést kialakulását egy lizin által transzglutamináz |
Glutaminsav | Glu | ciklizáció piroglutaminsavvá (N-terminális), gamma-karboxilezés |
Glicin | Gly | N- mirisztoiláció (N-terminális), N-acetilezés (N-terminális) |
Hisztidin | Övé | Foszforiláció |
Izoleucin | Ile | |
Leucin | Leu | |
Lizin | Lys | acetilezés , ubiquitination , SUMOylation , methylation , hydroxylation |
Metionin | Találkozott | N-acetilezés (N-terminális), N-kapcsolt Ubiquitination, oxidáció szulfoxiddá vagy szulfonná |
Fenilalanin | Phe | |
Proline | Pro | hidroxilezés |
Serine | Ser | Foszforilezés , O-kapcsolt glikozilezés , N-acetilezés (N-terminális) |
Treonin | Thr | Foszforilezés , O-kapcsolt glikozilezés , N-acetilezés (N-terminális) |
Triptofán | Trp | mono- vagy di-oxidáció, kinurenin , triptofán-triptofil- kinon képződése |
Tirozin | Tyr | szulfatálás , foszforiláció |
Valine | Val | N-acetilezés (N-terminális) |
Adatbázisok és eszközök
A fehérjeszekvenciák olyan szekvenciamotívumokat tartalmaznak, amelyeket a módosító enzimek felismernek, és amelyek dokumentálhatók vagy előre jelezhetők a PTM adatbázisokban. Mivel sokféle módosítást fedeztek fel, szükség van az ilyen jellegű információk adatbázisokban történő dokumentálására. A PTM információk gyűjthetők kísérleti eszközökkel, vagy előre jelezhetők kiváló minőségű, manuálisan kurátált adatokból. Számos adatbázis jött létre, gyakran bizonyos rendszertani csoportokra (pl. Humán fehérjék) vagy más jellemzőkre összpontosítva.
Erőforrások listája
- PhosphoSitePlus- Adatbázis, amely átfogó információkat és eszközöket tartalmaz az emlősfehérjék transzláció utáni módosításának vizsgálatához
- ProteomeScout- Fehérjék és kísérleti transzlációs módosítások adatbázisa
- Human Protein Reference Database - Adatbázis a különböző módosításokhoz, és megérti a különböző fehérjéket, azok osztályát és a betegséget okozó fehérjékhez kapcsolódó funkcióit/folyamatát
- PROSITE - Számos PTM -típus konszenzusmintáinak adatbázisa, beleértve a webhelyeket is
- Protein Information Resource (PIR) - Adatbázis a PTM -ek megjegyzéseinek és szerkezeteinek gyűjteményéhez.
- dbPTM - Adatbázis, amely különböző PTM -eket és azok kémiai összetevőire/szerkezetére vonatkozó információkat és az aminosavval módosított hely gyakoriságát mutatja
- Az Uniprot rendelkezik PTM információkkal, bár ezek kevésbé átfogóak, mint a speciálisabb adatbázisokban.
- Az O -GlcNAc adatbázis -Kurátor adatbázis a fehérje O -GlcNAcylation számára, és több mint 14 000 fehérje bejegyzésre és 10 000 O -GlcNAc helyre hivatkozik.
Eszközök
A fehérjék és a PTM -ek megjelenítésére szolgáló szoftverek listája
- PyMOL - közös PTM -ek bevezetése a fehérjemodellekbe
- Félelmetes - Interaktív eszköz az egyetlen nukleotid polimorfizmusok szerepének megismeréséhez a PTM -ekben
- Chimera - Interaktív adatbázis a molekulák megjelenítéséhez
Példák az esetekre
- Diszulfidhidak hasítása és képződése az inzulin előállítása során
- A hisztonok PTM -je a transzkripció szabályozásaként : RNS -polimeráz -szabályozás a kromatin szerkezetével
- Az RNS polimeráz II PTM -je, mint a transzkripció szabályozása
- A polipeptidláncok hasítása kulcsfontosságú a lektin -specifitás szempontjából
Függőség
A függőség egyik fő jellemzője a kitartás. Az addiktív fenotípus egész életen át tartó lehet, a kábítószer -vágy és a visszaesés évtizedes absztinencia után is előfordulhat. Úgy tűnik, hogy a függőség molekuláris alapja szempontjából döntő jelentőségűek a poszt-transzlációs módosítások, amelyek a hisztonfehérje farkának epigenetikus változásaiból állnak az agy bizonyos régióiban . Amint bizonyos transzláció utáni epigenetikai módosítások bekövetkeznek, úgy tűnnek, hogy ezek hosszú távú "molekuláris hegek", amelyek a függőség fennmaradását okozhatják.
A cigarettázók (az Egyesült Államok lakosságának körülbelül 21% -a 2013 -ban) általában nikotinfüggők . 7 nap után a nikotin a kezelés az egerek, a poszt-transzlációs módosítások álló acetilezés egyaránt hiszton H3 és H4-hiszton- nőtt a fosB promoter a nucleus accumbens az agy, ami egy 61% -os növekedést fosB expresszió. Ez növeli a Delta FosB illesztési változat expresszióját is . Az agy sejtmagjában a Delta FosB "tartós molekuláris kapcsolóként" és "vezérlő fehérjeként" működik a függőség kialakulásában . Hasonlóképpen, patkányok 15 napos nikotinkezelése után a patkányok prefrontális kéregében (PFC) a dopamin D1 receptor (DRD1) gén promoterében a poszttranszlációs módosítás, amely a hiszton H4 háromszoros fokozott acetilálását jelenti . Ez fokozott dopamin-felszabadulást okozott a PFC jutalommal összefüggő agyi régiójában, és az ilyen fokozott dopamin-felszabadulást a függőség fontos tényezőjeként ismerik el.
Az Egyesült Államok lakosságának körülbelül 7% -a alkoholfüggő . Legfeljebb 5 napig alkoholnak kitett patkányokban megnövekedett a hiszton 3 lizin 9 acetiláció, a H3K9ac , transzláció utáni módosulása az agyi amygdala komplex pronociceptin promoterében . Ez az acetilezés a pronociceptin aktiváló jele. A nociceptin/nociceptin opioid receptor rendszer részt vesz az alkohol erősítő vagy kondicionáló hatásában.
A kokainfüggőség az Egyesült Államok lakosságának körülbelül 0,5% -ánál fordul elő. A kokain ismételt beadása egerekben transzláció utáni módosításokat indukál, beleértve a 3-as hiszton (H3) vagy a 4-es hiszton (H4) hiperacetilálását 1696 génnél egy agyi jutalmazási régióban [a nucleus accumbens ] és deacetilezést 206 génnél. Legalább 45 gének, látható a korábbi vizsgálatokban kell felülszabályozott a nucleus accumbens egerek után krónikus kokain expozíciót, azt találtuk, hogy a poszt-transzlációs hiperacetiláció hiszton H3 vagy H4-hiszton. Ezen egyedi gének közül sok közvetlenül kapcsolódik a kokain -expozícióval összefüggő függőségi aspektusokhoz.
2013 -ban az Egyesült Államokban 22,7 millió 12 éves vagy annál idősebb személynek volt szüksége kezelésre egy tiltott kábítószer- vagy alkoholfogyasztási probléma miatt (a 12 éves vagy idősebb személyek 8,6 százaléka).
Lásd még
Hivatkozások
Külső linkek
( Wayback Machine másolat)
- Fordítás utáni módosítások listája az ExPASy -ban
- Böngésszen a SCOP tartományokban PTM szerint - a dcGO adatbázisból
- A fordítás utáni módosítás statisztikái a Swiss-Prot adatbázisból
(Wayback Machine)
- AutoMotif szerver - Számítási protokoll a fehérjeszekvenciák transzláció utáni módosításainak azonosítására
- Funkcionális elemzések a célfehérje helyspecifikus foszforilációjához a sejtekben
- Fordítás utáni módosítások észlelése nagy pontosságú MSMS után
- A leggyakrabban használt, fordítás utáni módosítás-észlelési technikák áttekintése és leírása