معلومة

11.4: يبدأ الارتباط بالجليكوزيل البروتين المرتبط بـ N في ER - علم الأحياء

11.4: يبدأ الارتباط بالجليكوزيل البروتين المرتبط بـ N في ER - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

يعتبر الارتباط بالجليكوزيل تعديلاً هامًا للبروتينات حقيقية النواة لأن بقايا السكر المضافة غالبًا ما تستخدم كأعلام جزيئية أو إشارات تمييز للخلايا الأخرى غير التي تتلامس معها. هناك نوعان من الارتباط بالجليكوزيل بالبروتين ، وكلاهما يتطلب استيراد البولي ببتيد المستهدف إلى ER. يبدأ الارتباط بالجليكوزيل المرتبط بـ N فعليًا في الشبكة الإندوبلازمية ، لكن الارتباط بالجليكوزيل المرتبط بـ O لا يحدث حتى يتم نقل البولي ببتيد إلى جهاز جولجي. لذلك ، فإن الحالة أيضًا هي أن الارتباط بالجليكوزيل المرتبط بـ N يمكن (ولا يزال) يبدأ عادةً كآلية ترجمة مشتركة ، في حين يجب أن يحدث الارتباط بالجليكوزيل المرتبط بـ O بعد الترجمة. الاختلافات الرئيسية الأخرى في نوعي الارتباط بالجليكوزيل هي (1) يحدث الارتباط بالجليكوزيل المرتبط بـ N على بقايا الأسباراجين (N) ضمن تسلسل NXS أو NXT (X هو أي حمض أميني بخلاف P أو D) بينما يحدث الارتباط بالجليكوزيل المرتبط بـ O في هيدروكسيل الأكسجين من السلسلة الجانبية إما من بقايا سيرين أو ثريونين محدد ليس بالتسلسل المحيط ، ولكن من خلال البنية الثانوية والثالثية ؛ (2) يبدأ الارتباط بالجليكوزيل المرتبط بـ N بـ "شجرة" مكونة من 14 بقايا سكر محددة يتم تقليمها بعد ذلك وإعادة تشكيلها ، ولكنها تظل كبيرة إلى حد ما ، بينما يعتمد الارتباط بالجليكوزيل المرتبط بـ O على إضافة متسلسلة للسكريات الفردية ، ولا يمتد عادةً إلى ما بعد عدد قليل من المخلفات.

من الناحية الفنية ، يبدأ الارتباط بالجليكوزيل بالنيتروجين حتى قبل ترجمة البروتين ، حيث يتم تصنيع أوليغوساكاريد (أي شجرة "السكر" - ليس مصطلحًا رسميًا ، بالمناسبة) في ER (الشكل ( PageIndex {12} )) دون أن يتم تشغيله عن طريق الترجمة أو إدخال البروتين.

Dolichol عبارة عن هيدروكربون طويل السلسلة [بين 14-24 وحدة إيزوبرين من 4 + 1 كربون] موجود بشكل أساسي في غشاء ER ، ويعمل كمثبت مؤقت لـ N-glycosylation oligosaccharide حيث يتم تصنيعه وينتظر البروتين المناسب للجليكوزيلات. يبدأ تخليق قليل السكاريد بإضافة اثنين من بقايا N-acetylglucosamine إلى رابط البيروفوسفات ، متبوعًا بمانوز. من هذا المانوز ، فروع oligosaccharide ، مع فرع واحد يتلقى ثلاثة مخلفات مانوز أخرى والآخر يتلقى واحدًا. حتى الآن ، كل هذه الإضافات إلى قليل السكاريد تحدث في السيتوبلازم. الآن هو glycolipid انقلبت إلى الداخل إلى تجويف ER! بمجرد دخول اللومن ، تتم إضافة أربعة مانوسات أخرى ، وأخيراً ثلاث بقايا جلوكوز أعلى الهيكل.

لا يتم استخدام جميع النيوكليوسيدات لهذه العملية: تم العثور على السكريات مرتبطة فقط بـ UDP و GDP و CMP. UDP هو N-acetylgalactosamine (GalNAc) الأكثر تنوعًا وترابطًا ، N-acetylglucosamine (GlcNAc) ، N-acetylmuramic acid ، galactose ، glucose ، glucuronic acid ، and xylose. يستخدم الناتج المحلي الإجمالي للمانوز والفوكوز ، بينما يستخدم CMP فقط لحمض السياليك.

الإنزيمات التي تحقق الارتباط بالجليكوزيل هي جليكوزيل ترانسفيرازات محددة لكل من بقايا السكر المضافة والسكاريد المستهدف. السكريات المستخدمة من قبل الإنزيمات ليست مجرد السكر ، ولكن السكريات النوكليوتيدية - عادة ما يكون السكر مرتبطًا بالنيوكليوزيد ثنائي الفوسفات ، على سبيل المثال ، جلوكوز اليوراسيل ثنائي الفوسفات (UDP- الجلوكوز) أو الناتج المحلي الإجمالي- مانوز.

يحتوي oligosaccharide المرتبط بـ N على دورين فسيولوجيين: يعمل كقاعدة لمزيد من الارتباط بالجليكوزيل ، ويتم استخدامه كعلامة لفحص الخطأ في طي البروتين بواسطة نظام calnexin-calreticulin (الشكل ( PageIndex {13} ) ). بمجرد ربط قليل السكاريد ببولي ببتيد جديد ، تبدأ عملية الارتباط بالجليكوزيل بفعل الجلوكوزيداز والذي يزيل اثنين من الجلوكوز. يعد الجلوكوز الأخير ضروريًا لمساعدة رصيف البروتين السكري مع كالنيكسين أو كالريتيكولين (الشكل 13 ، الخطوة 1 أو 4) ، وهي بروتينات متشابهة جدًا لها نشاط بطيء للجلوكوزيداز وترتبط بنشاط يشبه إيزوميراز البروتين.

يأتي النشاط الشبيه بأيزوميراز ثنائي كبريتيد البروتين من ERp57 ، وهو تقنيًا ثيول أوكسيريدوكتاز ، ولكنه مشابه وظيفيًا لـ PDI.

الاختلاف الرئيسي هو أن الكالريتيكولين قابل للذوبان في تجويف ER بينما يرتبط كالنيكسين بغشاء ER. كلاهما يحتفظ مؤقتًا بالبروتين السكري مما يمنحه الوقت (لإعادة) الطي وربما إعادة ترتيب روابط ثاني كبريتيد ، ثم يزيل الجلوكوز ، مما يسمح للبروتين السكري بالاستمرار في طريقه. الأهم من ذلك ، إذا لم يتم طي البروتين السكري تمامًا (الخطوة 2 أ) ، فإن إنزيم UDP-glucose: يتعرف عليه بروتين الجلوكوزيل ترانسفيراز (GT) ويضيف بقايا الجلوكوز (الخطوة 3) ، مما يجبره على المرور عبر دورة الكالريتيكولين / كالنيكسين مرة أخرى على أمل طيها بشكل صحيح هذه المرة. إذا تم طيها بشكل صحيح (الخطوة 2 ب) ، فيمكن التعرف عليها بواسطة ER-α-1،2-mannosidase ، والتي تزيل مانوز ، وتكمل تعديلات الارتباط بالجليكوزيل في ER.

تستمر معظم البروتينات السكرية في إعادة تشكيل قليل السكاريد بمجرد نقلها من ER إلى جهاز Golgi عن طريق النقل الحويصلي. هناك ، يتم تقليم مجموعة متنوعة من glycosidases و glycosyltransferases وإضافتها إلى oligosaccharide. على الرغم من أن الارتباط بالجليكوزيل متسق وقوالب نمطية لبروتين معين ، إلا أنه لا يزال من غير الواضح بالضبط كيف يتم تحديد أنماط الارتباط بالجليكوزيل.

يمكن لمضاد حيوي شائعين ، التونيكاميسين والباسيتراسين ، استهداف الارتباط بالجليكوزيل المرتبط بـ N ، على الرغم من أن خصائص المضادات الحيوية الخاصة بهما تأتي من تعطيل تكوين جدران الخلايا البكتيرية. Tunicamycin هو نظير لـ UDP-GlcNAc ، وداخل الخلايا حقيقية النواة يمكن أن يعطل تكوين السكاريد الأولي عن طريق منع إضافة GlcNAc الأولية إلى فوسفات dolichol. نظرًا لأنه يمكن نقله إلى خلايا حقيقية النواة ، فإن التونيكاميسين ليس مفيدًا سريريًا بسبب سميته. من ناحية أخرى ، فإن Bacitracin عبارة عن بولي ببتيد دوري صغير يرتبط بـ dolichol-PP لمنع نزع الفسفرة إلى dolichol-P ، وهو ضروري لبناء قليل السكاريد. Bacitracin ليس منفذاً للخلايا ، لذلك على الرغم من أن له نشاطًا مشابهًا لـ tunicamycin على البكتيريا عن طريق تعطيل تخليق الجليكوليبيد خارج الخلية اللازم لتكوين جدار الخلية ، إلا أنه غير ضار لحقيقيات النوى ، وبالتالي فهو مضاد حيوي علاجي مفيد.


التكنولوجيا الحيوية الصناعية ومنتجات السلع

الملخص

الارتباط بالجليكوزيل بالبروتين هو تعديل ما بعد الترجمة المعقد الذي يعالج النشاط البيولوجي ووظيفة البروتينات السكرية العلاجية. حتى الآن ، تم وصف عدد كبير من الوظائف المتعلقة بتكوين الجليكان في الأدبيات: من الذوبان ، والاستقرار ، والتوطين الخلوي ، والاتجار الجزيئي ، والاعتراف الذاتي ، والتخليص ، والنقل ، والمناعة ، والعمر النصفي المتداول. في الآونة الأخيرة ، كان تكوين الجليكان هدفًا للتعديل لتعزيز سلامة وفعالية علاجات البروتين السكري. أثارت هذه الروابط بين الطبيعة المعقدة للجليكان والوظائف المرتبطة بها مخاوف جدية داخل هيئات تنظيم الأدوية في جميع أنحاء العالم. الجليكانات هي أكثر فئات الجزيئات تعقيدًا وتجانسًا بسبب عملية التخليق الحيوي غير المدفوعة بالقالب ، مما يجعل توصيف الجليكان أمرًا صعبًا. لا توجد طريقة عالمية متاحة يمكن أن تميز البنية الكاملة للبروتين السكري ، فمن الضروري تطبيق عدة طرق متعامدة لقياس المعلمات الفردية مثل تحليل موقع الارتباط بالجليكوزيل ، وتسلسل قليل السكاريد ، ومحتوى السكاريد الأحادي لبروتين سكري علاجي. في هذه المقالة ، نناقش العديد من الأساليب والاستراتيجيات التحليلية الحديثة لتقييم إجمالي بنية ووظيفة البروتين السكري.


مقدمة

توجد الجليكانات في الخلايا كمرفقات تساهمية لجزيئات أخرى مثل البروتينات (البروتينات السكرية) أو الدهون (الجليكوليبيدات) ، على الرغم من أن الجليكانات المعزولة يمكن أن ترتبط أيضًا بالبروتينات مثل الروابط 1،2،3. تم ربط هذه الجليكانات بعدد متزايد من العمليات البيولوجية المهمة 4. يشتمل الرابطان الرئيسيان للجليكوسيد مع البروتينات إما على النيتروجين في السلسلة الجانبية للأسباراجين (نالجليكانات المرتبطة) 5 أو الأكسجين الموجود في السلسلة الجانبية للسيرين أو الثريونين (االجليكانات المرتبطة) 6. Gangliosides التي تحتوي على حمض السياليك هي نوع من الارتباط بالجليكوزيل الدهني 7. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن ربط البروتينات بسطح الغشاء عن طريق ارتباط بين مجموعة الكاربوكسيل الطرفية ومثبت glycophosphatidylinositol (GPI) 8.

يعد ارتباط البروتين بالجليكوزيل أحد أهم التعديلات اللاحقة للترجمة في الخلية ، ومن المتوقع أن يكون أكثر من نصف جميع البروتينات في الطبيعة غليكوزيلاتي 9. ن- الارتباط بالجليكوزيل المرتبط هو عملية كيميائية يحفز فيها oligosaccharyltransferase en كتلة نقل جزء السكاريد قليل السكاريد من قليل السكاريد المرتبط بالدهون (LLO) إلى الأسباراجين المتقبل للبروتينات الوليدة ، المحددة بواسطة تسلسل الإجماع Asn-X-Thr / Ser (X ≠ Pro) 10 ، 11 ، 12. ثم تتم معالجة هيكل الجليكان المرتبط بالبروتين واشتقاقه كيميائيًا. من ناحية أخرى، ايبدأ الارتباط بالجليكوزيل المرتبط بإضافة أحادي السكاريد GalNAc (بواسطة a ن-اسيتيل جالاكتوزامينيل ترانسفيراز) إلى سيرين / ثريونين في موقع لا يحتوي على شكل تسلسل محدد جيدًا ويمكن إطالة GalNAc أو تعديله 13.

تعديلات البروتين بواسطة ن- أو ا- تعدل الجليكانات الخصائص الفيزيائية الحيوية للبروتين وبالتالي تنظم وظيفة البروتين الأصلي المشفر بواسطة الجينوم 14. كشفت العديد من التجارب أن الارتباط بالجليكوزيل يمكن أن يغير الخصائص الديناميكية الحرارية والحركية والهيكلية للبروتينات ، مما يمنح محتوى معلومات إضافيًا يتجاوز ما تمليه تسلسلها 15. نربما يكون الارتباط بالجليكوزيل المرتبط هو الأكثر تعقيدًا كيميائيًا وتعديل البروتين في كل مكان في جميع حقيقيات النوى 11. لقد تورطت الكربوهيدرات الكبيرة المحبة للماء الملحقة بالبروتينات في عدد لا يحصى من العمليات البيولوجية ، بما في ذلك التعديل على البروتين القابل للطي 16 ، وتعديل ثبات البروتين ، وقلة القلة والتجميع 15،17 ، ومراقبة الجودة في الشبكة الإندوبلازمية (ER) وتهريب البروتين 18 ، الخلية المضيفة - التفاعلات السطحية 19 وتعديل نشاط الانزيم 20.

هناك اهتمام كبير بتطوير الأساليب العامة للتنبؤ بالعواقب الهيكلية للارتباط بالجليكوزيل الخاص بالموقع وفهم كيفية استغلال هذه التأثيرات في تصميم البروتين ذي الخصائص المفيدة. هذه المعرفة ضرورية لتطوير علاجات البروتين السكري في الطب الحديث 21. في هذه الدراسة ، آثار ن- يتم فحص الجليكانات الموجودة على البروتينات السكرية المطوية من حيث بنية البروتين وديناميكياتها في أشكالها المصابة بالجليكوزيلات والجليكوزيلات باستخدام نهج حسابي متكامل لتحليل بنية بنك بيانات البروتين (PDB) ومحاكاة الديناميات الجزيئية الذرية (MD). دراستنا تكشف ذلك نلا يؤدي الارتباط بالجليكوزيل إلى حدوث تغييرات عالمية / محلية كبيرة في بنية البروتين ، ولكنه يقلل من ديناميكيات البروتين ، مما يؤدي على الأرجح إلى زيادة استقرار البروتين.


الاكتشاف والخلفية

تم اكتشاف الارتباط GlcNAc & # x003b21 & # x02013Asn من خلال التحليلات الكيميائية الحيوية للألبومين البيضاوي. الحد الأدنى من تسلسل الأحماض الأمينية لتلقي N-glycan هو Asn-X-Ser / Thr حيث & # x0201cX & # x0201d هو أي حمض أميني باستثناء Pro. ومع ذلك ، ليست كل بقايا Asn في هذا التسلسل هي N-glycosylated ، كما هو موضح أدناه. تشمل الروابط الأخرى بـ Asn Glc إلى Asn في laminin للثدييات ، والطبقة S في Archaea والالتصاق في بعض البكتيريا سالبة الجرام ، GalNAc و GlcNAc إلى Asn في Archaea ، ورامنوز أو باسيلوسامين إلى Asn في البكتيريا. في بروتين سكري للذرة الحلوة ، تم العثور على Arg في N-linkage إلى Glc.

يبدأ تخليق N-Glycan على جزيء بولي إيزوبرينويد شبيه بالدهون يسمى فوسفات دوليكول (Dol-P) في حقيقيات النوى. بعد تخليق قليل السكاريد الذي يحتوي على ما يصل إلى 14 سكريات ، يتم نقل N-glycan & # x0201cen bloc & # x0201d إلى البروتين. يتم حفظ هذا المسار الاصطناعي في جميع الميتازوا والنباتات والخميرة. تستخدم البكتيريا الآليات ذات الصلة لتركيب جدار الخلية (الفصل 21). تؤثر N-Glycans على العديد من خصائص البروتينات السكرية بما في ذلك تكوينها ، وقابليتها للذوبان ، ومستضدها ، ونشاطها ، والتعرف عليها بواسطة بروتينات مرتبطة بالجليكان. يتم استخدام إدخال موقع N-glycan (Asn-X-Ser / Thr) كطريقة لتوطين أو توجيه بروتين سكري أو لمتابعة حركته عبر الخلية. تؤدي العيوب في تخليق النكليكان إلى مجموعة متنوعة من الأمراض التي تصيب الإنسان (الفصل 45).


طي البروتين وتجميعه في الشبكة الإندوبلازمية

يدخل البروتين المركب حديثًا الناشئ من خلال غشاء ER إلى بيئة فريدة من نوعها للطي والتجميع. على عكس العصارة الخلوية ، يوفر ER بيئة مؤكسدة ، ويحتوي على مستويات عالية من الكالسيوم ، ويحتوي على إنزيمات للارتباط بالجليكوزيل المرتبط بـ N. يتم في كثير من الحالات تعديل سلسلة البولي ببتيد الوليدة المتنامية بشكل مشترك مع السكريات المرتبطة بـ N وتبدأ في الانثناء بينما لا تزال مرتبطة بالريبوسوم. يعمل تكوين رابطة ثاني كبريتيد على استقرار البنية الثلاثية للبروتين. يتطلب الطي والتجميع في الجسم الحي للبروتينات الناشئة توازنًا دقيقًا بين السماح للطي بالحدوث ومنع التفاعلات غير الصحيحة التي قد تؤدي في النهاية إلى طي و / أو تجميع غير صحيح. في السنوات العديدة الماضية ، تم تحديد وتوصيف مجموعتين من البروتينات التي تتفاعل بشكل عابر مع البروتينات غير المطوية والمجمعة بشكل كامل في ER. تتكون المجموعة الأولى من إنزيمات تعزز عملية طي البروتين أو تثبته. والثاني يتكون من بروتينات تسمى "المرافق الجزيئية" التي ترتبط بشكل عابر بالببتيدات الوليدة وتمنع على ما يبدو التشوه عن طريق إخفاء تلك المناطق التي يمكن أن تؤدي إلى تفاعلات غير صحيحة بين مجالات البروتين أو التجميع.


موارد المنتجات ذات الصلة

يتم تحديد بنية البروتين من خلال تسلسل الأحماض الأمينية التي يتكون منها البروتين وكيف ينثني البروتين إلى أشكال أكثر تعقيدًا.

  • الهيكل الأساسي يتم تعريفه من خلال تسلسل الأحماض الأمينية للبروتين.
  • الهيكل الثانوي يتم تعريفها من خلال التفاعلات المحلية لامتدادات سلسلة البولي ببتيد ، والتي يمكن أن تشكل α-helices و-sheet من خلال تفاعلات الرابطة الهيدروجينية.
  • الهيكل الثالث يحدد الهيكل العام ثلاثي الأبعاد للبروتين.
  • هيكل رباعي يحدد كيفية تفاعل وحدات فرعية متعددة من البروتين لتشكيل مجمعات أكبر.

الملخص

يستخدم التخليق الحيوي للبروتينات السكرية المرتبطة بالأسباراجين مانح غليكوزيل مرتبط بدوليكيل بيروفوسفات (Dol-PP-GlcNAc)2رجل9جلك3) ، والذي يتم تجميعه بواسطة سلسلة من ناقلات الجليكوزيل المرتبطة بالغشاء والتي تشكل مسار dolichol. يتم الحفاظ على مسار التخليق الحيوي هذا بشكل كبير خلال تطور حقيقيات النوى. في حين أن الأساليب الجينية والمعلوماتية الحيوية التكميلية قد مكنت من تحديد معظم إنزيمات مسار dolichol في خميرة الخميرة، ظلت أدوار اثنين من ناقلات مانوسيل في المسار ، Alg2 و Alg11 ، غامضة لأن هذه الإنزيمات يبدو أنها تحفز اثنين فقط من التحولات الأربعة المتبقية غير المعلنة. لمعالجة هذه المشكلة ، تم اتباع نهج كيميائي حيوي باستخدام المؤتلف Alg2 و Alg11 من S. cerevisiae وركائز مرتبطة بدوليكيل بيروفوسفات محددة. جزء من غشاء الخلية معزول عن الإشريكية القولونية تم استخدام Alg2 الموسوم بعلامات الثيوردوكسين لإثبات أن هذا الإنزيم ينفذ فعليًا عملية ربط α1،3 ، متبوعًا بـ α1،6-mannosylation ، لتشكيل أول وسيط خماسي متفرع من المسار. بعد ذلك ، باستخدام Alg2 الموسومة بالثيوردوكسين للتخليق الكيميائي الإنزيمي لخماسي سكاريد ثنائي إيثيل بيروفوسفات ، كان من الممكن بالتالي تحديد الوظيفة الكيميائية الحيوية لـ Alg11 ، والتي هي لتحفيز التلامسين التاليين α1 ، 2-mannosylations. وبالتالي ، فإن توضيح الوظيفة المزدوجة لكل من هذه الإنزيمات يكمل تحديد مجموعة كاملة من الجليكوزيل ترانسفيرازات التي تشكل مسار dolichol.

تم دعم هذا العمل بالكامل من قبل NIH Grant GM68692.

لمن ينبغي أن تعالج المراسلات. رقم الهاتف: 1838-253-617-1. الفاكس: 1-617-452-2419. البريد الإلكتروني: [email & # 160protected]


شاهد الفيديو: EER Diagram Example u0026 Solution (شهر فبراير 2023).