Цитруллинирование
Цитруллинирование или деиминирование — это превращение аминокислоты аргинина в белке в аминокислоту цитруллин . Цитруллин не входит в число 20 стандартных аминокислот, кодируемых ДНК в генетическом коде . Напротив, это результат посттрансляционной модификации . Цитруллинирование отличается от образования свободной аминокислоты цитруллина как части цикла мочевины или как побочного продукта ферментов семейства синтаз оксида азота .
Ферменты, называемые аргининдеиминазами (ADI), катализируют деиминирование свободного аргинина, в то время как протеинаргининдеиминазы или пептидиларгининдейминазы (PAD) заменяют первичную кетиминовую группу (>C=NH) на кетоновую группу (>C=O). Аргинин положительно заряжен при нейтральном pH, тогда как цитруллин не имеет суммарного заряда. Это увеличивает гидрофобность белка, что может привести к изменениям в его сворачивании , влияя на структуру и функцию.
Иммунная система может атаковать цитруллинированные белки, что приводит к аутоиммунным заболеваниям, таким как ревматоидный артрит (РА) и рассеянный склероз (РС). Фибрин и фибриноген могут быть предпочтительными местами деиминирования аргинина в ревматоидных суставах. Тест на наличие антител к цитруллинированному белку (АКП) высокоспецифичен (88–96%) для ревматоидного артрита, примерно так же чувствителен, как ревматоидный фактор (70–78%) для диагностики РА, и выявляется еще до начала заболевания. клинического заболевания. [1]
Цитруллинированный виментин может быть аутоантигеном при РА и других аутоиммунных заболеваниях и используется для изучения РА. Более того, антитела против мутировавшего цитруллинированного виментина (MCV) могут быть полезны для мониторинга эффектов терапии РА. [2] В системе ELISA используется генетически модифицированный цитруллинированный виментин (MCV), встречающаяся в природе изоформа виментина, для улучшения результатов теста. [3]
В реакции аргинина с цитруллином один из концевых атомов азота аргинина боковой цепи заменяется кислородом . белка Таким образом, положительный заряд аргинина (при физиологическом pH) удаляется, изменяя третичную структуру . В реакции используется одна воды молекула образуется аммиак , а в качестве побочного продукта :
Подтипы PAD
[ редактировать ]PAD обнаружены у хордовых, но не у низших животных. PAD пять изотипов – PAD1 , PAD2 , PAD3 , PAD4 и PAD6 . У млекопитающих обнаружено [4] Считалось, что PAD5 является уникальным изотипом человека, однако было показано, что он гомологичен PAD4. [4] Эти изотипы различаются по тканевому и клеточному распределению.
Экспрессия PAD1 была обнаружена в эпидермисе и матке и участвует в цитруллинировании кератина и филаггрина , ключевых компонентов кератиноцитов . [4]
PAD2 экспрессируется на высоком уровне в центральной нервной системе (ЦНС), включая глаза и мозг, а также в скелетных мышцах и селезенке. Транскрипты PAD были обнаружены в глазах мышей C57BL6/J уже на 14,5 день эмбрионального развития. [5] Также было показано, что PAD2 взаимодействует с виментином в скелетных мышцах и макрофагах, вызывая разборку филаментов, что указывает на его роль в апоптозе . [4]
Одним из целевых субстратов PAD2 является основной белок миелина (MBP). В нормальной сетчатке деиминирование обнаруживается почти во всех слоях сетчатки, включая фоторецепторы . Сообщалось также о деиминировании в нейрональных клетках, таких как астроциты , микроглия и олигодендроциты , шванновские клетки и нейроны . [6] Метилирование и фосфорилирование ОБМ активны в процессе миелиногенеза . На ранних этапах развития ЦНС эмбриона деиминирование MBP играет важную роль в сборке миелина. У взрослых деиминирование MBP обнаруживается при демиелинизирующих заболеваниях, таких как рассеянный склероз. MBP может влиять на разные типы клеток в каждом случае. [7]
Экспрессия PAD3 связана с модификацией овечьей шерсти. Цитруллинирование трихогиалина позволяет ему связывать и сшивать кератиновые нити, направляя рост волокон шерсти. [4]
PAD4 регулирует экспрессию генов посредством модификаций гистонов . ДНК обернута вокруг гистонов, и белки-гистоны могут контролировать экспрессию ДНК при добавлении и удалении химических групп. Этот процесс известен как посттрансляционный процессинг или посттрансляционная модификация, поскольку он происходит в белке после трансляции ДНК. Роль посттрансляционного процессинга в регуляции генов является предметом растущей области исследований — эпигенетики . Одним из механизмов модификации является метилирование . Метильная группа (CH 3 ) связывается с аргинином на гистоновом белке, изменяя связывание ДНК с гистоном и позволяя осуществлять транскрипцию. Когда PAD превращает аргинин в цитруллин на гистоне, он блокирует дальнейшее метилирование гистона, ингибируя транскрипцию. [8] [9] Основным изотипом для этого является PAD4, который деиминирует аргинины и/или монометилированные аргинины на гистонах 3 и 4, отключая эффекты метилирования аргинина. [10]
Аутоиммунные заболевания
[ редактировать ]При ревматоидном артрите и других аутоиммунных заболеваниях, таких как псориатический артрит , системная красная волчанка и синдром Шегрена , аутоантитела часто атакуют цитруллинированные белки. Наличие антител к цитруллинированному белку является стандартным тестом на ревматоидный артрит и связано с более тяжелым течением заболевания. Цитруллинированные белки также обнаруживаются в клеточных остатках, сопровождающих разрушение клеток при болезни Альцгеймера и после курения сигарет. Таким образом, цитруллинирование, по-видимому, является частью механизма, стимулирующего иммунную систему при аутоиммунных заболеваниях. Однако цитруллинированные белки также можно обнаружить в здоровой толстой кишки слизистой оболочке . [11] [12] [13] [14] [15] [16]
Первый комплексный учебник по деиминации был опубликован в 2014 году. [17]
Обнаружение цитруллинированных пептидов и белков
[ редактировать ]Цитруллинированные пептиды и белки можно обнаружить с помощью антител, нацеленных на цитруллинированные остатки, или обнаружить с помощью масс-спектрометрии , основанных на протеомики технологий . Цитруллирование аргинина приводит к моноизотопному увеличению массы на +0,984016 Да, которое можно измерить с помощью масс-спектрометрии . Сдвиг массы близок к разнице масс между различными изотопами пептидов +1,008665, которую можно принять за цитруллинированный пептид, особенно на приборах с низким разрешением. Однако для современных масс-спектрометров высокого разрешения и точности это не является серьезной проблемой. Более того, сдвиг массы идентичен сдвигу массы, вызванному дезамидированием боковой цепи аминокислоты аспарагина , или глутамина которые являются распространенными модификациями.
Остатки цитруллина могут быть химически модифицированы бутандионом или биотинилированием перед анализом, что приводит к другому массовому сдвигу, и эта стратегия успешно используется для облегчения идентификации с помощью масс-спектрометрии . [18] [19]
Другой подход заключается в использовании нейтральной потери изоциановой кислоты (HNCO) из остатков цитруллина, когда они подвергаются диссоциационной фрагментации, вызванной низкоэнергетическими столкновениями, в масс-спектрометрах. Эта потеря вызывает сдвиг массы на -43,0058 Да, который может быть использован масс-спектрометрами для преимущественного отбора цитруллинированных пептидов для фрагментации (секвенирования). [20] [21]
Наконец, можно использовать потерю положительного заряда при физиологическом pH, вызванную цитруллинированием. Перед восходящим протеомным анализом белки ферментативно расщепляются на пептиды. Обычно протеаза трипсин используется , которая расщепляет положительно заряженные остатки аргинина и лизина . Однако трипсин не способен расщеплять остаток цитруллина, который является нейтральным. Пропущенное расщепление после остатка цитруллина вместе с правильным массовым сдвигом можно использовать в качестве специфичного и чувствительного маркера цитруллинирования, и эта стратегия совместима со стандартными рабочими процессами восходящей протеомики .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Коэнен Д., Вершуерен П., Вестховенс Р., Боссайт Икс (март 2007 г.). «Техническое и диагностическое выполнение 6 анализов по измерению цитруллинированного белка/пептидных антител в диагностике ревматоидного артрита» . Клиническая химия . 53 (3): 498–504. дои : 10.1373/clinchem.2006.078063 . ПМИД 17259232 .
- ^ Никез Роланд П., Гротенбур Миньо С., Брунс А. и др. (2008). «Антитела к мутированному цитруллинированному виментину для диагностики ревматоидного артрита у анти-ЦЦП-негативных пациентов и для мониторинга терапии инфликсимабом» . Исследования и терапия артрита . 10 (6): 142 р. дои : 10.1186/ar2570 . ПМК 2656247 . ПМИД 19077182 .
- ^ Соос Л., Секанеч З., Сабо З. и др. (август 2007 г.). «Клиническая оценка антимутированного цитруллинированного виментина с помощью ELISA при ревматоидном артрите» . Журнал ревматологии . 34 (8): 1658–63. ПМИД 17611988 . Архивировано из оригинала 20 февраля 2008 г. Проверено 7 октября 2009 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и Воссенаар, Эрик Р.; Альберт Дж. Зендман; Вальтер Дж. ван Венрой; Гер Дж. М. Прюйн (ноябрь 2003 г.). «PAD, растущее семейство цитруллинирующих ферментов: гены, особенности и участие в заболеваниях». Биоэссе . 25 (11): 1106–1118. дои : 10.1002/bies.10357 . ПМИД 14579251 .
- ^ Визель, Аксель; Таллер, Эйхеле (январь 2004 г.). «GenePaint.org: атлас закономерностей экспрессии генов в эмбрионе мыши» . Исследования нуклеиновых кислот . 32 (Проблема с базой данных): D552–6. дои : 10.1093/nar/gkh029 . ПМК 308763 . ПМИД 14681479 .
- ^ Бхаттачарья, Санджой (май 2009 г.). «Деиминация сетчатки при старении и болезнях» . ИУБМБ Жизнь . 61 (5): 504–509. дои : 10.1002/iub.184 . ПМИД 19391158 .
- ^ Харауз, Г; Мусси (февраль 2007 г.). «Рассказ о двух цитруллинах - структурных и функциональных аспектах деиминации основного белка миелина в норме и при заболеваниях». Нейрохимические исследования . 32 (2): 137–158. дои : 10.1007/s11064-006-9108-9 . ПМИД 16900293 .
- ^ Катберт, Грэм; Даужат, Сноуден; Эрджумент-Бромаге, Хагивара; Ямада, Шнайдер; Грегори, Темпст; Баннистер, Кузаридес (2 сентября 2004 г.). «Деиминирование гистонов препятствует метилированию аргинина» . Клетка . 118 (5): 545–553. дои : 10.1016/j.cell.2004.08.020 . ПМИД 15339660 .
- ^ Самс, КЛ; Мукаи, К; Маркс, бакалавр; Миттал, К; Деметра, Е.А.; Нелиссен, С; Гренье, Дж. К.; Тейт, А.Е.; Ахмед, Ф; Кунрод, ЮАР (октябрь 2022 г.). «Задержка полового созревания, аномалии гонадотропинов и субфертильность у самцов мышей с двойным нокаутом Padi2/Padi4» . Репрод Биол Эндокринол . 20 (1): 150. дои : 10.1186/s12958-022-01018-w . ПМК 9555066 . ПМИД 36224627 .
- ^ Кузаридес, Т. (ноябрь 2007 г.). «SnapShot: ферменты, модифицирующие гистоны» . Клетка . 131 (4): 822–822.e1. дои : 10.1016/j.cell.2007.11.005 . ПМИД 18022374 .
- ^ Антитела, активирующие ферменты, обнаружены как маркер наиболее тяжелой формы ревматоидного артрита , Science Daily, 22 мая 2013 г.
- ^ Ачарья, Северная Каролина; Нагеле, ЕП; Хан, М.; Нагеле, Р.Г. (2013). «Аутоантитела: двойные агенты заболеваний человека». Наука трансляционной медицины . 5 (186): 186фс19. doi : 10.1126/scitranslmed.3006288 . ПМИД 23698377 .
- ^ Дарра, Э.; Джайлз, Джей Ти; Олс, МЛ; Булл, Х.Г.; Андраде, Ф.; Розен, А. (2013). «Эрозивный ревматоидный артрит связан с антителами, которые активируют PAD4 за счет повышения чувствительности к кальцию» . Наука трансляционной медицины . 5 (186): 186ра65. doi : 10.1126/scitranslmed.3005370 . ПМК 3740946 . ПМИД 23698378 .
- ^ Вандер Круйссен, Б.; Пен, И.; Кантарт, Т.; Хоффман, МЭА; Де Райк, Л.; Вейс, Э.М.; Де Кейзер, Ф. (2005). «Антицитруллинированные белково-пептидные антитела (ACPA) при ревматоидном артрите: специфичность и связь с ревматоидным фактором». Обзоры аутоиммунитета . 4 (7): 468–474. doi : 10.1016/j.autrev.2005.04.018 . ПМИД 16137613 .
- ^ Может ли курение вызвать аутоиммунитет при РА? Архивировано 22 мая 2014 г. в Wayback Machine. Ученые пытаются соединить точки между курением и ревматоидным артритом. Автор: Дебра Дрегер.
- ^ Беннике, Туэ Бьерг; Эллингсен, Торкел; Глеруп, Хеннинг; Бондеруп, Оле Кристиан; Карлсен, Томас Гелсинг; Мейер, Майкл Крузе; Богстед, Мартин; Кристиансен, Гунна; Биркелунд, Свенд; Андерсен, Вибеке; Стенсбалль, Аллан (2017). «Протеомный анализ слизистой оболочки кишечника при ревматоидном артрите». Журнал исследований протеома . 16 (1): 346–354. doi : 10.1021/acs.jproteome.6b00598 . ПМИД 27627584 .
- ^ Николас, АП; Бхаттачарья, СК (2014). Деиминирование белка в здоровье и заболеваниях человека . Нью-Йорк: Спрингер. ISBN 978-1-4614-8317-5 .
- ^ Де Сёленьер, Марлис; Де Вит, Ванесса; Ван Стендам, Кэтлин; Ван Ньювербург, Филип; Тиллеман, Келли; Дефорс, Дитер (15 июня 2011 г.). «Модификация остатков цитруллина 2,3-бутандионом облегчает их обнаружение методом жидкостной хроматографии/масс-спектрометрии». Быстрая связь в масс-спектрометрии . 25 (11): 1536–1542. дои : 10.1002/rcm.5015 . ISSN 1097-0231 . ПМИД 21594927 .
- ^ Туттурен, Астрид EV; Холм, Андерс; Флекенштейн, Буркхард (01 ноября 2013 г.). «Специфическое биотинилирование и чувствительное обогащение цитруллинированных пептидов». Аналитическая и биоаналитическая химия . 405 (29): 9321–9331. дои : 10.1007/s00216-013-7376-1 . ISSN 1618-2642 . ПМИД 24081567 .
- ^ Криз, Эндрю Дж.; Грант, Мелисса М.; Чаппл, Иэн LC; Купер, Хелен Дж. (01 февраля 2011 г.). «Он-лайн жидкостная хроматография, нейтральная масс-спектрометрия с переносом электронов, инициированная масс-спектрометрией для целевого анализа цитруллинированных пептидов» . Анальный. Методы . 3 (2): 259–266. дои : 10.1039/c0ay00414f . ISSN 1759-9679 . ПМИД 32938022 .
- ^ Хао, Банда; Ван, Данчен; Гу, Джейн; Шен, Цюин; Гросс, Стивен С.; Ван, Янмин (01 апреля 2009 г.). «Нейтральная потеря изоциановой кислоты в спектрах CID пептидов: новый диагностический маркер для масс-спектрометрической идентификации цитруллинирования белка» . Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 20 (4): 723–727. дои : 10.1016/j.jasms.2008.12.012 . ISSN 1044-0305 . ПМЦ 2786913 . ПМИД 19200748 .