Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Химическое превращение аргинина в цитруллин, известное как цитруллинирование или деструкция.

Цитруллинирование или делиминирование - 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 пост-трансляционной модификации . Цитруллинирование отличается от образования свободной аминокислоты цитруллина как части цикла мочевины или как побочного продукта ферментов семейства синтаз оксида азота .

Ферменты, называемые аргининдезиминазами (ADI), катализируют удаление свободного аргинина, в то время как протеин-аргининдезиминазы или пептидиларгининдеиминазы (PAD) заменяют первичную кетиминовую группу (= NH) кетонной группой (= O). Аргинин заряжен положительно при нейтральном pH, тогда как у цитруллина нет чистого заряда. Это повышает гидрофобность белка, который может привести к изменениям в белковом складывании , влияющее 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 участками выведения аргинина в ревматоидных суставах. Тест на наличие антител к цитруллинированному белку (АСР) является высокоспецифичным (88–96%) для ревматоидного артрита, примерно таким же чувствительным, как ревматоидный фактор (70–78%) для диагностики РА, и выявляются 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 мутантного цитруллинированного виментина (MCV) могут быть полезны для мониторинга эффектов терапии RA. [2] В системе ELISA используется генетически модифицированный цитруллинированный виментин (MCV), встречающаяся в природе изоформа виментина для улучшения результатов теста. [3]

В реакции аргинина на цитруллин один из концевых атомов азота боковой цепи аргинина заменяется кислородом . Таким образом, положительный заряд аргинина (при физиологическом pH) удаляется, изменяя третичную структуру белка . В реакции используется одна молекула воды , и в качестве побочного продукта выделяется аммиак :

Подтипы PAD [ править ]

ЗОП обнаружены у хордовых, но не у низших животных. У млекопитающих обнаружено пять изотипов PAD - PAD1, PAD2, PAD3, PAD4 и PAD6. [4] PAD5 считался уникальным изотипом у людей, 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 он участвует в цитруллинировании кератина и филаггрина , ключевых компонентов кератиноцитов . [4]

PAD2 экспрессируется на высоком уровне в центральной нервной системе (ЦНС), включая глаз и мозг, а также в скелетных мышцах и селезенке. Транскрипты PAD были обнаружены в глазах мышей C57BL6 / J уже на 14,5-й день эмбриона. [5] Было также показано, что PAD2 взаимодействует с виментином в скелетных мышцах и макрофагах, вызывая разрушение волокон, что указывает на его роль в апоптозе . [4]

Одним из субстратов-мишеней PAD2 является основной белок миелина . В нормальной сетчатке удаление обнаруживается почти во всех слоях сетчатки, включая фоторецепторы . Об удалении также сообщалось в нейронных клетках, таких как астроциты , микроглия и олигодендроциты , шванновские клетки и нейроны . [6] Метилирование и фосфорилирование MBP активны в процессе миелиногенеза.. На раннем этапе развития ЦНС эмбриона удаление MBP играет важную роль в сборке миелина. У взрослых удаление MBP обнаруживается при демиелинизирующих заболеваниях, таких как рассеянный склероз. MBP в каждом случае может влиять на разные типы ячеек. [7]

Экспрессия PAD3 была связана с модификацией овечьей шерсти. Цитруллинирование трихогиалина позволяет ему связывать и сшивать кератиновые волокна, направляя рост шерстяных волокон. [4]

PAD4 регулирует экспрессию генов посредством модификаций гистонов . ДНК обернута вокруг гистонов, и гистоновые белки могут контролировать экспрессию ДНК при добавлении и удалении химических групп. Этот процесс известен как посттрансляционный процессинг или посттрансляционная модификация, потому что он происходит в белке после трансляции ДНК. Роль посттрансляционного процессинга в регуляции генов является предметом растущей области исследований - эпигенетики . Один из механизмов модификации - метилирование . Метильная группа (CH 3) связывается с аргинином на белке гистона, изменяя связывание ДНК с гистоном и обеспечивая возможность транскрипции. Когда PAD превращает аргинин в цитруллин на гистоне, он блокирует дальнейшее метилирование гистона, подавляя транскрипцию. [8] Основным изотипом для этого является PAD4, который деиминирует аргинины и / или монометилированные аргинины на гистонах 3 и 4, отключая эффекты метилирования аргинина. [9]

Аутоиммунные заболевания [ править ]

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 при ревматоидном артрите и ассоциируется с более тяжелым заболеванием. Цитруллинированные белки также обнаруживаются в клеточном мусоре, сопровождающем разрушение клеток при болезни Альцгеймера и после курения сигарет. Таким образом, цитруллинирование, по-видимому, является частью механизма, стимулирующего иммунную систему при аутоиммунном заболевании. Однако цитруллинированные белки также можно найти в здоровой слизистой оболочке толстой кишки . [10] [11] [12] [13] [14][15]

В 2014 году был опубликован первый всеобъемлющий учебник по делиминации [16].

Обнаружение цитруллинированных пептидов и белков [ править ]

Цитруллинированные пептиды и белки могут быть обнаружены с помощью антител, нацеленных на цитруллинированные остатки, или обнаружены с использованием протеомных технологий на основе масс-спектрометрии . Цитруллинирование аргинина приводит к моноизотопному увеличению массы на +0,984016 Да, которое можно измерить с помощью масс-спектрометрии . Массовый сдвиг близок к разнице масс между разными изотопами пептида +1,008665, который можно ошибочно принять за цитруллинированный пептид, особенно на приборах с низким разрешением. Однако это не проблема современных масс-спектрометров с высоким разрешением и точностью. Кроме того, сдвиг массы идентичен сдвигу масс , вызванное дезамидировании изаминокислота аспарагин или боковая цепь глутамина , которые являются общими модификациями.

Остатки цитруллина можно химически модифицировать бутандионом или биотинилированием перед анализом, что приведет к другому сдвигу массы, и эта стратегия успешно использовалась для облегчения идентификации с помощью масс-спектрометрии . [17] [18]

Другой подход состоит в использовании нейтральной потери изоциановой кислоты (HNCO) из остатков цитруллина при воздействии на масс-спектрометры диссоциативной фрагментации, вызванной столкновением с низкой энергией. Потеря вызывает сдвиг массы на -43,0058 Да, который может использоваться масс-спектрометрами для преимущественного отбора цитруллинированных пептидов для фрагментации (секвенирования). [19] [20]

Наконец, можно использовать потерю положительного заряда при физиологическом pH, вызванную цитруллинированием. Перед восходящим протеомным анализом белки ферментативно расщепляются на пептиды. Обычно используется трипсин протеазы , который расщепляет положительно заряженные остатки аргинина и лизина . Однако трипсин не может расщепляться после нейтрального остатка цитруллина. Пропущенное расщепление после остатка цитруллина вместе с правильным сдвигом массы можно использовать в качестве специфического и чувствительного маркера для цитруллина, и эта стратегия совместима со стандартными рабочими процессами восходящей протеомики .

Ссылки [ править ]

  1. ^ Coenen D, Verschueren P, Westhovens R, X Боссайт (март 2007). «Технические и диагностические характеристики 6 тестов для измерения цитруллинированных белков / пептидных антител в диагностике ревматоидного артрита» . Клиническая химия . 53 (3): 498–504. DOI : 10,1373 / clinchem.2006.078063 . PMID  17259232 .
  2. ^ Nicaise Roland P, Grootenboer Mignot S, Bruns A и др. (2008). «Антитела к мутировавшему цитруллинированному виментину для диагностики ревматоидного артрита у пациентов, не принимающих анти-CCP, и для мониторинга терапии инфликсимабом» . Исследования и терапия артрита . 10 (6): R142. DOI : 10,1186 / ar2570 . PMC 2656247 . PMID 19077182 .  
  3. ^ SOOS л, Szekanecz Z, Z Сабо и др. (Август 2007 г.). «Клиническая оценка антимутантного цитруллинированного виментина с помощью ELISA при ревматоидном артрите» . Журнал ревматологии . 34 (8): 1658–63. PMID 17611988 . Архивировано из оригинала на 2008-02-20 . Проверено 7 октября 2009 . 
  4. ^ a b c d e Vossenaar, Erik R .; Альберт Дж. В. Зендман; Вальтер Дж. Ван Венройдж; Гер JM Pruijn (ноябрь 2003 г.). «PAD, растущее семейство цитруллинирующих ферментов: гены, особенности и участие в заболеваниях». BioEssays . 25 (11): 1106–1118. DOI : 10.1002 / bies.10357 . PMID 14579251 . 
  5. ^ Визель, Аксель; Таллер, Эйхеле (январь 2004 г.). «GenePaint.org: атлас паттернов экспрессии генов в эмбрионе мыши» . Исследования нуклеиновых кислот . 32 (выпуск базы данных): D552–6. DOI : 10.1093 / NAR / gkh029 . PMC 308763 . PMID 14681479 .  
  6. ↑ Бхаттачарья, Санджой (май 2009 г.). «Удаление сетчатки при старении и болезнях» . IUBMB Life . 61 (5): 504–509. DOI : 10.1002 / iub.184 . PMID 19391158 . 
  7. ^ Harauz, G; Mussee (февраль 2007 г.). «Рассказ о двух цитруллинах - структурных и функциональных аспектах удаления основного белка миелина при здоровье и болезнях». Нейрохимические исследования . 32 (2): 137–158. DOI : 10.1007 / s11064-006-9108-9 . PMID 16900293 . 
  8. ^ Катберт, Грэм; Дауджат, Сноуден; Эрдджумент-Бромаге, Хагивара; Ямада, Шнайдер; Грегори, Темпст; Баннистер, Кузаридес (2 сентября 2004 г.). «Удаление гистона препятствует метилированию аргинина». Cell . 118 (5): 545–553. DOI : 10.1016 / j.cell.2004.08.020 . PMID 15339660 . 
  9. ^ Kouzarides, T (ноябрь 2007). «SnapShot: ферменты, модифицирующие гистоны». Cell . 131 (4): 822–822.e1. DOI : 10.1016 / j.cell.2007.11.005 . PMID 18022374 . 
  10. ^ Антитела, активирующие ферменты, признаны маркером наиболее тяжелой формы ревматоидного артрита , Science Daily, 22 мая 2013 г.
  11. ^ Ачарья, NK; Nagele, EP; Han, M .; Нагеле, Р.Г. (2013). «Аутоантитела: двойные агенты в заболеваниях человека». Трансляционная медицина науки . 5 (186): 186fs19. DOI : 10.1126 / scitranslmed.3006288 . PMID 23698377 . 
  12. ^ Darrah, E .; Джайлз, JT; Олс, МЛ; Бык, HG; Андраде, Ф .; Розен, А. (2013). «Эрозивный ревматоидный артрит связан с антителами, которые активируют PAD4, повышая чувствительность к кальцию» . Трансляционная медицина науки . 5 (186): 186ra65. DOI : 10.1126 / scitranslmed.3005370 . PMC 3740946 . PMID 23698378 .  
  13. ^ Vander Cruyssen, B .; Peene, I .; Cantaert, T .; Хоффман, МЭА; De Rycke, L .; Вейс, Э.М.; Де Кейзер, Ф. (2005). «Анти-цитруллинированные белковые / 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 . PMID 16137613 . 
  14. ^ Может ли курение вызвать аутоиммунитет при РА? Архивировано 22 мая 2014 г. в Wayback Machine. Ученые пытаются связать точки между курением и ревматоидным артритом, Автор Дебра Дрегер.
  15. ^ Bennike, Вт Bjerg; Эллингсен, Торкелл; Глеруп, Хеннинг; Бондеруп, Оле Кристиан; Карлсен, Томас Гельсинг; Мейер, Майкл Круз; Бегстед, Мартин; Кристиансен, Гунна; Биркелунд, Свенд; Андерсен, Вибеке; Стенсбалле, Аллан (2017). «Протеомный анализ слизистой оболочки кишечника при ревматоидном артрите». Журнал протеомных исследований . 16 (1): 346–354. DOI : 10.1021 / acs.jproteome.6b00598 . PMID 27627584 . 
  16. ^ Николай, AP; Бхаттачарья, СК (2014). Удаление белка в здоровье и болезнях человека . Нью-Йорк: Спрингер. ISBN 978-1-4614-8317-5.
  17. ^ Де Сеуленер, Марлис; Де Вит, Ванесса; Ван Стиендам, Катлин; Ван Ньивербург, Филип; Тиллеман, Келли; Дефорс, Дитер (2011-06-15). «Модификация остатков цитруллина 2,3-бутандионом облегчает их обнаружение с помощью жидкостной хроматографии / масс-спектрометрии». Быстрые коммуникации в масс-спектрометрии . 25 (11): 1536–1542. DOI : 10.1002 / rcm.5015 . ISSN 1097-0231 . PMID 21594927 .  
  18. ^ Туттурен, Астрид Э.В.; Холм, Андерс; Флекенштейн, Буркхард (01.11.2013). «Специфическое биотинилирование и чувствительное обогащение цитруллинированных пептидов». Аналитическая и биоаналитическая химия . 405 (29): 9321–9331. DOI : 10.1007 / s00216-013-7376-1 . ISSN 1618-2642 . PMID 24081567 .  
  19. ^ Криз, Эндрю Дж .; Грант, Мелисса М .; Чаппл, Иэн LC; Купер, Хелен Дж. (01.02.2011). «Онлайновая жидкостная хроматография с нейтралью и запуском по потерям электронно-переносной диссоциации масс-спектрометрии для целевого анализа цитруллинированных пептидов» . Анальный. Методы . 3 (2): 259–266. DOI : 10.1039 / c0ay00414f . ISSN 1759-9679 . 
  20. ^ Хао, банда; Ван, Данчен; Гу, Джейн; Шэнь, Цюин; Гросс, Стивен С .; Ван, Янмин (2009-04-01). «Нейтральная потеря изоциановой кислоты в спектрах CID пептидов: новый диагностический маркер для масс-спектрометрической идентификации цитруллинирования белков» . Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 20 (4): 723–727. DOI : 10.1016 / j.jasms.2008.12.012 . ISSN 1044-0305 . PMC 2786913 . PMID 19200748 .