4.7 Fehérje Összecsukható, illetve a hozzá Kapcsolódó Betegségek

szintetizált Fehérjék a riboszómákat, mint születő poli-peptid a lumen a leggyakoribb retikulum (ER). A másodlagos és tercier struktúrákat meghatározó fehérjék aminosav-szekvenciáját az mRNS nukleotidszekvenciája határozza meg. Az mRNS-szekvenciákat viszont DNS-szekvenciák határozzák meg (23-25232425 fejezet). Mint korábban említettük, a klasszikus kísérletek Pauling and Anfinsen vezetett a fogalmak, hogy bizonyos kulcsfontosságú aminosavak a megfelelő pozíciókban elengedhetetlen a hajtogatás a fehérjék egy háromdimenziós, funkcionális, egyedi konformáció. Elképesztő, hogy több százmillió konformációs lehetőség közül csak egyetlen konformációs forma társul egy funkcionális fehérjéhez. A közbenső polipeptidek teljesen hajtogatott szerkezetekre történő hajtogatásának és célzásának folyamatát bizonyos esetekben molekuláris chaperonoknak (más néven chaperoninoknak) nevezett fehérjék segítik (4-13.ábra).

4-13. A fehérje hajtogatásának útja. A normál hajtogatás chaperonok és egyéb tényezők segítségével történik. A polipeptidek félrevezetése a nem megfelelő celluláris helyekre való célzáshoz, vagy a minőség-ellenőrzési folyamat részeként történő lebomláshoz vagy aggregációhoz vezethet. Az aggregált termék gyakran ellenáll a proteolízisnek, aggregátumokat, például amiloid plakkokat képez.

a chaperonok reverzibilisen kötődnek a kibontott polipeptidszegmensekhez, és megakadályozzák azok téves és idő előtti aggregációját. Ez a folyamat magában foglalja az ATP hidrolízisével járó energiaköltségeket. A kúpok egyik fő osztálya a hő-sokk fehérjék (hsp), amelyeket mind a prokarióta, mind az eukarióta sejtekben szintetizálnak hő sokk vagy más stressz hatására (pl. szabadgyök expozíció). A sejt különböző szerveiben számos hő-sokk-Chaperon osztály létezik (HSP-60, HSP-70, HSP-90). A HSP-70 chaperonok két domént tartalmaznak: egy ATPáz domént és egy peptidkötő domént. Stabilizálják a születő polipeptideket, valamint képesek a polipeptidek denaturált formáinak újrakonfigurálására. A HSP-70-es chaperonok családja nagyfokú szekvencia homológiát mutat a különböző fajok között (például az E. coli és a humán HSP-70 fehérjék 50% – os szekvencia homológiát mutatnak).

egy másik Chaperon, a kalnexin egy 90 kDa Ca2 + kötő fehérje, amely az ER szerves membránfoszfoproteinje. A kalnexin figyeli az újonnan szintetizált glikoproteinek exportját azáltal, hogy a glikoziláción átesett nem bekötött glikoproteinekkel komplexálódik (16.fejezet). Ha egy fehérjét nem lehet a megfelelő konformációba hajtani, a chaperonok segítik a pusztulást. A hajtogatás folyamatát az ionos környezet, a kofaktorok és az enzimek is segítik. Például a hajtogatást befolyásolja a fehérje-diszulfid-izomeráz, amely katalizálja a megfelelő diszulfid-kapcsolatok kialakulását, valamint peptidil-prolil-izomerázok, amelyek katalizálják a specifikus aminosav-prolin peptidkötések cisz-transz-izomerizációját.

a demencia szindrómát, amelyet a memória, a megismerés, a viselkedési stabilitás és a független funkció alattomos progresszív csökkenése jellemez, Alois Alzheimer írta le, és Alzheimer-kór (ad) néven ismert. Az életkor fontos kockázati tényező az AD szempontjából; a 65 évesnél idősebb személyek 10% – át, a 85 év felettiek mintegy 40% – át érinti. A jellegzetes neuropatológiai változások közé tartozik az extracelluláris neuritikus plakkok és intraneuronális gubancok kialakulása, amelyek a hippocampus és a neocortex neuronális elvesztésével járnak (4-14.ábra).

4-14.ábra. Az agykéreg egy Alzheimer-kórban szenvedő betegtől származó szakasza, amely neurofibrilláris kusza (a) és neuritikus plakkot (B) tartalmaz. A szakaszt Bielsehowsky foltjával dolgozták fel. (John M. Hardman jóvoltából.)

az extracelluláris plakkok fő alkotórésze az amiloid β-fehérje (aß), amely 8 nm-es szálakból áll össze. Az Aß 40 vagy 42 aminosavmaradékból álló peptid, és proteolitikusan egy β-amiloid prekurzor protein (β APP) néven ismert transzmembrán glikoproteinből származik. A βapp-t aß-ra hasító enzimek secretases néven ismertek. a ßAPP széles körben kifejeződik, különösen az agyban, génje pedig a 21Q kromoszómára lokalizálódott.két fő megfigyelés segített megérteni az aß peptidek szerepét az Alzheimer-kór patológiájában. Az első az, hogy a Down-szindrómás betegek triszómiája 21 (azaz, három kromoszóma 21-es helyett kettő), mutatnak Aß betétek, és dolgozzon ki klasszikus jellemzői az Alzheimer-kór évesen 40 éves vagy korábbi. Másodszor, a ßAPP-ban számos missense mutációt azonosítottak autoszomális domináns Alzheimer-kór esetén. Ezek a domináns mutációk a ßAPP-ban hátrányosan befolyásolják a secretases hatását, vagy az Aß kiválasztás abszolút sebességének (N-terminális mutációk) növelésével, vagy az aß42-aß40 Arány (C-terminális mutációk) növelésével.

Az Alzheimer-kór örökletes rendellenességei az esetek kevesebb mint 1% – át teszik ki. Az aß peptidek aggregálódnak, hogy β-struktúrákat képezzenek, amelyek fibrilekhez vezetnek. Az Aß42 peptidek neurotoxikusabbak, és számos egymással összefüggő mechanizmus toxikus hatást fejtenek ki. Ezek magukban foglalhatják az oxidatív sérülést, az intracelluláris Ca2+ homeosztázis változását, a citokozat átszervezését és a citokinek hatását.

az intraneuronális gubancok hosszú párosított spirális szálak kötegei, amelyek a mikrotubulushoz kapcsolódó tau fehérjéből állnak. A tau fehérje normális funkciója a neuronok mikrotubulusainak stabilizálása a tubulin polimerizációjának fokozásával. Általában a tau fehérje oldható; ha azonban túlságosan foszforilált, oldhatatlan fonalas polimerré válik. A foszforilációs / foszforilációs események diszregulációját bizonyos kinázok fokozott aktivitásának és bizonyos foszfatázok csökkent aktivitásának tulajdonították. Míg a plakkok patognomonikusak az AD számára, a gubancok etiológiailag különböző neurológiai betegségekben találhatók. A tau fehérje fibrilláris polimerekké történő rendellenes hiperfoszforilációjának és aberráns aggregációjának rendellenességei taupathies néven ismertek. Példák a taupathies-re az AD mellett a progresszív szupranukleáris bénulás, a Pick-betegség, a corticobasal degeneráció ésfrontotemporális dementiák.

a ßAPP mellett két másik gén is szerepet játszott az Alzheimer-kór autoszomális domináns formáinak korai kialakulásában. A másik két kiváltó gének találhatók a kromoszómák 14 1 kód transzmembrán proteinspresenilin 1 (amely 467 aminósav), valamint presenilin 2 (álló 448 aminósav). Ezeket a fehérjéket neuronokban szintetizálják, de funkcióik nem ismertek. A presenilin gének mutációi azonban az Aß42 peptidek túlzott termeléséhez vezetnek.

Szórványos formái, Alzheimer-kór, a felelős 90% – a minden esetben komplex betegségek képviselheti a közös fellépésre, mind környezeti tényezők, valamint a genetikai tulajdonságok nyilvánvaló, hogy hosszú idő ível. Az apolipoprotein E (apo E) polimorf gén különböző formáit, amelyek a 19.kromoszómán vannak, nagyobb gyakorisággal fordultak elő Alzheimer-kórban szenvedő személyeknél. Az apo e gén három allélja hat kombinációval rendelkezik: ε2 / ε2, ε3 / ε3, ε4/ε4, ε2/ε3, ε2/ε4 és ε3/ε4. Az Apo E egy lipidhordozó fehérje, amelyet elsősorban a májban szintetizálnak, de asztrocitákban és neuronokban is szintetizálódik. Az apo e fehérjék működését a lipoprotein metabolizmusában és a korai érelmeszesedéshez való viszonyukat a 20. fejezet tárgyalja.

az apo E több genotípusa közül két apo e ε4 allél megszerzése akár nyolcszorosára növelheti az Alzheimer-kór kockázatát. Az apo e gén minden egyes példánya növeli a kockázatot, és alacsonyabb életkorra változtatja a megjelenését. Nem tisztázott az a biokémiai mechanizmus, amellyel az Apo e ε4 fehérje részt vesz a gubancok és plakkok kialakulásában. Számos mechanizmust javasoltak, nevezetesen a tau fehérjével és a generációval való kölcsönhatást, valamint az Aß peptidek clearance-ét.

Gyógyszeres kezelés az Alzheimer-kór áll kijavítása a kolinerg hiány beadásával acetilkolineszteráz-gátlók (pl., tacrine, donepezil). Az Alzheimer-kórban szenvedő nők ösztrogénterápiája a jobb kognitív teljesítményhez kapcsolódik. Az ösztrogén jótékony hatása kolinerg és neurotróf hatás következménye lehet. Más terápiás stratégiák a neurotoxikus peptidek képződésének gátlására vagy csökkentésére irányulnak. Ezenkívül azok a gyógyszerek, amelyek szelektíven emésztik az aggregált peptideket, hasznosnak bizonyulhatnak. A plakktermelő egereknek adott AP peptidet tartalmazó kísérleti vakcina fiatalabb egerekben kevesebb plakkképződést, idősebb egerekben pedig plakkok eltűnését eredményezi. Az egerek plakkképződésének megváltozása az emlékezet és a tanulási képesség megőrzésével járt. A vakcinázás nem váltott ki autoimmun választ vagy toxikus reakciót a kísérleti állatokban. Így ezek a vizsgálatok lendületet adtak az emberi vakcina kifejlesztéséhez.

Az Alzheimer-kórban szenvedő beteg értékelése során elengedhetetlen, hogy a demencia egyéb kezelhető okait a kritikus biokémiai és klinikai paraméterek meghatározásával kizárjuk. Néhány kezelhető, viszonylag gyakori rendellenesség, amely demenciát okoz, magában foglalja a kábítószerrel való visszaélést, az elektrolit egyensúlyhiányát, a pajzsmirigy rendellenességeit és a B12-vitamin hiányát; kevésbé gyakori rendellenességek a tumor, a stroke és a Wernicke encephalopathia.

a transztiretin amiloidózis (más néven familiáris amiloid polyneuropathia) egy autoszomális domináns szindróma, amelyet perifériás neuropathia jellemez. Ez a betegség a transztiretin génben eddig azonosított öt mutáció egyikéből származik. A transztiretint prealbuminnak is nevezik (bár nincs szerkezeti kapcsolata az albuminnal), mert az albumin előtt 8,6 pH-nál standard elektroforézissel vándorol. A transztiretint a májban szintetizálják, egy normál plazmafehérje, amelynek koncentrációja 20-40 mg / dL. Tiroxint és retinolkötő fehérjét szállít (38. árucsoport). A transztiretin koncentrációja jelentősen csökkent az alultápláltságban, a plazmaszint pedig az alultápláltság rendellenességeinek diagnosztikája (17.fejezet).

a transztiretin génje a 18. kromoszómán található, és konstitutív módon expresszálódik. Az elsődleges szerkezete transthyretin áll 127 aminósav nyolc β-lemez struktúrákban rendezett egy antiparallel felépítésű a párhuzamos síkok (Ábra 4-15).

4-15. A transztiretin szerkezete. A molekula nyolc párhuzamos síkban elrendezett antiparallel β-szálat (a-H) tartalmaz. A transztiretin keringő formája tetramer. A transztiretin gén néhány mutációja amiloidózissal társul, és a betegséget okozó aminosav-változások közül nyolcat jeleznek. A plazmában a transztiretin egy tetramer, amely azonos monomerekből áll. Úgy tűnik, hogy a mutációk miatt a transztiretin monomerikus kibontott köztiterméke oldhatatlan β-amiloid fibrillá alakul.

a TSE öröklött, fertőző és szórványos előadások. Ezenkívül az öröklött betegség fertőző is lehet. A CJD mind öröklött autoszomális domináns rendellenességként, mind átvihető formában fordul elő. A” protein only ” hipotézisben az abnormális prionfehérje, amelyet vagy külső forrásokból vezetnek be, vagy a mutált prionfehérje gén termel, befolyásolja a normál fehérje hajtogatását, és eltolja a prionfehérjét az abnormális prionfehérje kialakulása felé. A normál prionfehérje, amelynek funkciója ismeretlen, aberráns formává történő átalakulása konformációs változást jelent, nem pedig kovalens módosítást. Az abnormális prionfehérje magként működik, amely a normál sejtprionfehérjét a kóros amiloidogén gazdag, β-szerkezetű fehérjék felé indukálja, amelyek szaporíthatók és továbbíthatók más sejtekbe. A prionfehérjét alkotó amiloid aggregált formája ellenáll a proteolízisnek.

a természetben előforduló proteázérzékeny prionfehérje proteáz-ellenállóvá történő átalakulása in vitro történik a két fehérje összekeverésével. Ezek a proteáz-rezisztens prionfehérjék azonban nem fertőzőek. Így a prionfertőzés “csak fehérje” hipotézisében az abherrant konformáció megszerzése nem elegendő a fertőzőképesség terjedéséhez. Az élesztő (Saccharomyces cerevisiae) rendszerben azonban a liposzómafúzióval bevezetett élesztőfehérje abnormális prion formája képes a normál fehérjék önszaporító konformációs változására, amely aggregátumként halmozódik fel. Az aggregátumok átvihetők a lány élesztősejtekre, valamint az abnormális fenotípus terjedése.

a közelmúltban komoly közegészségügyi probléma merült fel azzal, hogy kimutatták, hogy a szarvasmarhák prionbetegsége átlépheti a fajhatárokat, és megfertőzheti az embereket. Ez akkor történt,amikor a szarvasmarhákat surlókórral fertőzött juhokból készítették. A szarvasmarhák BSE-t fejlesztettek ki (általában “kergemarha-betegségnek”nevezik). Ezt követően, amikor az emberek prion-szennyezett marhahúst fogyasztottak, egy kis szám, elsősorban Nagy-Britanniában, körülbelül öt évvel később kifejlesztette a CJD (vCJD) változatát. A CJD variáns formája a prionbetegség egyedülálló formája, amely sokkal fiatalabb populációban fordul elő, mint az örökölt vagy szórványos CJD-től várható. Mind a BSE, mind a vCJD számos hasonló kórtani jellemzővel rendelkezik, ami arra utal, hogy etiológiai kapcsolat van a humán vCJD és a szarvasmarha BSE között.

a p53 tumorszuppresszor protein újabb példát mutat a fehérje félrevezetésére, amely kóros hatásokhoz vezethet, ebben az esetben a rákok (p a fehérje, 53 pedig a hozzávetőleges molekulatömege 53 000). A p53 gén a 17-es kromoszóma (17 p) rövid karján található, és egy 393-as aminosav-foszfoprotein kódja. Sok rák esetében a p53 gén mutálódik, a normál p53 fehérje hiánya pedig az emberi rákok akár 40% – ának kialakulásához kapcsolódik.

a normál p53 tumorszuppresszorként működik, és olyan transzkripciós tényező, amely általában részt vesz a sejtnövekedés szabályozásához szükséges több gén szabályozásában, a DNS javításában és azapoptózisban (programozott sejthalál). A normál p53 egy tetramer, amely szekvencia-specifikus módon kötődik a DNS-hez. Az egyik p53-szabályozott gén P21 néven ismert fehérjét termel, amely a ciklin kinázokhoz való kötődéssel zavarja a sejtciklust. A p53 által szabályozott egyéb gének az MDM2 és a BAX. A korábbi génkódok egy olyan fehérje számára, amely gátolja a p53 hatását egy szabályozási visszacsatolási mechanizmus részeként. Úgy gondolják, hogy a bax gén által termelt fehérje szerepet játszik a p53 által indukált apoptózisban.

a p53 gének legtöbb mutációja szomatikus missense mutáció, amely aminosav-szubsztitúciókat foglal magában a DNS-kötő doménben. A p53 mutáns formái az abnormális konformációkkal és a DNS-hez való kötődés képtelenségével rendelkező, vagy kevésbé stabil fehérjék. A ritka betegség, a Li-Fraumeni-szindróma (autoszomális domináns tulajdonság) egy mutált p53 génnel és egy normál p53 génnel rendelkezik. Ezek az egyének fokozott érzékenységet mutatnak számos rákra, például leukémiára, emlőkarcinómákra, lágyszöveti szarkómákra, agydaganatokra és osteosarcomákra.

klinikai vizsgálatok folynak annak vizsgálatára, hogy a normál p53 gén bevezetése a tumorsejtekbe génterápiával (23. fejezet) jótékony hatással van-e a rák kezelésére. A p53 génterápiával végzett korai eredmények azt mutatják, hogy az apoptózis kiváltásával csökkentheti a daganatot.