Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с Isoforms )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Белки A, B и C представляют собой изоформы, кодируемые одним и тем же геном посредством альтернативного сплайсинга .

Белка изоформы , или « вариант белка », [1] является членом набора высокоэффективного подобных белков , которые происходят от одного гена или семейства генов и являются результатом генетических различий. [2] Хотя многие из них выполняют одинаковые или похожие биологические роли, некоторые изоформы обладают уникальными функциями. Набор изоформ белка может быть сформирован из альтернативных сплайсингов , использования вариабельного промотора или других посттранскрипционных модификаций одного гена; посттрансляционные модификации обычно не рассматриваются. Через механизмы сплайсинга РНК мРНКобладает способностью выбирать различные кодирующие белок сегменты ( экзоны ) гена или даже разные части экзонов из РНК для образования различных последовательностей мРНК. Каждая уникальная последовательность производит определенную форму белка.

Открытие изоформ может объяснить несоответствие между небольшим количеством генов белковых кодирующих областей, выявленных проектом генома человека, и большим разнообразием белков, наблюдаемых в организме: разные белки, кодируемые одним и тем же геном, могут увеличить разнообразие протеома . Изоформы на уровне РНК легко охарактеризовать с помощью исследований транскриптов кДНК . Многие гены человека обладают подтвержденными альтернативными изоформами сплайсинга . Было подсчитано, что у человека можно идентифицировать около 100 000 меток экспрессируемой последовательности ( EST ). [1] Изоформы на уровне белка могут проявляться в делеции целых доменов или более коротких петель, обычно расположенных на поверхности белка.[3]

Определение [ править ]

Один единственный ген способен производить несколько белков, которые различаются как по структуре, так и по составу; [4] [5] этот процесс регулируется альтернативным сплайсингом мРНК, хотя неясно, в какой степени такой процесс влияет на разнообразие протеома человека, поскольку количество изоформ транскриптов мРНК не обязательно коррелирует с численностью изоформ белка. [6] Специфичность транслируемых изоформ определяется структурой / функцией белка, а также типом клеток и стадией развития, на которой они продуцируются. [4] [5] Определение специфичности становится более сложным, когда белок имеет несколько субъединиц, и каждая субъединица имеет несколько изоформ.

Например, 5'-AMP-активированная протеинкиназа (AMPK), фермент, который выполняет различные роли в клетках человека, имеет 3 субъединицы: [7]

  • α, каталитический домен, имеет две изоформы: α1 и α2, которые кодируются из PRKAA1 и PRKAA2.
  • β, регуляторный домен, имеет две изоформы: β1 и β2, которые кодируются из PRKAB1 и PRKAB2.
  • γ, регуляторный домен, имеет три изоформы: γ1, γ2 и γ3, которые кодируются из PRKAG1 , PRKAG2 и PRKAG3.

В скелетных мышцах человека предпочтительной формой является α2β2γ1. [7] Но в печени человека наиболее распространенной формой является α1β2γ1. [7]

Механизм [ править ]

Основная статья: Альтернативная сварка
Различные механизмы сплайсинга РНК

Первичные механизмы, которые продуцируют изоформы белка, - это альтернативный сплайсинг и использование различных промоторов, хотя модификации, обусловленные генетическими изменениями, такими как мутации и полиморфизмы , иногда также считаются отдельными изоформами. [8]

Альтернативный сплайсинг - это основной процесс посттранскрипционной модификации, который производит изоформы транскриптов мРНК, и основной молекулярный механизм, который может способствовать разнообразию белков. [5] сплайсосома , большой рибонуклеопротеиновый , представляет собой молекулярную машину внутри ядра , ответственной за расщепление РНК и лигирование , удаление небелковых кодирования сегментов ( интроны ). [9]

Поскольку сплайсинг - это процесс, который происходит между транскрипцией и трансляцией , его первичные эффекты в основном изучались с помощью методов геномики - например, анализ микроматриц и секвенирование РНК использовались для идентификации альтернативно сплайсированных транскриптов и измерения их численности. [8] Обилие транскриптов часто используется в качестве показателя обилия изоформ белков, хотя протеомические эксперименты с использованием гель-электрофореза и масс-спектрометрии продемонстрировали, что корреляция между количеством транскриптов и белков часто низкая, и что одна изоформа белка обычно является доминирующей. [10]Одно исследование 2015 года утверждает, что причина этого несоответствия, вероятно, возникает после перевода, хотя механизм, по сути, неизвестен. [11] Следовательно, хотя альтернативный сплайсинг считается важным связующим звеном между изменчивостью и заболеванием, нет убедительных доказательств того, что он действует в первую очередь за счет продуцирования новых изоформ белка. [10]

Альтернативный сплайсинг обычно описывает строго регулируемый процесс, в котором альтернативные транскрипты намеренно генерируются аппаратом сплайсинга. Однако такие транскрипты также образуются из-за ошибок сплайсинга в процессе, называемом «шумным сплайсингом», и также потенциально транслируются в изоформы белка. Хотя ~ 95% мультиэкзонных генов считаются альтернативным сплайсингом, одно исследование по шумному сплайсингу показало, что большинство различных транскриптов с низким содержанием являются шумом, и предсказывает, что большинство альтернативных транскриптов и изоформ белков, присутствующих в клетке, не являются функциональными. уместным. [12]

Другие этапы регуляции транскрипции и посттранскрипции также могут продуцировать различные изоформы белка. [13] Использование различных промоторов происходит, когда транскрипционный аппарат клетки ( РНК-полимераза , факторы транскрипции и другие ферменты ) начинает транскрипцию с разных промоторов - области ДНК рядом с геном, который служит начальным сайтом связывания, что приводит к незначительным изменениям транскрипты и изоформы белков.

Характеристики [ править ]

Обычно одна изоформа белка обозначается как каноническая последовательность на основании таких критериев, как ее распространенность и сходство с ортологичными - или функционально аналогичными - последовательностями у других видов. [14] Предполагается, что изоформы обладают схожими функциональными свойствами, так как большинство из них имеют сходные последовательности и имеют общие с большинством экзонов канонической последовательности. Однако некоторые изоформы демонстрируют гораздо большее расхождение (например, посредством транс-сплайсинга ) и могут иметь несколько экзонов или их отсутствие с канонической последовательностью. Кроме того, они могут иметь разные биологические эффекты - например, в крайнем случае функция одной изоформы может способствовать выживанию клеток, а другая - гибели клеток - или могут иметь сходные основные функции, но различаться по своей субклеточной локализации.[15] Однако исследование 2016 года функционально охарактеризовало все изоформы 1492 генов и определило, что большинство изоформ ведут себя как «функциональные аллоформы». Авторы пришли к выводу, что изоформы ведут себя как отдельные белки после наблюдения, что функции большинства изоформ не перекрываются. [16] Поскольку исследование проводилось на клетках in vitro , неизвестно, обладают ли изоформы экспрессированного протеома человека этими характеристиками. Кроме того, поскольку функция каждой изоформы обычно должна определяться отдельно, большинство идентифицированных и предсказанных изоформ все еще имеют неизвестные функции.

Связанная концепция [ править ]

Гликоформ [ править ]

Основная статья: гликопротеин

Гликоформ представляет собой изоформ белка , который отличается только по отношению к количеству или типу приложенным гликано . Гликопротеины часто состоят из ряда различных гликоформ с изменениями в присоединенном сахариде или олигосахариде . Эти модификации могут быть результатом различий в биосинтезе в процессе гликозилирования или из-за действия гликозидаз или гликозилтрансфераз . Гликоформы могут быть обнаружены посредством подробного химического анализа разделенных гликоформ, но более удобно обнаруживать посредством дифференциальной реакции с лектинами , как влектиновая аффинная хроматография и лектиновый аффинный электрофорез . Типичными примерами гликопротеинов, состоящих из гликоформ, являются белки крови, такие как оросомукоид , антитрипсин и гаптоглобин . Необычная вариация гликоформы наблюдается в молекуле адгезии нервных клеток, NCAM с участием полисиаловых кислот, PSA .

Примеры [ править ]

  • G-актин : несмотря на его консервативную природу, он имеет различное количество изоформ (по крайней мере, шесть у млекопитающих).
  • Креатинкиназа , присутствие которой в крови может быть использовано в качестве вспомогательного средства при диагностике инфаркта миокарда , существует в трех изоформах.
  • Гиалуронансинтаза , фермент, ответственный за производство гиалуронана, имеет три изоформы в клетках млекопитающих.
  • UDP-глюкуронозилтрансфераза , суперсемейство ферментов, ответственных за путь детоксикации многих лекарств, загрязнителей окружающей среды и токсичных эндогенных соединений, имеет 16 известных изоформ, закодированных в геноме человека. [17]
  • G6PDA: нормальное соотношение активных изоформ в клетках любой ткани составляет 1: 1, как и G6PDG. Это как раз нормальное соотношение изоформ при гиперплазии. Только одна из этих изоформ обнаруживается при неоплазии. [18]

Моноаминоксидаза , семейство ферментов, катализирующих окисление моноаминов, существует в двух изоформах: МАО-А и МАО-В.

См. Также [ править ]

  • Изоформа гена

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Бретт Д., Посписил Х, Валькарсель Дж, Райх Дж, Борк П. (январь 2002 г.). «Альтернативный сплайсинг и сложность генома». Генетика природы . 30 (1): 29–30. DOI : 10.1038 / ng803 . PMID  11743582 .
  2. ^ Шлютер H, Apweiler R, Holzhütter HG, Юнгблут PR (сентябрь 2009). «В поисках пути в протеомике: номенклатура видов белков» . Центральный журнал химии . 3 : 11. DOI : 10,1186 / 1752-153X-3-11 . PMC 2758878 . PMID 19740416 .  
  3. ^ Козловский, Л .; Орловски, Дж .; Буйницки, JM (2012). «Прогнозирование структуры белков с альтернативным сплайсингом». Альтернативный сплайсинг пре-мРНК . п. 582. DOI : 10.1002 / 9783527636778.ch54 . ISBN 9783527636778.
  4. ^ a b Андредис А., Гальего М.Э., Надаль-Жинар Б. (01.01.1987). «Создание разнообразия изоформ белка путем альтернативного сплайсинга: механистические и биологические последствия». Ежегодный обзор клеточной биологии . 3 (1): 207–42. DOI : 10.1146 / annurev.cb.03.110187.001231 . PMID 2891362 . 
  5. ^ a b c Breitbart RE, Andreadis A, Nadal-Ginard B (01.01.1987). «Альтернативный сплайсинг: повсеместный механизм для генерации множества изоформ белков из отдельных генов». Ежегодный обзор биохимии . 56 (1): 467–95. DOI : 10.1146 / annurev.bi.56.070187.002343 . PMID 3304142 . 
  6. ^ Лю Y, Beyer A, Aebersold R (апрель 2016). «О зависимости клеточных уровней белка от обилия мРНК» . Cell . 165 (3): 535–50. DOI : 10.1016 / j.cell.2016.03.014 . PMID 27104977 . 
  7. ^ a b c Дасгупта Б., Чипа Р. Р. (март 2016 г.). «Развивающиеся уроки комплексной роли AMPK в нормальной физиологии и раке» . Направления фармакологических наук . 37 (3): 192–206. DOI : 10.1016 / j.tips.2015.11.007 . PMC 4764394 . PMID 26711141 .  
  8. ^ a b Kornblihtt AR, Schor IE, Alló M, Dujardin G, Petrillo E, Muñoz MJ (март 2013 г.). «Альтернативный сплайсинг: поворотный этап между транскрипцией и трансляцией эукариот». Обзоры природы Молекулярная клеточная биология . 14 (3): 153–65. DOI : 10.1038 / nrm3525 . PMID 23385723 . 
  9. ^ Ли Y, Рио - DC (2015-01-01). «Механизмы и регуляция альтернативного сплайсинга пре-мРНК» . Ежегодный обзор биохимии . 84 (1): 291–323. DOI : 10.1146 / annurev-biochem-060614-034316 . PMC 4526142 . PMID 25784052 .  
  10. ^ a b Tress ML, Abascal F, Валенсия A (февраль 2017 г.). «Альтернативный сплайсинг не может быть ключом к сложности протеома» . Направления биохимических наук . 42 (2): 98–110. DOI : 10.1016 / j.tibs.2016.08.008 . PMC 6526280 . PMID 27712956 .  
  11. ^ Battle A, Хан Z, Ван SH, Mitrano A, Форд MJ, Притчард JK, Гилад Y (февраль 2015). «Геномные вариации. Влияние регуляторных вариаций от РНК к белку» . Наука . 347 (6222): 664–7. DOI : 10.1126 / science.1260793 . PMC 4507520 . PMID 25657249 .  
  12. ^ Pickrell JK, Пай А.А., Гилад Y, Притчард JK (декабрь 2010). «Шумный сплайсинг стимулирует разнообразие изоформ мРНК в клетках человека» . PLoS Genetics . 6 (12): e1001236. DOI : 10.1371 / journal.pgen.1001236 . PMC 3000347 . PMID 21151575 .  
  13. ^ Смит Л. М., Келлер NL (март 2013). «Протеоформа: единый термин, описывающий сложность белка» . Методы природы . 10 (3): 186–7. DOI : 10.1038 / nmeth.2369 . PMC 4114032 . PMID 23443629 .  
  14. ↑ Li HD, Menon R, Omenn GS, Guan Y (декабрь 2014 г.). «Пересмотр идентификации канонических изоформ сплайсинга посредством интеграции данных функциональной геномики и протеомики» (PDF) . Протеомика . 14 (23–24): 2709–18. DOI : 10.1002 / pmic.201400170 . PMC 4372202 . PMID 25265570 .   
  15. ^ Сундвалл М., Вейкколайнен В., Курппа К., Салах З., Творогов Д., ван Зоелен Э.Дж., Акилан Р., Элениус К. (декабрь 2010 г.). «Гибель или выживание клеток, которым способствуют альтернативные изоформы ErbB4» . Молекулярная биология клетки . 21 (23): 4275–86. DOI : 10,1091 / mbc.E10-04-0332 . PMC 2993754 . PMID 20943952 .  
  16. ^ Ян Х, Куломб-Хантингтон Дж, Кан С, Шейнкман GM, Хао Т, Ричардсон А и др. (Февраль 2016 г.). «Широкое распространение возможностей взаимодействия белков с помощью альтернативного сплайсинга» . Cell . 164 (4): 805–17. DOI : 10.1016 / j.cell.2016.01.029 . PMC 4882190 . PMID 26871637 .  
  17. ^ Барра л, Fournel-Gigleux S, Finel М, Неттер Р, Magdalou Дж, Ouzzine М (март 2007 г.). «Субстратная специфичность человеческой UDP-глюкуронозилтрансферазы UGT2B4 и UGT2B7. Идентификация критического остатка ароматической аминокислоты в положении 33» . Журнал FEBS . 274 (5): 1256–64. DOI : 10.1111 / j.1742-4658.2007.05670.x . PMID 17263731 . 
  18. ^ Патома, Основы патологии

Внешние ссылки [ править ]

  • Изоформы входящего белка MeSH
  • Определения Изоформа