ADP-ribosylering
i lang tid ble funksjonen til koenzym NAD antatt å være relatert til sin rolle i redoksreaksjoner. Men i de siste 20 årene har eksperimentelle bevis antydet AT NAD deltar i ADP-ribosyleringshendelser.
i NAD frigjør spaltningen av den glykosidiske bindingen Mellom c1′ av ribose og n11 av nikotinamid nikotinamid og ADP-ribosyl (Fig . 24.1). Dette kan festes til en rekke akseptormolekyler. Tallrike nad-avhengige reaksjoner for overføring AV ADP-ribose (ADP-ribosylering) er kjent; alle har stor funksjonell betydning.
Figur 24.1. ADP-ribose.
Mono-adp-ribosylering. I denne posttranslasjonelle modifikasjonen overføres adp ribosyl FRA NAD til en aminoacylrest (arginin, cystein, asparagin eller histidin) av et akseptorprotein. Det skal bemerkes at binding AV ADP-ribosylnikotinamid I NAD er et høyt energibinding; dens brudd gir energien som gjør reaksjonen mulig. Mono-adenosindifosfat-ribosyltransferase (ART), opprinnelig beskrevet i bakterietoksiner og senere i eukaryote celler, katalyserer reaksjonen.
Koleratoksin fremmer overføring av mono-ADP-ribosyl til den α underenhet Av Gs-protein og aktiverer Det. Dette fører til stimulering av adenylatsyklase, økning i sykliske AMP-nivåer og høyere funksjon av iontransportkanaler i luminalmembranen av enterocytter. Dette forårsaker alvorlig diare, et karakteristisk symptom på koleratoksininfeksjon. Pertussis toksinet (produsert av bakteriene som forårsaker kikhoste) bestemmer ADP-ribosylering av cysteinylrester Og uncouples G-protein fra dets reseptor. Difteritoksin og Pseudomonas eksotoksin stopper proteinsyntese VED ADP-ribosylering av forlengelsesfaktor 2 (EF2). Clostridiumtoksin ADP-ribosylater aktinmolekyler og forhindrer dets polymerisering. Disse handlingene viser at mono-ADP-ribosyleringen markant påvirker funksjonen til det modifiserte proteinet.
hos mennesker har flere adp-ribosyleringsenzymer blitt anerkjent. Noen er forankret av glykosylfosfatidylinositol til den ytre overflaten av plasmamembranen (ektoenzymer) og andre er innenfor cellen (endoenzymer).
funnet av ektoenzymer som virker PÅ NAD plassert i cellene var slående. Det antas at disse enzymene bruker NAD frigjort i interstitialrommet av lyserte celler; alternativt har eksistensen av kanaler som tillater utgang AV NAD gjennom plasmamembranen blitt foreslått. Ectoenzymene er funksjonelt forbundet med modulering av myocyttdifferensiering og andre prosesser assosiert med immun-og betennelsesresponser, som kjemotaksis, rekruttering av nøytrofiler, hemming Av t-celle cytotoksisitet og celleadhesjon.
Intracellulær Kunst er involvert i reguleringen av signaltransduksjonssystemer Der G-proteiner er involvert og tjener SOM KUNSTSUBSTRATER. Mono-ADP-ribosylering kan påvirke signalering og fremme ulike cellulære effekter. Hemming av proteinoversettelse, regulering Av Golgi-apparatet og cytoskelettfunksjonen er et resultat av disse posttranslasjonelle modifikasjonene.
Poly-ADP-ribosylering. Dette er en annen type posttranslasjonell modifikasjon katalysert av poly-adenosindifosfat-ribosylpolymeraser (PARP). Atten PARP-gener har blitt identifisert, men ikke alle enzymer kodet av disse genene har blitt karakterisert. PARP binder ADP-ribosyl til glutamyl-eller aspartylrester i akseptorproteinet. Deretter fortsetter det å sette INN ADP-ribosylmolekyler, og feste dem lineært av glykosidiske 1′
2 ‘ bindinger. Ved hver 40-50 enheter opprettes grenpunkter i hovedkjeden, og setter inn 1’3 ‘ obligasjoner. PARP kan også gjennomgå auto-poly-ADP-ribosylering; en av de viktigste substratene TIL PARP er PARP selv.
ADP-ribosepolymerer er svært elektronegative og påvirker egenskapene til det modifiserte proteinet. Økningen i protein negativ ladning forsterker frastøtning AV ADP-ribosylert protein med andre polyanioner, SLIK SOM DNA; eller tiltrekker positivt ladede molekyler, som histoner.
blant de kjente ADP-ribosylpolymerasene er noen lokalisert i kjernen. PARP-1 og PARP-2 aktiveres ved tilstedeværelse AV spaltede steder I DNA-strengene, SOM PARP binder seg til. Disse spaltes steder vanligvis oppstår UNDER DNA replikasjon og reparasjon, eller kan være forårsaket av eksterne agenter. PARP-3, er ofte forbundet med sentrosomet OG PARP-4 er forbundet med ribonukleoproteinpartikler. PARP-7 OG PARP-10 er involvert i histon ribosylering. TNK og tnk-2 er også poly-ADP-ribosylpolymeraser og de er forbundet med telomerer.
modifikasjonen ved poly-ADP-ribosylering av basiske proteiner, som histoner, endrer DNA-histoninteraksjoner samt intra-og internukleosomattraksjoner, og fremmer en løsere kromatinstruktur. DETTE letter tilgangen TIL dna av enzymer involvert i prosessene for replikasjon og reparasjon, inkludert helikase, topoisomerase, polymerase og ligase. PARP-ADP-auto-polyribosylat har en tendens til å frastøte NÆRLIGGENDE DNA-tråder som sin elektronegative ladning øker, og til slutt skiller.
PARP assosiert med telomerer fremmer telomeraseaktivitet i kromosomforlengelse. Videre tjener deres tilstedeværelse til å avstøte ANDRE DNA-tråder og forhindre abnormiteter, som translokasjoner og ende-til-ende eller skadelige rekombinasjonsfusjoner.
Poly-ADP-ribosylering av noen enzymer kan modifisere deres aktivitet; for eksempel kan det stimulere DNA-ligase og hemme endonuklease, og forhindre DNA-nedbrytning.
PARP er involvert i regulering av kromatinstruktur, transkripsjon, replikasjon, reparasjon, vedlikehold AV DNA-integritet og stimulering AV DNA-ligase. Fraværet eller reduksjonen I PARP-aktivitet fører til genom ustabilitet.
PARP assosiert med sentrosomer bidrar til en ordnet separasjon av kromosomer under mitose.
PARP er også involvert i celledifferensiering og proteindegradering under programmert celledød (apoptose, Kapittel 32). Virkningsmekanismene er ennå ikke klart forstått. PARP medierer apoptose gjennom proinflammatoriske signaler. Det styrer frigjøringen av apoptoseinducerende faktor (AIF) fra mitokondrier. Nylige studier har også vist et forhold mellom poly-ADP-ribosylering og polyubiquitinering i merking av proteiner for nedbrytning.
ved cellespenning kan overaktivering av PARP føre til uttømming AV NAD og ATP, med ødeleggende konsekvenser for cellen som ender i cellenekrose.
Studier på laboratoriedyr har vist at iskemiske tilstander, i hjerne og hjerte, under septisk sjokk eller alvorlige inflammatoriske prosesser forbedres når PARP hemmes. Det er sannsynlig at disse observasjonene vil ha klinisk anvendelse; utfordringen med redusert ADP-ribosepolymeraseaktivitet som fører til genom destabilisering, akkumulering av mutasjoner og til slutt til malign transformasjon (karsinogenese) må imidlertid først løses.
ADP-ribosepolymene nedbrytes av poly-ADP-riboseglykohydrolasen, som frigjør FRI ADP-ribose. EN ADP-ribose lyase frigjør den første enheten festet til proteinet. Pyrofosfatase separerer AMP og ribosefosfat.
NAD-avhengig deacetylering. Det er en proteinfamilie AV nad-avhengige deacetylaser kalt sirtuiner, som frigjør nikotinamidgruppen FRA NAD og bruker acetat separert fra proteiner som EN ADP-ribosylacceptor for å danne 2 ‘ – o-acetyl-ADP-ribose. Denne aktiviteten ble først observert i gjær og ble utpekt med akronymet SIR( silent information regulator); senere ble det også demonstrert I Nematoden Caenorhabditis elegans og I Drosophila melanogaster. Deres handling øker levetiden til disse organismene, spesielt i forhold der næringsstoffer i mediet er begrenset.
Sirtuins (SIRT) består av en familie på syv proteinmedlemmer (SIRT-1 TIL SIRT-7), som kan betraktes som en variant AV ADP-ribosylaser. De bruker ulike substrater, som histoner, p53-protein, transkripsjonsfaktorer, nukleær faktor kB og andre. For eksempel induserer histondeacetylering en mer kompakt struktur av kromatin, som fremmer gendeaktivering og beskytter kritiske områder av kromosomer, som telomerer og sentrosomer. Deacetylering av protein p53 er viktig for genomisk stabilitet; det styrer cellesyklusen, DNA-reparasjon og apoptose. Deacetylering av p53 øker tilsynelatende stabiliteten ved å blokkere allestedsnærværende.
SIRT 1 er involvert i energisk metabolisme, oksidativt stressrespons, celle senescens og beskyttelse av vaskulær endotel og nerver under forskjellige patologiske forhold.
Nikotinamid frigjort FRA nad-avhengige deacetylasjoner virker som en potent hemmer av sirtuins aktivitet, noe som bidrar til reguleringen.
siden virkningen av sirtuins bidrar til forlengelsen av livet i noen organismer, ble det antatt å være en generell forlengelsesfaktor. Det er imidlertid ikke nok bevis ennå å ekstrapolere disse resultatene til høyere dyr.
det antas at vedlikehold av normale nivåer av poly-PARP-polymeraser og sirtuiner i cellene kan forhindre eller forsinke karsinogenese og aldringsrelaterte lidelser.
produktet 2 ‘ -O-acetyl-ADP-ribose, som følge av sirtuin aktivitet, fungerer som en andre messenger.
Reaksjoner som ikke er relatert til protein posttranslasjonell modifikasjon, men kan betraktes som varianter AV ADP-ribosylering, genererer forbindelser med viktig fysiologisk virkning: syklisk ADP-ribose og nikotinsyre-ADP-ribosefosfat (NAADP) (se s. 669).