stringtranslate.com

Изоформа белка

Белки A, B и C представляют собой изоформы, кодируемые одним и тем же геном посредством альтернативного сплайсинга .

Изоформа белка , или « вариант белка », [1] является членом набора очень похожих белков , которые происходят из одного гена или семейства генов и являются результатом генетических различий. [2] Хотя многие изоформы выполняют одинаковые или схожие биологические роли, некоторые изоформы обладают уникальными функциями. Набор изоформ белка может быть образован путем альтернативного сплайсинга , использования вариабельного промотора или других посттранскрипционных модификаций одного гена; посттрансляционные модификации обычно не учитываются. (Об этом см. Протеоформы .) Благодаря механизмам сплайсинга РНК мРНК обладает способностью выбирать разные сегменты, кодирующие белок ( экзоны ) гена, или даже разные части экзонов РНК для формирования разных последовательностей мРНК. Каждая уникальная последовательность производит определенную форму белка.

Открытие изоформ могло бы объяснить несоответствие между небольшим количеством белково-кодирующих областей генов, выявленных в ходе проекта 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 человеческие гены обладают подтвержденными альтернативными изоформами сплайсинга . Было подсчитано, что у людей можно идентифицировать около 100 000 меток экспрессируемых последовательностей ( EST ). [1] Изоформы на уровне белка могут проявляться в делеции целых доменов или более коротких петель, обычно расположенных на поверхности белка. [3]

Определение

Один-единственный ген способен производить множество белков, различающихся как по структуре, так и по составу; [4] [5] этот процесс регулируется альтернативным сплайсингом мРНК, однако неясно, в какой степени такой процесс влияет на разнообразие протеома человека, поскольку обилие изоформ транскриптов мРНК не обязательно коррелирует с обилием изоформ белка. [6] Трехмерное сравнение структуры белков можно использовать, чтобы определить, какие изоформы (если таковые имеются) представляют собой функциональные белковые продукты, а структура большинства изоформ в протеоме человека была предсказана AlphaFold и публично опубликована на isoform.io. [7] Специфичность транслируемых изоформ зависит от структуры/функции белка, а также от типа клеток и стадии развития, на которой они производятся. [4] [5] Определение специфичности становится более сложным, если белок имеет несколько субъединиц и каждая субъединица имеет несколько изоформ.

Например, 5'-AMP-активируемая протеинкиназа (AMPK), фермент, выполняющий различные роли в клетках человека, имеет 3 субъединицы: [8]

В скелетных мышцах человека предпочтительной формой является α2β2γ1. [8] Но в печени человека наиболее распространенной формой является α1β2γ1. [8]

Механизм

Различные механизмы сплайсинга РНК

Основными механизмами производства изоформ белка являются альтернативный сплайсинг и использование вариабельных промоторов, хотя модификации, вызванные генетическими изменениями, такими как мутации и полиморфизмы , иногда также считаются отдельными изоформами. [9]

Альтернативный сплайсинг — это основной процесс посттранскрипционной модификации , в результате которого образуются изоформы транскриптов мРНК, и основной молекулярный механизм, который может способствовать разнообразию белков. [5] Сплайсосома , большой рибонуклеопротеин , представляет собой молекулярную машину внутри ядра, ответственную за расщепление и лигирование РНК , удаляя некодирующие белки сегменты ( интроны ). [10]

Поскольку сплайсинг — это процесс, который происходит между транскрипцией и трансляцией , его основные эффекты в основном изучались с помощью методов геномики — например, анализ микрочипов и секвенирование РНК использовались для идентификации альтернативно сплайсированных транскриптов и измерения их численности. [9] Обилие транскриптов часто используется в качестве показателя обилия изоформ белка, хотя протеомные эксперименты с использованием гель-электрофореза и масс-спектрометрии показали, что корреляция между количеством транскриптов и белков часто низкая и что одна изоформа белка обычно является доминантной. [11] В одном исследовании 2015 года говорится, что причина этого несоответствия, вероятно, возникает после перевода, хотя механизм практически неизвестен. [12] Следовательно, хотя альтернативный сплайсинг считается важной связью между изменчивостью и заболеванием, нет убедительных доказательств того, что он действует в первую очередь путем производства новых изоформ белка. [11]

Альтернативный сплайсинг обычно описывает строго регулируемый процесс, в котором альтернативные транскрипты намеренно генерируются с помощью механизма сплайсинга. Однако такие транскрипты также производятся в результате ошибок сплайсинга в процессе, называемом «шумным сплайсингом», и также потенциально транслируются в изоформы белка. Хотя считается, что около 95% мультиэкзонных генов подвергаются альтернативному сплайсингу, одно исследование шумного сплайсинга показало, что большинство различных транскриптов с низким содержанием являются шумовыми, и предсказывает, что большинство альтернативных транскриптов и изоформ белков, присутствующих в клетке, функционально не являются соответствующий. [13]

Другие этапы транскрипционной и посттранскрипционной регуляции также могут производить различные изоформы белка. [14] Использование вариабельного промотора происходит, когда транскрипционный аппарат клетки ( РНК-полимераза , факторы транскрипции и другие ферменты ) начинает транскрипцию на разных промоторах — участке ДНК рядом с геном, который служит начальным сайтом связывания, — что приводит к слегка модифицированному транскрипты и изоформы белков.

Характеристики

Обычно одна изоформа белка помечается как каноническая последовательность на основании таких критериев, как ее распространенность и сходство с ортологичными или функционально аналогичными последовательностями у других видов. [15] Предполагается, что изоформы обладают сходными функциональными свойствами, поскольку большинство из них имеют схожие последовательности и имеют некоторые общие экзоны с канонической последовательностью. Однако некоторые изоформы демонстрируют гораздо большую дивергенцию (например, за счет транс-сплайсинга ) и могут иметь мало общих экзонов или вообще не иметь их с канонической последовательностью. Кроме того, они могут иметь разные биологические эффекты (например, в крайнем случае функция одной изоформы может способствовать выживанию клеток, а другой — гибели клеток) или могут иметь сходные основные функции, но различаться внутриклеточной локализацией. [16] 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 того, как заметили, что функциональные возможности большинства изоформ не перекрываются. [17] Поскольку исследование проводилось на клетках in vitro , неизвестно, имеют ли изоформы в экспрессированном протеоме человека эти характеристики. Кроме того, поскольку функцию каждой изоформы обычно необходимо определять отдельно, большинство идентифицированных и предсказанных изоформ все еще имеют неизвестные функции.

Связанные понятия

гликоформ

Гликоформа — это изоформа белка, которая отличается только количеством или типом присоединенного гликана . 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 вследствие действия гликозидаз или гликозилтрансфераз . Гликоформы можно обнаружить посредством детального химического анализа разделенных гликоформ, но удобнее обнаруживать их посредством дифференциальной реакции с лектинами , как, например, с помощью лектиновой аффинной хроматографии и лектинового аффинного электрофореза . Типичными примерами гликопротеинов, состоящих из гликоформ, являются белки крови оросомукоид , антитрипсин и гаптоглобин . Необычная вариация гликоформ наблюдается в молекуле адгезии нейрональных клеток, NCAM, включающей полисиаловые кислоты, PSA .

Примеры

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

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ аб Бретт Д., Поспишил Х., Валькарсель Дж., Райх Дж., Борк П. (январь 2002 г.). «Альтернативный сплайсинг и сложность генома». Природная генетика . 30 (1): 29–30. дои : 10.1038/ng803. PMID  11743582. S2CID  2724843.
  2. ^ Шлютер Х., Апвайлер Р., Хольцхюттер Х.Г., Юнгблут PR (сентябрь 2009 г.). «В поисках пути в протеомике: номенклатура видов белков». Центральный химический журнал . 3:11 . дои : 10.1186/1752-153X-3-11 . ПМЦ 2758878 . ПМИД  19740416. 
  3. ^ Козловский, Л.; Орловский Дж.; Буйницкий, Дж. М. (2012). «Прогнозирование структуры альтернативно сплайсированных белков». Альтернативный сплайсинг пре-мРНК . п. 582. дои : 10.1002/9783527636778.ch54. ISBN 9783527636778.
  4. ^ аб Андреадис А., Гальего М.Э., Надаль-Жинар Б. (1 января 1987 г.). «Поколение разнообразия изоформ белка путем альтернативного сплайсинга: механистическое и биологическое значение». Ежегодный обзор клеточной биологии . 3 (1): 207–42. doi : 10.1146/annurev.cb.03.110187.001231. ПМИД  2891362.
  5. ^ abc Breitbart RE, Андреадис А, Надаль-Жинард Б (1 января 1987 г.). «Альтернативный сплайсинг: повсеместный механизм создания множества изоформ белка из отдельных генов». Ежегодный обзор биохимии . 56 (1): 467–95. doi : 10.1146/annurev.bi.56.070187.002343. ПМИД  3304142.
  6. ^ Лю Ю, Бейер А, Эберсольд Р (апрель 2016 г.). «О зависимости уровня клеточного белка от содержания мРНК». Клетка . 165 (3): 535–50. дои : 10.1016/j.cell.2016.03.014 . hdl : 20.500.11850/116226 . ПМИД  27104977.
  7. ^ Соммер, Маркус Дж.; Ча, Суён; Варабьев, Алесь; Ринкон, Наталья; Парк, Сукхван; Минкин, Илья; Пертеа, Михаэла; Штайнеггер, Мартин; Зальцберг, Стивен Л. (15 декабря 2022 г.). «Идентификация изоформ транскриптома человека на основе структуры». электронная жизнь . 11 : е82556. doi : 10.7554/eLife.82556 . ПМЦ 9812405 . ПМИД  36519529. 
  8. ^ abc Дасгупта Б, Чипа Р.Р. (март 2016 г.). «Развивающиеся уроки о сложной роли AMPK в нормальной физиологии и раке». Тенденции в фармакологических науках . 37 (3): 192–206. дои : 10.1016/j.tips.2015.11.007. ПМЦ 4764394 . ПМИД  26711141. 
  9. ^ ab Kornblihtt AR, Schor IE, Alló M, Dujardin G, Petrillo E, Muñoz MJ (март 2013 г.). «Альтернативный сплайсинг: ключевой шаг между эукариотической транскрипцией и трансляцией». Nature Reviews Молекулярно-клеточная биология . 14 (3): 153–65. дои : 10.1038/nrm3525. hdl : 11336/21049 . PMID  23385723. S2CID  54560052.
  10. ^ Ли Ю, Рио, округ Колумбия (1 января 2015 г.). «Механизмы и регуляция альтернативного сплайсинга пре-мРНК». Ежегодный обзор биохимии . 84 (1): 291–323. doi : 10.1146/annurev-biochem-060614-034316. ПМЦ 4526142 . ПМИД  25784052. 
  11. ^ ab Тресс МЛ, Абаскаль Ф, Валенсия А (февраль 2017 г.). «Альтернативный сплайсинг не может быть ключом к сложности протеома». Тенденции биохимических наук . 42 (2): 98–110. doi :10.1016/j.tibs.2016.08.008. ПМК 6526280 . ПМИД  27712956. 
  12. ↑ Battle A, Хан Z, Ван Ш., Митрано А, Форд М.Дж., Притчард Дж.К., Гилад Ю. (февраль 2015 г.). «Геномная изменчивость. Влияние регуляторных вариаций от РНК к белку». Наука . 347 (6222): 664–7. дои : 10.1126/science.1260793. ПМК 4507520 . ПМИД  25657249. 
  13. ^ Пикрелл Дж.К., Пай А.А., Гилад Ю., Притчард Дж.К. (декабрь 2010 г.). «Шумный сплайсинг стимулирует разнообразие изоформ мРНК в клетках человека». ПЛОС Генетика . 6 (12): e1001236. дои : 10.1371/journal.pgen.1001236 . ПМК 3000347 . ПМИД  21151575. 
  14. ^ Смит Л.М., Келлехер Н.Л. (март 2013 г.). «Протеоформа: один термин, описывающий сложность белка». Природные методы . 10 (3): 186–7. дои : 10.1038/nmeth.2369. ПМК 4114032 . ПМИД  23443629. 
  15. ^ Ли HD, Менон Р., Оменн Г.С., Гуань Ю (декабрь 2014 г.). «Возврат к идентификации канонических изоформ сплайсинга посредством интеграции данных функциональной геномики и протеомики» (PDF) . Протеомика . 14 (23–24): 2709–18. дои : 10.1002/pmic.201400170. ПМЦ 4372202 . ПМИД  25265570. 
  16. ^ Сундвалл М., Вейкколайнен В., Курппа К., Салах З., Творогов Д., ван Зоелен Э.Дж., Акейлан Р., Элениус К. (декабрь 2010 г.). «Гибель или выживание клеток, чему способствуют альтернативные изоформы ErbB4». Молекулярная биология клетки . 21 (23): 4275–86. doi :10.1091/mbc.E10-04-0332. ПМЦ 2993754 . ПМИД  20943952. 
  17. ^ Ян X, Куломб-Хантингтон Дж., Канг С., Шейнкман Г.М., Хао Т., Ричардсон А. и др. (февраль 2016 г.). «Широкое расширение возможностей взаимодействия белков путем альтернативного сплайсинга». Клетка . 164 (4): 805–17. дои : 10.1016/j.cell.2016.01.029. ПМЦ 4882190 . ПМИД  26871637. 
  18. ^ Барре Л., Фурнель-Жигле С., Финель М., Неттер П., Магдалу Дж., Уззин М. (март 2007 г.). «Субстратная специфичность человеческих UDP-глюкуронозилтрансфераз UGT2B4 и UGT2B7. Идентификация критического остатка ароматической аминокислоты в положении 33». Журнал ФЭБС . 274 (5): 1256–64. дои : 10.1111/j.1742-4658.2007.05670.x . ПМИД  17263731.
  19. ^ Патома, Основы патологии

Внешние ссылки

Найдите изоформу в Викисловаре, бесплатном словаре.