Dr. Suat Erdoğan
Sunum planı Protein katlanması ve hatalı katlanma nedir? Şaperon proteinlerin rolü Ubiquitin- Proteozom sistemi Hatalı protein katlanması ile ilişkili hastalıklar
Protein katlanması Proteinler konformasyonal olarak dinamik moleküllerdir. Fonksiyonel şekillerini milisaniye gibi kısa sürede alırlar ve Genellikle yapıları bozulsa da eski şekillerini geri alabilirler (refold). Peki bu muhteşem işlemler nasıl gerçekleşir? http://www.youtube.com/watch? feature=player_detailpage&v=gfcp2xpd29i
Proteinlerin doğal şekilleri Biyolojik olarak uygun şartlarda proteinler en düşük enerjiyi tercih ederler. Protein katlanması doğasında rastgele değil, bir düzen içinde gerçekleşir. Proteinler ribozomlarda doğal polipeptid olarak sentezlenir ve ER lumeninde katlanır. Bu işlemin amacı proteinin 3D yapısını tam olarak katlanmasıdır. Moleküler şaperonlar proteinlerin katlanma sürecine yardım eden proteinlerdir. http://www.youtube.com/watch?v=yanaso8jxrk
Protein katlanma hunisi (serbest enerji hunisi) ü Katlanmamış proteinler üst kısımda yer alır. ü Protein daha kararlı yapısını kazanmak için enerji hunisinde aşağı doğru iner. ü Natif, katlanmış yapı dipte yer alır. Nature Structural Biol. 4, 10-19 (1997).
Şaperon proteinler Şaperonlar katlanmamış polipeptid zincirin hidrofobik bölgelerine geçici olarak bağlanır, onları çözücülere karşı perdeler. Kümeleşmeyi (aggregate) önleyerek proteinlerin uygun sekonder yapılarını kazanmalarına yardımcı olur. Hatalı katlanan proteinlerin ise yıkımlanmasına (degredation) yardımcı olur. Bu işlemler enerji gerektirir. Şaperonların en büyük sınıfı prokaryotik ve ökaryotik hücrelerde ısı şoku veya diğer stres karşısında üretilen ısı şok proteinleridir (heat shock proteins hsp60, hsp70, hsp90).
Şaperon proteinlerin iki farklı rolü
Protein katlanmasında kalite kontrolü ü Ribozomlarda sentezlenen ve doğru katlanan proteinler ER lumenine taşınır ve yalnızca uygun katlananlar (correctly folded) Golgiye taşınır ve buradan hücre dışı çevreye bırakılır. ü Hatalı katlanan proteinler (misfolded) kalite kontrol mekanizması tarafından tespit edilir ve diğer yola gönderilir (unfolded protein response). ü Sitoplazmada ubiquitinlenerek yıkımlanır. 2010 Nature Education
Ubiqui;n- proteozom sisteminin fonksiyonları Yeni sentezlenen proteinlerin kalite kontrolü, hücre döngüsü ve bölünme, DNA- tamiri, Büyüme ve farklılaşma, Membran reseptörleri ve iyon kanallarının regülasyonu. Ubiquitin- proteozom sistemindeki hatalar önemli patolojik sonuçlara yol açabilir (örn. bazı nörodejeneratif hastalıklar).
Küçük protein: Ubiqui&n (Ub) Tüm ökaryotik hücrelerde bulunur, 76 amino asitten oluşur (Mw: 8.5 kda). Büyük hedef proteinlerine (substrat) bağlanarak fonksiyonu yerine getirir. Ubiqitinasyon, enzimatik post- translasyonal modifikasyon olup ubiquitinin substrat proteinine bağlanması ile gerçekleşir. Ubiquitinin son amino asiti (76. glisin) hedef proteinin lizin ine bağlanır. Reaksiyonda 3 enzim rol alır, hedef proteine ubiquitin bağlanarak yıkımlanır (degredasyon).
Özetle,
Proteinlerin ER de hatalı katlanması ne demek;r? ü Endoplazmik Retikulum (ER) da yıkımlanma sonucu protein fonksiyonunu kaybeder, ü ER kalite kontrolündeki kusurlar hatalı katlanmış proteinlerin burada birikimine ve kronik ER stresine yol açarak apoptoza neden olur, ü Bazı patojenler ER kalite kontrol sistemini sömürerek (ele geçirerek) enfeksiyonu güçlendirir (ör. HIV- 1) ü http://videocast.nih.gov/summary.asp? Live=12551&bhcp=1
Protein hatalı katlanma hastalıkları Protein hatalı katlanma hastalıkları iki gruba ayrılır: Proteinlerin hatalı katlanması ve ya hatalı katlanan proteinlerin yıkımlanması (degredasyonu) Hatalı katlanan proteinlerin birikimi. Prion Hastalığı Creutzfeldt Jakob disease BSE, bovine spongiform encephalopathy Alzheimer Hastalığı Amyotrofik lateral sklerozis (ALS) Gaucher s disease Parkinson Hastalığı Huntington's Hastalığı Sistik fibroz
Prion Hastalığı (TSE) Bulaşıcı süngerimsi ensefalopatiler (Transmissible Spongiform Encephalopathies (TSE) veya prion hastalıkları ölümcül nörodejeneratif hastalıklardır. Sinir hücrelerinde çözünmeyen proteinlerin çökmesi ile karakterize süngerimsi değişiklikler (insoluble protein aggregates), astrositik gliomalar ve nöron kayıplarına neden olur. Bu hastalık grubu, İnsanlarda Creutzfeldt Jakob disease Koyunlarda skrapi Sığırlarda deli dana hastalığı (mad cow disease) Genç hastaları tutan varyant Creutzfeldt- Jacob hastalığı (vcjd) erken psikiyatrik ve davranış bozukluklar ile seyreder.
PrP c PrP Sc Protease sensitive Protease resistance PrP c : normal prion protein: PrP SC : anormal prion protein
Kuru (insan) Kas zaafiyeti, koordinasyon kaybı, titreme, uygun olmayan ağlama veya gülme nöbetleri. Cenaze törenlerinde ritüel olarak yapılan kanibalizm (yamyamlık) vasıtasıyla bulaşır.
Alzheimer Hastalığı Amiloid hipotezi: Beyinde amiloid proteinlerin hatalı katlanması ve amiloid plakları şeklinde birikmesi(β- amiloid) sonucu gelişebilir. β- amiloid, daha büyük amiloid öncül proteinlerinin proteolitik enzimler ile kesilmesinden oluşur. Tau hipotezi: Tau proteinlerin aşırı fosforilasyonu sonucu nöronlarda nörofibriler yumak (tau tangles) oluşur. Karakteristik β- amiloid plaklar ve nörofibriler yumak nöronlarda yıkıma neden olur.
Alzheimer da amiloid lifler (fiber) Amiloid protein lifler β- tabaka yapıda bulunur ve hatalı katlanma ve kümeleşmeye katkı sağlar. Enzimler APP (amiloid öncül proteini=amyloid precursor protein) i beta-amiloid adı verilen küçük parçacıklara keser. Bunların bazıları Alzheimer plaklarına dönüşür.
Alzheimer da tau protein yumakları
Protein misfolding and aggrega;on is central to several neurodegenera;ve condi;ons including Alzheimer's, Parkinson's, amyotrophic lateral sclerosis, and prion diseases.
Talasemi Genetik olarak gelişen kalıtsal bir hastalıktır. Farklı mekanizmalar hemoglobin sentezinde bozukluklara neden olur. β- talasemide, β globin üretimindeki yetersizik serbest α globin birikimine neden olur. Bu da hücre içinde birikir. Şaperonlar hemoglobin sentezinde yüksek düzeyde hemoglobin sentezi ve gereksiz proteinlerin yıkımlanmasından sorumludur. Hemoglobin sentezinde özel bir şaperon (α - hemoglobin- stabilizing protein, AHSP) serbest hemoglobin molekülüne bağlanarak α- Hb alt ünitenin hazır hemoglobin multimerine bağlanmasını sağlar. Bu şaperonun eksikliğinde serbest α- hemoglobin alt üniteleri kümeleşir (aggregate) ve oluşan çökelti gelişmekte olan hemoglobinlere toksik etki yapar.
Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) Amyotrofik lateral skleroz ALS hastalığı "Lou Gehrig's Disease" ilerleyici nörodejeneratif bir hastalıkır. Beyin ve spinal kord sinirleri etkiler. Motor nöronların dejenerasyonu ve ölümü, beynin kasları hareket ettirme özelliğini ortadan kaldırır. Süperoksit dismutaz 1 (SOD1) enzim proteini şeklindeki değişim (mutasyon) ALS hastalığının gelişim sebebi olabilir. Oksidatif stres, protein kümeleşmesi, mitokondri stresi, aksonal transportta bozulma ve glutamat toksisitesi gelişir.
ALS
Gaucher s disease En yaygın lizozomal depo hastalığıdır Bu hastalıkta lizozomda bulunan ve lipid glikozilseramid metabolizmasına katılan β- glukozidaz enzimindeki bir mutasyon sonucu gelişir. Bu enzimdeki kusur substratın özellikle akyuvarlarda intraselüler olarak birikimine neden olur. Semptomlar: kemik lezyonları, karaciğer ve dalakta büyümedir.
Parkinson hastalığı Lewy cisimciği adı verilen ve presinaptik α- synuclein proteinlerinin hatalı katlanması ile oluşan yumakları bir hücreden diğerine taşınabilir.
Hun;ngton Hastalığı Kalıtsal gelişen bir hastalıktır. Bir çok hücre fonksiyonunda kullanılan Huntington proteini hatalı katlanarak hücrede birikir. Kas koordinasyonunu etkiler, idrak yeteneği (kognitif) azalır ve davranışsal semptomlar gelişir.
Sis;k fibroz (CF) Sistik fibroz CFTR yi kodlayan gendeki bir mutasyon sonucu gelişir. Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) geni klor iyon kanallarını oluşturan proteinleri kodlar. Mutasyon sonucu bu protein hücre yüzeyine ulaşamaz.