Тела включения
Тельца включения представляют собой агрегаты определенных типов белков, обнаруженных в нейронах и ряде тканевых клеток, включая эритроциты , бактерии , вирусы и растения . Тельца включения агрегатов множества белков также обнаруживаются в мышечных клетках, пораженных миозитом с включениями и наследственной миопатией с включениями . [1]
Тельца включения в нейронах могут накапливаться в цитоплазме или ядре и связаны со многими нейродегенеративными заболеваниями . [2] Тельца включения при нейродегенеративных заболеваниях представляют собой агрегаты неправильно свернутых белков ( агресомы ) и являются отличительными чертами многих из этих заболеваний, включая тельца Леви при деменции с тельцами Леви и болезнь Паркинсона , тельца включения нейросерпина, называемые тельцами Коллинза , при семейной энцефалопатии с тельцами включения нейросерпина , [3] тельца включения при болезни Хантингтона , тельца Паппа-Лантоса при множественной системной атрофии и различные тельца включения при лобно-височной деменции , включая тельца Пика . [4] Тельца Бунина в мотонейронах являются основным признаком бокового амиотрофического склероза . [5]
Другие обычные клеточные включения часто представляют собой временные включения накопленных белков, жиров, секреторных гранул или других нерастворимых компонентов. [6]
Тельца включения встречаются у бактерий в виде частиц агрегированного белка. Они имеют более высокую плотность, чем многие другие компоненты клеток, но являются пористыми. [7] Обычно они представляют собой места размножения вируса в бактериях или эукариотических клетках и обычно состоят из белков вирусного капсида .Тельца включения содержат очень мало белка-хозяина, рибосомальных компонентов или фрагментов ДНК/РНК. Они часто почти исключительно содержат сверхэкспрессированный белок и агрегацию и, как сообщается, являются обратимыми. Было высказано предположение, что тельца включения представляют собой динамические структуры, образующиеся в результате несбалансированного равновесия между агрегированными и растворимыми белками Escherichia coli . Появляется все больше информации, указывающей на то, что образование телец включения происходит в результате внутриклеточного накопления частично свернутых экспрессируемых белков, которые агрегируются посредством нековалентных гидрофобных или ионных взаимодействий или их комбинации. [ нужна ссылка ]
Состав
[ редактировать ]Тельца включения имеют неединичную (единственную) липидную мембрану. [ нужна ссылка ] . Классически считается, что белковые тельца включения содержат неправильно свернутый белок . Однако это оспаривается, поскольку зеленый флуоресцентный белок иногда флуоресцирует в тельцах включения, что указывает на некоторое сходство с нативной структурой, и исследователи извлекли свернутый белок из телец включения. [8] [9] [10]
Механизм образования
[ редактировать ] | Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( Апрель 2021 г. ) |
Когда гены одного организма экспрессируются в другом организме, полученный белок иногда образует тельца включения. Это часто справедливо, когда пересекаются большие эволюционные расстояния: кДНК , выделенная из эукариот например, и экспрессируемая в виде рекомбинантного гена у прокариот, рискует образованием неактивных агрегатов белка, известных как тельца включения. Хотя кДНК может правильно кодировать транслируемую мРНК , полученный в результате белок появится в чужеродном микроокружении. Это часто имеет фатальные последствия, особенно если целью клонирования является получение биологически активного белка . Например, эукариотические системы модификации углеводов и мембранного транспорта не обнаружены у прокариот . Внутреннее микроокружение прокариотической клетки ( рН , осмолярность ) может отличаться от микроокружения исходного источника гена . Механизмы сворачивания белка также могут отсутствовать, а гидрофобные остатки , которые обычно остаются скрытыми, могут быть обнажены и доступны для взаимодействия с аналогичными открытыми участками на других участках. эктопические белки. Системы процессинга для расщепления и удаления внутренних пептидов также отсутствовали бы у бактерий . Первоначальные попытки клонировать инсулин в бактерии страдали всеми этими недостатками. точный контроль, который может поддерживать низкую концентрацию белка , будет отсутствовать Кроме того, в прокариотической клетке а сверхэкспрессия может привести к заполнению клетки эктопическим белком, который, даже если бы он был правильно свернут, осаждался бы, насыщая ее среду. . [ нужна ссылка ]
В нейронах
[ редактировать ]Тельца включения представляют собой агрегаты белков, связанных со многими заболеваниями , накапливающиеся в цитоплазме или ядре нейронов нейродегенеративными . [2] Тельца включения агрегатов множества белков также обнаруживаются в мышечных клетках, пораженных миозитом с включениями и наследственной миопатией с включениями . [1]
Тельца включения при нейродегенеративных заболеваниях представляют собой агрегаты неправильно свернутых белков ( агресомы ) и являются отличительными чертами многих из этих заболеваний, включая тельца Леви при деменции с тельцами Леви и болезнь Паркинсона , тельца включения нейросерпина, называемые тельцами Коллинза , при семейной энцефалопатии с телами включения нейросерпина , тельца включения при болезни Хантингтона , включениях Паппа-Лантоса при множественной системной атрофии и различных включениях при лобно-височной деменции , включая тельца Пика . [4] Тельца Бунина в мотонейронах являются основным признаком бокового амиотрофического склероза . [5]
В красных кровяных тельцах
[ редактировать ]Эритроциты обычно не имеют включений в цитоплазме, но их можно обнаружить при некоторых заболеваниях крови.
Существует три вида включений эритроцитов:
- Органеллы развития
- Тельца Хауэлла-Джолли : небольшие округлые фрагменты ядра, возникающие в результате кариорексиса или распада ядра позднего ретикулоцита и окрашивающиеся в красновато-синий цвет красителем Райта .
- Базофильные точки – эти точки представляют собой мелкие или грубые включения, окрашивающиеся от темно-синего до фиолетового цвета, которые появляются на высушенном пятне Райта.
- Тельца Паппенгеймера – это сидеротические гранулы, представляющие собой маленькие, неправильной формы, темные гранулы, которые появляются вблизи периферии молодого эритроцита при окраске Райта.
- Полихроматофильные эритроциты – молодые эритроциты, которые больше не имеют ядра, но все еще содержат некоторое количество РНК.
- Кольца Кэбота — кольцевидной структуры и могут появляться в эритроцитах при мегалобластной анемии или при тяжелых анемиях , отравлении свинцом , а также при дизэритропоэзе , при котором эритроциты разрушаются до выхода из костного мозга .
- Аномальное осаждение гемоглобина
- Тела Хайнца [11] – тела круглой формы, преломляющие включения, не видимые на пленке окраски по Райту. Их лучше всего выявлять при прижизненном окрашивании основными красителями.
- Включения гемоглобина H – альфа-талассемия , зеленовато-синие включения появляются во многих эритроцитах после инкубации четырех капель крови с 0,5 мл бриллиантового крезилового синего в течение 20 минут при 37 °C.
- Простейшие включение
В лейкоцитах
[ редактировать ] |
- Тело Барра
- Критическое зеленое включение
- Телоподобные включения Хауэлла-Джолли (HJBLi)
- Тельца Рассела представляют собой включения иммуноглобулина , обнаруженные в атипичных плазматических клетках . Тельца Рассела слипаются в больших количествах, смещая ядро клетки к краю, и тогда клетка называется клеткой Мотта . [12]
В вирусах
[ редактировать ]
Примерами вирусных телец включения у животных являются:
Цитоплазматический эозинофильный (ацидофильный)-
- Дауновые тела при коровьей оспе
- Тела Негри при бешенстве
- Тельца Гварньери при коровьей оспе , натуральной оспе
- Тельца Пашена при натуральной оспе
- Тела Боллинджера при птичьей оспе
- Тельца моллюска при контагиозном моллюске
- Эозинофильные тельца включения при болезни боидных включенных телец
Ядерные эозинофильные (ацидофильные)-
- Тельца Каудри типа А у вируса простого герпеса и вируса ветряной оспы.
- Тела Торреса при желтой лихорадке
- Тельца Каудри типа В при полиомиелите и аденовирусе
Ядерные базофильные -
- Тельца Каудри типа В при аденовирусе
- « Совиный глаз » при цитомегаловирусе
Как ядерные, так и цитоплазматические.
Примеры вирусных телец включения в растениях [13] включают скопления вирусных частиц (например, вируса мозаики огурца). [14] ) и скопления вирусных белков (например, цилиндрические включения потивирусов [15] ). В зависимости от растения и семейства растительных вирусов эти включения можно обнаружить в клетках эпидермиса, клетках мезофилла и клетках устьиц при правильном окрашивании растительной ткани. [16]
У бактерий
[ редактировать ]Полигидроксиалканоаты (ПГА) производятся бактериями в виде телец включения. Размер гранул PHA ограничен в E. coli из-за ее небольшого размера. [17] Тельца включения бактериальных клеток не так распространены внутриклеточно по сравнению с эукариотическими клетками.
Полимерные R-тельца обнаруживаются в цитоплазме бактерий некоторых таксонов и, как полагают, участвуют в доставке токсинов. [18]
Выделение белков
[ редактировать ]От 70% до 80% рекомбинантных белков, экспрессируемых E. coli, содержатся в тельцах включения (т.е. белковых агрегатах). [19] Очистка экспрессированных белков из телец включения обычно требует двух основных стадий: экстракции телец включения из бактерий с последующей солюбилизацией очищенных телец включения. Солюбилизация телец включений часто включает обработку денатурирующими агентами, такими как мочевина или гуанидинхлорид в высоких концентрациях, для дезагрегации разрушенных белков. Ренатурация следует за лечением денатурирующими агентами и часто состоит из диализа и/или использования молекул, которые способствуют рефолдингу денатурированных белков (включая хаотопические агенты). [7] и сопровождающие). [20]
Псевдовключения
[ редактировать ]Псевдовключения — это впячивания цитоплазмы в ядра клеток , что может придавать вид внутриядерных включений. Они могут появиться при папиллярном раке щитовидной железы . [21]
Заболевания, связанные с тельцами включения
[ редактировать ]| Болезнь | Пораженные клетки |
|---|---|
| Миозит с тельцами включения | мышечные клетки |
| Боковой амиотрофический склероз | мотонейроны |
| Деменция с тельцами Леви | мозговые нейроны |
Заболевания телец включения отличаются от амилоидных заболеваний тем, что тельца включения обязательно представляют собой внутриклеточные агрегаты белка, где амилоид может быть внутриклеточным или внеклеточным. Амилоид также требует полимеризации белка, в отличие от телец включения. [22]
Предотвращение телец включения в бактериях
[ редактировать ]Тельца включения часто состоят из денатурированных агрегатов неактивных белков. Хотя ренатурация телец включения иногда может приводить к солюбилизации и восстановлению активных белков, этот процесс все еще остается эмпирическим, неопределенным и малоэффективным. За прошедшие годы было разработано несколько методов предотвращения образования телец включения. Эти методы включают в себя:
- Использование более слабых промоторов для замедления скорости экспрессии белка.
- Использование плазмид с низким числом копий. [23]
- Совместная экспрессия шаперонов (таких как GroES-GroEL и DnaK-DnaJ-GrpE) [24]
- Использование специфических штаммов E. coli , таких как (AD494 и Origami) [25]
- Слияние целевого белка с растворимым партнером [26]
- Снижение температуры сцеживания
См. также
[ редактировать ]- Полиглюкозановая болезнь тела у взрослых
- Тело астероида
- Гранулы Бирбека
- Железистое тело
- JUNQ и IPOD
- Мальтозосвязывающий белок
- Ядерные тела
- Тельца включения ортопоксвируса
- P-тела
- Кристаллы Рейнке
- Тело Шаумана
- Стресс-гранулы
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б «Спорадический миозит с тельцами включения» . НОРД (Национальная организация по редким заболеваниям) . Проверено 12 марта 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б Чунг К.Г., Ли Х., Ли С.Б. (1 сентября 2018 г.). «Механизмы белковой токсичности при нейродегенеративных заболеваниях» . Клеточные и молекулярные науки о жизни . 75 (17): 3159–3180. дои : 10.1007/s00018-018-2854-4 . ПМК 6063327 . ПМИД 29947927 .
- ^ «Семейная энцефалопатия с тельцами включения нейросерпина (идентификатор концепции: C1858680) – MedGen – NCBI» . www.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 6 апреля 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б Крутс М, Гейселинк И, ван дер Зее Дж, Энгельборгс С, Уилс Х, Пиричи Д, Радемакерс Р, Ванденберге Р, Дермаут Б, Мартин Дж., ван Дуйн К, Петерс К, Скиот Р, Сантенс П, Де Путер Т, Маттейссенс М., Ван ден Брук М., Куйт И., Веннекенс К., Де Дейн П.П., Кумар-Сингх С., Ван Броекховен С. (24 августа 2006 г.). «Нулевые мутации в програнулинах вызывают убиквитин-положительную лобно-височную деменцию, связанную с хромосомой 17q21». Природа . 442 (7105): 920–4. Стартовый код : 2006Natur.442..920C . дои : 10.1038/nature05017 . ПМИД 16862115 . S2CID 4423699 .
- ^ Перейти обратно: а б Хардиман О., Аль-Чалаби А., Чио А. (5 октября 2017 г.). «Боковой амиотрофический склероз» (PDF) . Обзоры природы. Праймеры по болезням . 3 : 17071. дои : 10.1038/nrdp.2017.71 . ПМИД 28980624 . S2CID 1002680 .
- ^ Иллюстрированный медицинский словарь Дорланда (32-е изд.). Филадельфия, Пенсильвания: Сондерс/Эльзевир. 2012. с. 928. ИСБН 9781416062578 .
- ^ Перейти обратно: а б Сингх С.М., Панда АК (1 апреля 2005 г.). «Солюбилизация и рефолдинг белков телец бактериальных включений». Журнал бионауки и биоинженерии . 99 (4): 303–310. дои : 10.1263/jbb.99.303 . ПМИД 16233795 . S2CID 24807019 .
Тельца включения представляют собой плотные электронопреломляющие частицы агрегированного белка, обнаруживаемые как в цитоплазматическом, так и в периплазматическом пространстве E. coli во время экспрессии гетерологичного белка на высоком уровне. Обычно предполагается, что высокий уровень экспрессии ненативного белка (более 2% клеточного белка) и высокогидрофобного белка более склонен к накоплению в виде телец включения в E. coli . В случае белков, имеющих дисульфидные связи, ожидается образование белковых агрегатов в виде телец включения, поскольку восстанавливающая среда бактериального цитозоля ингибирует образование дисульфидных связей. Диаметр сферических бактериальных телец-включений варьирует в пределах 0,5–1,3 мкм, а агрегаты белков в зависимости от локализации имеют либо аморфную, либо паракристаллическую природу. Тельца включения имеют более высокую плотность (~ 1,3 мг/мл), чем многие клеточные компоненты, и поэтому их можно легко отделить высокоскоростным центрифугированием после разрушения клеток. Тела включения, несмотря на то, что они являются плотными частицами, сильно гидратированы и имеют пористую структуру.
- ^ Уметсу М., Цумото К., Нитта С., Адшири Т., Эдзима Д., Аракава Т., Кумагай I (март 2005 г.). «Неденатурирующая солюбилизация бета2-микроглобулина из телец включения L-аргинином». Биохимия Биофиз Рес Коммьюнити . 328 (1): 189–97. дои : 10.1016/j.bbrc.2004.12.156 . ПМИД 15670769 .
- ^ Przybycien TM, Dunn JP, Valax P, Georgiou G (январь 1994 г.). «Характеристика вторичной структуры телец включения бета-лактамаз». Белок англ . 7 (1): 131–6. дои : 10.1093/протеин/7.1.131 . ПМИД 8140090 .
- ^ Цумото К., Уметсу М., Кумагай И., Эдзима Д., Аракава Т. (декабрь 2003 г.). «Солюбилизация активного зеленого флуоресцентного белка из нерастворимых частиц гуанидином и аргинином». Биохимия Биофиз Рес Коммьюнити . 312 (4): 1383–6. дои : 10.1016/j.bbrc.2003.11.055 . ПМИД 14652027 .
- ^ Heinz + Bodies в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- ^ Товарищи И.В., Лич И.Х., Смит П.Г., Тогхилл П.Дж., Доран Дж. (июнь 1990 г.). «Карциноидная опухоль общего желчного протока — новое осложнение синдрома Гиппеля-Линдау» . Гут . 31 (6): 728–9. дои : 10.1136/gut.31.6.728 . ПМЦ 1378509 . ПМИД 2379881 .
- ^ «Растительные вирусы, обнаруженные во Флориде, и их включения» . Университет Флориды. Архивировано из оригинала 24 марта 2012 года.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ «Включения кукумовируса огуречной мозаики (CMV)» . Университет Флориды. Архивировано из оригинала 19 февраля 2012 года.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ «Включения Potyviridae, обнаруженные во Флориде» . Университет Флориды. Архивировано из оригинала 19 февраля 2012 года.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ «Материалы и методы обнаружения вирусных включений» . Университет Флориды. Архивировано из оригинала 19 февраля 2012 года.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ Цзян XR, Ван Х, Шен Чен GQ (2015). «Разработка бактериальных форм для усиленного накопления включений». Метаболическая инженерия . 29 : 227–237. дои : 10.1016/j.ymben.2015.03.017 . ПМИД 25868707 .
- ^ Рэйманн К., Бобей Л.М., Доак Т.Г., Линч М., Грибальдо С. (1 марта 2013 г.). «Геномное исследование гомологов Reb предполагает широкое распространение R-тел в протеобактериях» . G3: Гены, геномы, генетика . 3 (3): 505–516. дои : 10.1534/g3.112.005231 . ISSN 2160-1836 . ПМЦ 3583457 . ПМИД 23450193 .
- ^ Ян, Чжун и др. «Высокоэффективное производство растворимых белков из нерастворимых телец включения двухэтапным методом денатурации и рефолдинга». PloS one 6.7 (2011): e22981.
- ^ Розенцвейг Р., Ниллегода Н.Б., Майер член парламента, Букау Б. (ноябрь 2019 г.). «Сеть сопровождающих Hsp70». Обзоры природы. Молекулярно-клеточная биология . 20 (11): 665–680. дои : 10.1038/s41580-019-0133-3 . ISSN 1471-0080 . ПМИД 31253954 . S2CID 195739183 .
- ^ Глава 20 в: Митчелл, Ричард Шеппард, Кумар, Винай, Аббас, Абул К., Фаусто, Нельсон (2007). Основная патология Роббинса . Филадельфия: Сондерс. ISBN 978-1-4160-2973-1 . 8-е издание.
- ^ Росс, Пуарье (2004). «Агрегация белков и нейродегенеративные заболевания». Природная медицина . 10 Дополнение: S10-7. дои : 10.1038/нм1066 . ПМИД 15272267 . S2CID 205383483 .
- ^ Дмовский М., Ягура-Бурдзы Г. (2013). «Активные стабильные функции поддержания в плазмидах с низким числом копий грамположительных бактерий II. Системы постсегрегационного уничтожения» . Польский журнал микробиологии . 62 (1): 17–22. дои : 10.33073/pjm-2013-002 . ISSN 1733-1331 . ПМИД 23829073 .
- ^ Полисси А., Гоффен Л., Георгопулос С. (август 1995 г.). «Реакция на тепловой шок Escherichia coli и развитие бактериофага лямбда» . Обзоры микробиологии FEMS . 17 (1–2): 159–169. дои : 10.1111/j.1574-6976.1995.tb00198.x . ISSN 0168-6445 . ПМИД 7669342 .
- ^ Цзян С.Т., Цзэн СС, Ву В.Т., Чен Г.Х. (19 июня 2002 г.). «Усиленная экспрессия куриного цистатина в виде слитой формы тиоредоксина в Escherichia coli AD494(DE3)pLysS и его влияние на предотвращение размягчения геля сурими». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 50 (13): 3731–3737. дои : 10.1021/jf020053v . ISSN 0021-8561 . ПМИД 12059151 .
- ^ Во Д.С. (2016). «Замечательная способность мальтозосвязывающего белка Escherichia coli повышать растворимость» . Постепая биохимия . 62 (3): 377–382. дои : 10.18388/pb.2016_41 . ISSN 0032-5422 . ПМИД 28132493 . S2CID 23539643 .