stringtranslate.com

Тела включения

Тельца включения представляют собой агрегаты определенных типов белков , обнаруженных в нейронах и ряде клеток тканей, включая эритроциты , бактерии , вирусы и растения . Тельца включения, состоящие из агрегатов нескольких белков, также обнаруживаются в мышечных клетках, пораженных миозитом с тельцами включения и наследственной миопатией с тельцами включения . [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 ( аггресомы ) и являются отличительными признаками многих из этих заболеваний, включая тельца Леви при деменции с тельцами Леви и болезнью 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 двигательных нейронах являются основной особенностью бокового амиотрофического склероза . [5]

Другие обычные включения в клетках часто представляют собой временные включения накопленных белков, жиров, секреторных гранул или других нерастворимых компонентов. [6]

Тельца включения обнаруживаются в бактериях как частицы агрегированного белка. Они имеют более высокую плотность, чем многие другие компоненты клетки, но являются пористыми. [7] Они обычно представляют собой места размножения вируса в бактерии или эукариотической клетке и обычно состоят из вирусных капсидных белков . 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, образованные несбалансированным равновесием между агрегированными и растворимыми белками Escherichia coli . Растет объем информации, указывающей на то, что образование телец включения происходит в результате внутриклеточного накопления частично свернутых экспрессированных белков, которые агрегируют посредством нековалентных гидрофобных или ионных взаимодействий или комбинации того и другого. [ необходима цитата ]

Состав

Тельца включения имеют неединичную (единичную) липидную мембрану [ требуется ссылка ] . Классически считается, что белковые тельца включения содержат неправильно свернутый белок . Однако это было оспорено, 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

Когда гены из одного организма экспрессируются в другом организме, полученный белок иногда образует тельца включения. Это часто верно, когда пересекаются большие эволюционные расстояния: например, кДНК, выделенная из Eukarya , и экспрессированная как рекомбинантный ген в прокариоте, рискует образовать неактивные агрегаты белка, известные как тельца включения. В то время как кДНК может правильно кодировать транслируемую мРНК , полученный белок появится в чужеродной микросреде. Это часто имеет фатальные последствия, особенно если целью клонирования является получение биологически активного белка . Например, эукариотические системы для модификации углеводов и мембранного транспорта не обнаружены у прокариот . Внутренняя микросреда прокариотической клетки ( pH , осмолярность ) может отличаться от микросреды исходного источника гена . Механизмы сворачивания белка также могут отсутствовать, а гидрофобные остатки , которые обычно остаются скрытыми, могут быть выставлены напоказ и доступны для взаимодействия с аналогичными выставленными участками на других эктопических белках. Системы обработки для расщепления и удаления внутренних пептидов также будут отсутствовать в бактериях . Первоначальные попытки клонировать инсулин в бактерии страдали от всех этих дефицитов. Кроме того, тонкие элементы управления, которые могут поддерживать концентрацию белка на низком уровне, также будут отсутствовать в прокариотической клетке , а сверхэкспрессия может привести к заполнению клетки эктопическим белком, который, даже если он был правильно свернут, будет осаждаться , насыщая свое окружение. [ необходима цитата ]

В нейронах

Тельца включения представляют собой агрегаты белка, связанные со многими нейродегенеративными заболеваниями , которые накапливаются в цитоплазме или ядре нейронов . [2] Тельца включения , состоящие из агрегатов множественных белков, также обнаруживаются в мышечных клетках, пораженных миозитом с тельцами включения и наследственной миопатией с тельцами включения . [1]

Тельца включения при нейродегенеративных заболеваниях представляют собой агрегаты неправильно свернутых белков ( аггресомы ) и являются отличительными признаками многих из этих заболеваний, включая тельца Леви при деменциях с тельцами Леви и болезни Паркинсона , тельца включения нейросерпина, называемые тельцами Коллинза при семейной энцефалопатии с тельцами включения нейросерпина , тельца включения при болезни Хантингтона , включения Паппа-Лантоса при множественной системной атрофии и различные тельца включения при лобно-височной деменции , включая тельца Пика . [4] Тельца Бунина в двигательных нейронах являются основной особенностью бокового амиотрофического склероза . [5]

В красных кровяных клетках

Красные кровяные клетки (эритроциты) обычно не имеют включений в цитоплазме, но они могут наблюдаться при некоторых заболеваниях крови.

Существует три вида включений в эритроцитах:

  1. Органеллы развития
    1. Тельца Хауэлла-Джолли : небольшие круглые фрагменты ядра, образующиеся в результате кариорексиса или распада ядра позднего ретикулоцита и окрашивающиеся в красновато-синий цвет при окраске по Райту .
    2. Базофильная крапинка – это мелкие или крупные включения, окрашенные в темно-синий или фиолетовый цвет, которые появляются на высушенном препарате Райта.
    3. Тельца Паппенгеймера — это сидеротические гранулы, представляющие собой мелкие, неровные, темноокрашенные гранулы, которые появляются вблизи периферии молодого эритроцита при окраске по Райту.
    4. Полихроматофильные эритроциты — молодые эритроциты, которые больше не имеют ядра, но все еще содержат некоторое количество РНК.
    5. Кольца Кэбота — кольцевидная структура, которая может появляться в эритроцитах при мегалобластной анемии или при тяжелых анемиях , отравлении свинцом и при дизэритропоэзе , при котором эритроциты разрушаются до выхода из костного мозга .
  2. Аномальное осаждение гемоглобина
    1. Тельца Хайнца [11] – круглые тельца, преломляющие включения, не видимые на пленке Райта. Лучше всего их идентифицировать суправитальным окрашиванием основными красителями.
    2. Включения гемоглобина H – альфа-талассемия , зеленовато-голубые включения появляются во многих эритроцитах после инкубации четырех капель крови с 0,5 мл бриллиантового крезилового синего в течение 20 минут при температуре 37 °C.
  3. Включение простейших
    1. Малярия
    2. Бабезия

В белых кровяных клетках

В вирусах

Вирус собачьей чумы с цитоплазматическими включениями (мазок крови, окраска по Райту )

Примерами вирусных включений у животных являются:

Цитоплазматический эозинофильный (ацидофильный)-

Ядерный эозинофильный (ацидофильный)-

Ядерный базофильный -

Как ядерные, так и цитоплазматические

Примерами вирусных включений в растениях [13] являются скопления вирусных частиц (например, для вируса мозаики огурца [14] ) и скопления вирусных белков (например, цилиндрические включения потивирусов [15] ). В зависимости от растения и семейства растительных вирусов эти включения могут быть обнаружены в эпидермальных клетках, клетках мезофилла и устьичных клетках, если растительная ткань правильно окрашена. [16]

У бактерий

Полигидроксиалканоаты (PHA) производятся бактериями в виде включений. Размер гранул PHA ограничен в E. coli из-за его небольшого размера. [17] Внутриклеточно включения бактериальных клеток не так распространены, как в эукариотических клетках.

Полимерные R-тела обнаружены в бактериальной цитоплазме некоторых таксонов и, как полагают, участвуют в доставке токсинов. [18]

Выделение белков

От 70% до 80% рекомбинантных белков, экспрессируемых E. coli , содержатся в тельцах включения (т. е. белковых агрегатах). [19] Очистка экспрессируемых белков из телец включения обычно требует двух основных этапов: извлечение телец включения из бактерий с последующей солюбилизацией очищенных телец включения. Солюбилизация телец включения часто включает обработку денатурирующими агентами, такими как мочевина или гуанидинхлорид в высоких концентрациях, для дезагрегации разрушенных белков. Ренатурация следует за обработкой денатурирующими агентами и часто состоит из диализа и/или использования молекул, которые способствуют повторной укладке денатурированных белков (включая хаотопические агенты [7] и шапероны). [20]

Псевдовключения

Псевдовключения — это инвагинации цитоплазмы в ядра клеток , которые могут создавать вид внутриядерных включений. Они могут появляться при папиллярной карциноме щитовидной железы . [21]

Заболевания, связанные с тельцами включения

Заболевания с тельцами включения отличаются от заболеваний амилоида тем, что тельца включения обязательно являются внутриклеточными агрегатами белка, тогда как амилоид может быть внутриклеточным или внеклеточным. Амилоид также требует полимеризации белка, тогда как тельца включения не требуют этого. [22]

Предотвращение появления включений в бактериях

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 очень эмпиричен, неопределенен и малоэффективен. За эти годы было разработано несколько методов для предотвращения образования телец включения. Эти методы включают:

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab "Спорадический миозит с включениями". NORD (Национальная организация по редким заболеваниям) . Получено 12 марта 2021 г.
  2. ^ ab Chung CG, Lee H, Lee SB (1 сентября 2018 г.). «Механизмы токсичности белков при нейродегенеративных заболеваниях». Cellular and Molecular Life Sciences . 75 (17): 3159–3180. doi :10.1007/s00018-018-2854-4. PMC 6063327 . PMID  29947927.  Ошибка цитирования: Именованная ссылка «Chung» была определена несколько раз с различным содержанием (см. страницу справки ).
  3. ^ «Энцефалопатия, семейная, с включениями нейросерпина (Идентификатор концепции: C1858680) – MedGen – NCBI». www.ncbi.nlm.nih.gov . Получено 6 апреля 2021 г. .
  4. ^ ab Крутс М, Гейселинк I, ван дер Зее Дж, Энгельборгс С, Уилс Х, Пиричи Д, Радемакерс Р, Ванденберге Р, Дермаут Б, Мартин Дж. Дж., ван Дуйн С, 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. Бибкод : 2006Natur.442..920C. дои : 10.1038/nature05017. PMID  16862115. S2CID  4423699.
  5. ^ ab Hardiman O, Al-Chalabi A, Chio A (5 октября 2017 г.). "Боковой амиотрофический склероз" (PDF) . Nature Reviews. Disease Primers . 3 : 17071. doi : 10.1038/nrdp.2017.71. PMID  28980624. S2CID  1002680. Ошибка цитирования: Именованная ссылка «Hardiman» была определена несколько раз с различным содержанием (см. страницу справки ).
  6. ^ Иллюстрированный медицинский словарь Дорланда (32-е изд.). Филадельфия, Пенсильвания: Saunders/Elsevier. 2012. стр. 928. ISBN 9781416062578.
  7. ^ ab Singh SM, Panda AK (1 апреля 2005 г.). "Solubilization and refolding of bacteriaclusion body proteins". Journal of Bioscience and Bioengineering . 99 (4): 303–310. doi :10.1263/jbb.99.303. PMID  16233795. S2CID  24807019. Включения представляют собой плотные электронно-преломляющие частицы агрегированного белка, обнаруживаемые как в цитоплазматическом, так и в периплазматическом пространстве E. coli во время высокоуровневой экспрессии гетерологичного белка. Обычно предполагается, что высокоуровневая экспрессия ненативного белка (более 2% клеточного белка) и высокогидрофобного белка более склонна приводить к накоплению в виде включений в E. coli . В случае белков, имеющих дисульфидные связи, ожидается образование белковых агрегатов в виде включений, поскольку восстановительная среда бактериального цитозоля ингибирует образование дисульфидных связей. Диаметр сферических бактериальных включений варьируется от 0,5 до 1,3 мкм, а белковые агрегаты имеют либо аморфную, либо паракристаллическую природу в зависимости от локализации. Тельца включения имеют более высокую плотность (~1,3 мг мл−1), чем многие клеточные компоненты, и, таким образом, могут быть легко отделены высокоскоростным центрифугированием после разрушения клеток. Тельца включения, несмотря на то, что являются плотными частицами, сильно гидратированы и имеют пористую архитектуру.
  8. ^ Umetsu M, Tsumoto K, Nitta S, Adschiri T, Ejima D, Arakawa T, Kumagai I (март 2005 г.). «Неденатурирующая солюбилизация бета2-микроглобулина из включений с помощью L-аргинина». Biochem Biophys Res Commun . 328 (1): 189–97. doi :10.1016/j.bbrc.2004.12.156. PMID  15670769.
  9. ^ Przybycien TM, Dunn JP, Valax P, Georgiou G (январь 1994). «Характеристика вторичной структуры включений бета-лактамаз». Protein Eng . 7 (1): 131–6. doi :10.1093/protein/7.1.131. PMID  8140090.
  10. ^ Tsumoto K, Umetsu M, Kumagai I, Ejima D, Arakawa T (декабрь 2003 г.). «Солюбилизация активного зеленого флуоресцентного белка из нерастворимых частиц гуанидином и аргинином». Biochem Biophys Res Commun . 312 (4): 1383–6. doi :10.1016/j.bbrc.2003.11.055. PMID  14652027.
  11. ^ Heinz+Bodies в Национальной медицинской библиотеке США, Медицинские предметные рубрики (MeSH)
  12. ^ Fellows IW, Leach IH, Smith PG, Toghill PJ, Doran J (июнь 1990 г.). «Карциноидная опухоль общего желчного протока — новое осложнение синдрома фон Гиппеля-Линдау». Gut . 31 (6): 728–9. doi : 10.1136/gut.31.6.728 . PMC 1378509 . PMID  2379881. 
  13. ^ "Вирусы растений, обнаруженные во Флориде, и их включения". Университет Флориды. Архивировано из оригинала 24 марта 2012 г.{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  14. ^ "Включения Cucumber Mosaic Cucumovirus (CMV)". Университет Флориды. Архивировано из оригинала 19 февраля 2012 г.{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  15. ^ "Включения Potyviridae, найденные во Флориде". Университет Флориды. Архивировано из оригинала 19 февраля 2012 г.{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  16. ^ "Материалы и методы обнаружения вирусных включений". Университет Флориды. Архивировано из оригинала 19 февраля 2012 года.{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  17. ^ Цзян XR, Ван H, Шэнь Чен GQ (2015). «Инженерия бактериальных форм для улучшенного накопления включений». Метаболическая инженерия . 29 : 227–237. doi :10.1016/j.ymben.2015.03.017. PMID  25868707.
  18. ^ Raymann K, Bobay LM, Doak TG, Lynch M, Gribaldo S (1 марта 2013 г.). «Геномное исследование гомологов Reb предполагает широкое распространение R-тел у протеобактерий». G3: Genes, Genomes, Genetics . 3 (3): 505–516. doi :10.1534/g3.112.005231. ISSN  2160-1836. PMC 3583457 . PMID  23450193. 
  19. ^ Янг, Чжун и др. «Высокоэффективное производство растворимых белков из нерастворимых включений методом двухэтапной денатурации и рефолдинга». PloS one 6.7 (2011): e22981.
  20. ^ Rosenzweig R, Nillegoda NB, Mayer MP, Bukau B (ноябрь 2019 г.). «Сеть шаперонов Hsp70». Nature Reviews. Молекулярная клеточная биология . 20 (11): 665–680. doi :10.1038/s41580-019-0133-3. ISSN  1471-0080. PMID  31253954. S2CID  195739183.
  21. ↑ Глава 20 в: Митчелл, Ричард Шеппард, Кумар, Винай, Аббас, Абул К., Фаусто, Нельсон (2007). Robbins Basic Pathology . Филадельфия: Saunders. ISBN 978-1-4160-2973-1.8-е издание.
  22. ^ Росс, Пуарье (2004). «Агрегация белков и нейродегенеративные заболевания». Nature Medicine . 10 Suppl: S10-7. doi :10.1038/nm1066. PMID  15272267. S2CID  205383483.
  23. ^ Dmowski M, Jagura-Burdzy G (2013). "Активные стабильные функции поддержания в плазмидах с низким числом копий грамположительных бактерий II. Постсегрегационные системы уничтожения". Polish Journal of Microbiology . 62 (1): 17–22. doi : 10.33073/pjm-2013-002 . ISSN  1733-1331. PMID  23829073.
  24. ^ Polissi A, Goffin L, Georgopoulos C (август 1995 г.). «Реакция Escherichia coli на тепловой шок и развитие бактериофага лямбда». FEMS Microbiology Reviews . 17 (1–2): 159–169. doi : 10.1111/j.1574-6976.1995.tb00198.x . ISSN  0168-6445. PMID  7669342.
  25. ^ Jiang ST, Tzeng SS, Wu WT, Chen GH (19 июня 2002 г.). «Усиленная экспрессия куриного цистатина как формы слияния тиоредоксина в Escherichia coli AD494(DE3)pLysS и ее влияние на предотвращение размягчения геля сурими». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 50 (13): 3731–3737. doi :10.1021/jf020053v. ISSN  0021-8561. PMID  12059151.
  26. ^ Waugh DS (2016). «Замечательная способность белка Escherichia coli, связывающего мальтозу, повышать растворимость». Postepy Biochemii . 62 (3): 377–382. doi : 10.18388/pb.2016_41 . ISSN  0032-5422. PMID  28132493. S2CID  23539643.