Proteinlerinin toplanması (veya birikme / aglomerasyon proteini ), burada biyolojik bir olgu proteinlerin zayıf katlanmış bir hücre-dışı şekilde içi (biriktikçe ve bir araya toplanır demek olduğunu) agrega. Bu protein kümeleri genellikle hastalıkla ilişkilidir . Gerçekte, protein kümeleri , ALS , Alzheimer ve Parkinson hastalıkları ve prion hastalıkları dahil olmak üzere amiloidoz adı verilen çok çeşitli hastalıklarda rol oynamaktadır .
Sentezlerinden sonra proteinler, kendilerine termodinamik açıdan en uygun olan belirli bir üç boyutlu yapıya katlanma alışkanlığına sahiptir : doğal halleri . Bu katlama işlemi ile tahrik edilir , hidrofobik etki korunmak için deneyin proteinin hidrofobik parça eğilimidir, hidrofilik bir ortamda bir hücre proteini içine kadar delme ile. Bu nedenle, proteinin dışı tipik olarak hidrofilik iken iç kısmı tipik olarak hidrofobiktir.
Protein yapıları, kovalent olmayan bağlar ve iki sistein kalıntısını bağlayan disülfür bağları ile stabilize edilir . Kovalent olmayan etkileşimler arasında iyonik bağlar ve zayıf van der Waals etkileşimleri bulunur . Bir anyon ve bir katyon arasında iyonik etkileşimler oluşur ve proteini stabilize etmeye yardımcı olan tuz köprüleri oluşturur. Van der Waals etkileşimleri polar olmayan etkileşimleri ( Londra kuvvetleri ) ve polar etkileşimleri ( hidrojen bağları , moleküller arası kuvvetler ) içerir. Bu oyun önemli bir rol ikincil yapı gibi bir şekillendirme gibi proteinlerin alfa sarmalı veya beta levha kendi içinde, hem de üçüncül yapı . Belirli bir proteindeki amino asit kalıntıları arasındaki etkileşimler , o proteinin son yapısı için çok önemlidir.
Kovalent olmayan etkileşimlerde, amino asit sekansındaki bir değişiklikten meydana gelebilecek değişiklikler olduğunda, protein muhtemelen kötü bir şekilde katlanacak veya hiç katlanmayacaktır. Bu tür bir durumda, hücre, proteinlerin bu katlanma kusurunu düzeltmesine veya yok etmesine yardımcı olmazsa, bir araya toplanabilirler ve bu süreçte proteinlerin açıkta kalan hidrofobik kısımları, açıkta kalan hidrofobik kısımlarla etkileşime girebilir. proteinler. Oluşabilen üç ana protein agregatı türü vardır: amorf agregatlar, oligomerler ve amiloid fibriller .
Proteinlerin toplanması çeşitli nedenlerle gerçekleşebilir. Aşağıda ayrıntıları verilen bu nedenlerin kategorize edilebileceği dört sınıf vardır.
Mutasyon meydana gelen sekans arasında DNA ya da proteinin bir amino asit dizisine etki olabilir veya olmayabilir. Sekans etkilenirse, farklı bir amino asit , proteinin katlanmasını etkileyen yan zincirler arasındaki etkileşimleri değiştirebilir . Bu, aynı yanlış katlanmış veya katlanmamış proteinle veya farklı bir proteinle kümelenen proteinin hidrofobik bölgelerinin açığa çıkmasına neden olabilir.
Proteinlerin kendilerini etkileyen mutasyonlara ek olarak, protein agregasyonuna dolaylı olarak katlama yolu ( şaperonlar ) veya ubikitin-proteazom yolu ( ubikitin ligazlar ) gibi düzenleyici yollar sırasında proteinlerde meydana gelen mutasyonlar neden olabilir . Şaperonlar, proteinlerin katlanmaları için güvenli bir ortam sağlayarak katlanmalarına yardımcı olur. Ubikitin ligazları, ubikitinin modifikasyonu ile parçalanacak proteinleri hedefler .
Protein toplanması, transkripsiyon veya çeviri sırasında ortaya çıkan sorunlardan kaynaklanabilir . Transkripsiyon sırasında, DNA, mRNA'yı oluşturmak için transkripsiyon sonrası değişikliklere uğrayan bir pre-mRNA ipliği oluşturan mRNA'ya kopyalanır . Çeviri sırasında ribozomlar ve RNA'lar , mRNA dizisinin amino asit dizisine dönüştürülmesine yardımcı olur. Hatalı bir mRNA ipliği veya amino asit dizisi üreten bu iki adımdan herhangi birinde kusurlar meydana gelirse, bu, proteinin yanlış katlanmasına neden olarak protein kümelenmesine yol açar.
Aşırı sıcaklıklar veya pH veya oksidatif stres gibi çevresel stresler de protein agregasyonuna yol açabilir. Bu tür stresin neden olduğu bir hastalık örneği kriyoglobulinemidir .
Aşırı sıcaklıklar, amino asit kalıntıları arasındaki kovalent olmayan bağları zayıflatabilir ve kararsız hale getirebilir. Belirli bir proteinin pH aralığı dışındaki PH'lar , kovalent olmayan etkileşimleri artırabilen veya azaltabilen amino asitlerin protonasyon durumunu değiştirebilir . Aynı zamanda daha az stabil bağlanmaya ve dolayısıyla proteinin katlanmamasına da yol açabilir.
Oksidatif stres, ROS gibi radikallerden kaynaklanabilir . Bu kararsız radikaller, amino asit kalıntılarına saldırarak yan zincirlerin oksidasyonuna ( aromatik yan zincirler veya metiyonin yan zincirler gibi ) ve / veya polipeptit bağlarının bölünmesine yol açabilir . Bu, proteini doğru şekilde tutan kovalent olmayan bağları etkileyebilir, bu da proteinin dengesizleşmesine neden olabilir ve böylece proteinin katlanmasını önleyebilir.
Hücreler, protein kümelerini yeniden katlayabilen veya parçalayabilen mekanizmalara sahiptir. Bununla birlikte, hücreler yaşlandıkça, bu kontrol mekanizmaları daha az etkilidir ve hücre bu kümelerin sorumluluğunu daha az alır.
Protein toplanmasının yaşlanmanın bir sonucu olduğu hipotezi artık test edilebilir çünkü bazı gecikmiş yaşlanma modelleri geliştirilmektedir. Protein agregalarının gelişimi, yaşlanmadan bağımsız bir süreç olsaydı, bu yaşlanmanın yavaşlatılmasının zamanla proteotoksisite oranı üzerinde hiçbir etkisi olmazdı. Bununla birlikte, yaşlanma, proteotoksisiteye karşı koruyucu mekanizmaların aktivitesindeki bir düşüşle ilişkili olsaydı, yavaşlamış yaşlanma modelleri, agregasyon ve proteotoksisitede bir azalma gösterecektir. Bu problemi çözmek için nematod C. elegans'da çeşitli toksisite testleri yapılmıştır . Bu çalışmalar, iyi bilinen bir yaşlanma düzenleyici yol olan insülin / IGF sinyal aktivitesinin azaltılmasının, nörodejenerasyonla ilişkili toksik protein kümelenmesine karşı koruduğunu göstermiştir. Bu yaklaşımın geçerliliği memelilerde test edilmiş ve doğrulanmıştır , çünkü IGF-1 sinyal yolunun aktivitesinin azaltılması, Alzheimer hastalığı olan çalışma farelerini bu hastalıkla bağlantılı davranış ve bozukluklar sergilemekten korumuştur .
Birkaç çalışma, protein agregasyonuna hücresel tepkilerin iyi düzenlendiğini ve organize edildiğini göstermiştir. Protein kümeleri, hücrenin belirli bölgelerinde lokalizedir ve araştırmalar, prokaryotlarda ( E. coli ) ve ökaryotlarda ( maya , memeli hücreleri) bu alanlara odaklanmıştır .
Bakteri kümeleri , hücrenin kutuplarından biri olan " eski kutup " da asimetrik olarak bulunur . Hücre bölünmesini takiben , daha fazla ön kutbu içeren yavru hücre, protein kümesini elde eder ve kümesiz yavru hücreden daha yavaş büyür. Bu , bakteri popülasyonu içindeki protein kümelerini azaltmak için bir doğal seçilim mekanizması oluşturur.
Maya hücrelerindeki çoğu protein agregatının katlanma kusurları şaperonlarla düzeltilir. Bununla birlikte, oksidatif stres tarafından hasar gören proteinler veya bozunmaya yönelik proteinler gibi bazı agregaların katlanma kusurları düzeltilmemiş olabilir. Bunun yerine, iki bölmeden birine yönlendirilebilirler: nükleer membranın yakınındaki JUxtaNuclear Kalite kontrol bölmesi ( JUNQ ) ve maya hücrelerindeki vakuolün yakınında Çözünmez Protein Yatağı veya İngilizce IPOD ) . Protein kümeleri, her yerde bulunduklarında ve bozunmaya yönelik olduklarında JUNQ'a giderken, kümelenmiş ve çözünmeyen proteinler daha uzun depolama için IPOD'a gider. Sonuçlar, bu konumdaki proteinlerin otofaji ile uzaklaştırılabileceğini göstermiştir . Bu iki olasılık, proteazom yolu aşırı yüklendiğinde proteinlerin IPOD'a gitme eğiliminde olacak şekilde birlikte çalışır .
Memeli hücrelerinde, bu protein kümeleri "agresomlar" olarak adlandırılır ve hücre hastalıklı olduğunda oluşur. Bunun nedeni, kümelerin, hücre mutasyona uğradığında meydana gelebilecek heterolog proteinler bulunduğunda oluşma eğiliminde olmasıdır. Ubikitin ligaz E3, yanlış katlanmış proteinleri tanıyabilir ve bunları ubikitin haline getirebilir. HDAC6 sonra ubikuitin ve motor proteini bağlayabilir dinein için agrega "etiketli" taşımak için sentrozom . Oraya vardıklarında, sentrozomu çevreleyen bir kürede kümelenirler. Şaperonlar ve proteazomlar sağlarlar ve otofajiyi aktive ederler.
Hücrede protein kümelerinin uzaklaştırılmasından sorumlu iki ana "kalite kontrol" sistemi vardır. Yanlış katlanmış proteinler, bi-şaperon sistemi tarafından yeniden katlanabilir veya ubikitin-proteazom sistemi veya otofaji tarafından parçalanabilir.
İki şaperon sistemi şaperonlar kullanan Hsp70 (in DnaK-DnaJ-başında grpE , E. coli (ClpB'den ve Hsp100 ve Ssa1-Ydj1 mayada / Sis1-Sse1 / Fe1) , E. coli parçalamak için mayada ve Hsp104) ve neo kat proteinleri.
Hsp70, protein agregaları ile etkileşime girer ve Hsp100'ü görevlendirir. Hsp70, etkinleştirilmiş bir Hsp100'ü stabilize eder. Hsp100, tekli polipeptitleri çözmek için diş açma aktivitesi için kullanılan aromatik gözenek döngülerine sahiptir . Bu diş açma aktivitesi , N-terminalinde , C-terminalinde veya polipeptidin ortasında başlatılabilir . Polipeptit , her biri bir ATP tüketen bir dizi adımda Hsp100 tarafından translokasyona uğrar . Polipeptid katlanmaz ve sonra kendi başına veya ısı şok proteinleri ( ısı şok proteinleri ) yardımıyla yeni katlanmaz .
Yanlış katlanmış proteinler, ubikitin-proteazom sistemi ile uzaklaştırılabilir. Bu, proteinleri bozunmaya yönlendirmek için ubikitinleştiren bir E1-E2-E3 yolundan oluşur. Ökaryotlarda proteinler, 26S proteazomu tarafından bozulur. Memeli hücrelerinde, E3 ligaz ve Hsp70 ile etkileşen karboksi terminal proteini, Hsp70'e bağlı proteinleri hedefler. Mayada, E3 Doa10 ve Hrd1 ligazları, endoplazmik retikulum proteinleri üzerinde benzer işlevlere sahiptir :
Yanlış katlanmış proteinler, protein agregalarının lizozoma taşındığı otofaji ile de çıkarılabilir :
Olgun protein kümelerinin bu şekilde toksik olduğu düşünülse de, son sonuçlar aslında olgunlaşmamış protein kümelerinin en toksik olduğunu ortaya koymaktadır. Bu kümelerdeki hidrofobik gruplar, hücrenin diğer bileşenleriyle etkileşime girebilir ve bunlara zarar verebilir. Hipotezler, protein agregatlarının toksisitesinin, hücresel bileşenlerin sekestrasyon mekanizmaları, ROS üretimi, membrandaki spesifik reseptörlere bağlanma veya membranların bozulması ile ilgili olduğudur. Genetik bir test, daha yüksek moleküler ağırlığa sahip türlerin, zarın geçirgenleşmesinden sorumlu olduğunu belirledi. Protein agregatlarının yapay lipid çift katmanlarını in vitro destabilize edebildiği ve bunun da membran geçirgenleşmesine yol açtığı bilinmektedir .