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Warum werden Zucker wie Mannose auf der Außenseite der eukaryontischen Zellmembranen exprimiert?

Warum werden Zucker wie Mannose auf der Außenseite der eukaryontischen Zellmembranen exprimiert?



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Bakterien sind in der Lage, sich an Zucker (z. B. Mannose) auf der Außenseite eukaryontischer Zellen anzuheften, was zu Infektionen und Krankheiten führt. Warum haben sich Eukaryoten nicht so entwickelt, dass sie auf Zucker auf ihrer Zelloberfläche verzichten? Ich gehe davon aus, dass dieser Zucker einen positiven Aspekt haben muss. Was ist es?


Der „positive Aspekt“ oder Gründe warum die Oberflächen der eukaryotischen Zellen enthalten die Zucker sind verschieden. Die wichtigsten scheinen die Zelladhäsion und die Zell-Zell-Interaktion zu sein.

Tatsächlich kann die Variation der Zucker in bestimmten Zelloberflächenantigenen (Blutgruppenantigene und Histokompatibilitätsantigene) die in der Frage erwähnte Art der evolutionären Reaktion auf Infektionserreger darstellen Gruppenantigene wird als Reaktion auf den Malariaparasiten angesehen – überprüft von Cooling.


Ich würde es von der anderen Seite betrachten. Diese Strukturen haben bestimmte Zwecke, wie Stabilitäts- oder Signalisierungszwecke. Aufgrund ihrer kurzen Verdopplungszeit im Vergleich zu den meisten Zellen komplexerer Organismen können sich Bakterien schnell an veränderte Bedingungen anpassen und passen sich somit an ihre Umgebung an. (Man denke nur an Resistenzmechanismen gegen Antibiotika: Plasmide zum Beispiel mit der Information für β-Lactamase werden auch zwischen verschiedenen Bakterienarten ausgetauscht) Es würde daher wenig Sinn machen, wenn die langsameren Zellen ihre Nutzstrukturen anpassen, um dies zu vermeiden Bakterien, die sich viel schneller verändern.


Mol zu Zellen Past Paper 2018

Nuclear Targeting Signalsequenzen:
Ø Kernlokalisationssignal (NLS)
à Kann überall im Protein lokalisiert werden, nicht nur am Endterminus.
àTarget Proteine ​​auf den Zellkern
à Hohe Nr. von +ve geladenen, basischen Aminosäuren -> zB, Arg/Lys
à kurze Sequenz <12 Aminosäuren
à Ort irgendwo in Protein
à Nach Ausrichtung nicht entfernt
à Typisch NLS
>> ProLysLysLysArgLysVal

Ø Die SDS-Seite kann nicht zur Analyse verwendet werden, da End-Terminus nicht gespalten ist, also Proteine ​​alle die gleiche Größe haben.
>> Bildgebungsbasierten Ansatz verwenden -> Referenzmikroskopie
àNukleoproteinprotein mit Farbstoff / Antikörper markieren
>> Enthält NLS-Seq.
à Protein synthetisieren, das kein NLS enthält

ü Nukleoplasmin wird nicht in den Zellkern transportiert, wenn NLS-Seq. ENTFERNT
>> Veranschaulicht NLS, das für den Nuklearimport erforderlich ist
ü Zytosolisches Protein wird nur in den Kern transportiert, wenn NLS seq. gegenwärtig
>> Veranschaulicht NLS, das für den Nuklearimport ausreichend ist

· Einzelne Proteine ​​enthalten eine Signalsequenz, die den Ort ihres endgültigen Bestimmungsortes bestimmt.
à Jedes Signal ist spezifisch für das Ziel des Proteins, auf das sie abzielen.
>> Proteine, die keine Signalsequenz enthalten, werden nicht angesprochen
an einen bestimmten Ort und verbleiben somit im Zytosol, das wirkt
als Standardspeicherort.

à SDS PAGE -> trennt Proteine ​​nach Größe -> Elektrophorese
à Radioaktive Markierung erkennt Proteinprodukte
à Proben mit SDS-Reinigungsmittel in die Vertiefung gegeben
>> Gibt Proteinen eine negative Ladung und hilft bei der Entfaltung des Proteins.
ü Proteine ​​ohne ER mem -> Enthalten Signalsequenz
>> Größeres Protein -> Befindet sich höher auf Agarosegel
ü Proteine ​​mit ER mem -> Keine Signalsequenz
>> Kleineres Protein -> Befindet sich weiter unten Agarosegel
>> Reduzierte Proteingröße bestätigt Signalspaltung im ER

-> Targeting-Signalseq. Proteine ​​haben N-terminale Signalseq. Aber was ist, wenn Protein nicht zielgerichtet ist?
-> Proteine ​​synthetisiert von ER & Ribosomen
-> Gezielte Signale modifiziert mit Mannose-6-Phosphaten von Golgi, die nach Ribosomen sortiert werden
-> Alle synthetisierten Proteine ​​werden vom Genom als solche kodiert, die nicht übersetzt und daher synthetisiert werden. >, es sei denn, es ist mutiert, für das dann möglicherweise nicht codiert wurde.


· Protein-Targeting-Ziele:
Ø Kein Signal -> Cytosol
Ø Hydrophob -> ER -> Golgi
Ø +ve geladen -> Nukleus
Ø SKL -> Peroxisom
Ø S, T, klein hydrophob -> Chloroplast
Ø Amphhelix -> Mitochondrien

· Transport von Proteinen:
Ø Signalfolgen:
- Gruppen bestimmter Arten von Aminosäuren
ü Elektrisch geladen (+ve)
ü Hydrophob
ü Spezifisch
- für den Proteintransport erforderlich -> spezifische Orte.
- Zielen Sie auf neu synthetisierte Proteine ​​ab
- Arten von Signalsequenzproteinen:
ü ER
ü Nuklear
ü Mitochondrium
ü Chloroplast
ü Peroxisom

Signalsequenzen, die auf Chloroplasten abzielen:
Ø N-Klemme
Ø Hohe Nr. -> Ser, Thr & hydrophobe Aminosäuren
Ø Transport von Proteinen à Cytosol -> Stroma
>> Inneres von Chloroplasten
Ø Gespalten nach Import in Stroma
>> Degradiert

· Einzelne Proteine ​​enthalten eine Signalsequenz, die den Ort ihres endgültigen Bestimmungsortes bestimmt.
à Jedes Signal ist spezifisch für das Ziel des Proteins, auf das sie abzielen.
>> Proteine, die keine Signalsequenz enthalten, werden nicht gezielt
an einen bestimmten Ort und verbleiben somit im Zytosol, das wirkt
als Standardspeicherort.

Ø Endoplasmatisches Retikulum:
- Synthesis à Secretory & mem. Proteine
Ø Zytosol:
- Alles innerhalb der Plasmamembran, aber außerhalb des Kerns
- Größter Bestandteil der Zelle
- Ort der zellulären Prozesse:
à Proteinsynthese & Abbau
à Zwischenstoffwechsel
- Enthält Zytoskelett

· Sortierenzyme -> Lysosomen:
Ø Synthese -> Lysosomale Enzyme am ER
>> Transportiert -> sekretorischer Weg zu golgi
Ø Lysosomale Enzyme modifiziert -> Mannose-6-Phosphat (M-6-P)
>> Sortiert & verpackt -> Mannose-6-Phosphate-Rezeptor - (trans-golgi
Netzwerk) in Transportvesikel
Ø Transportierte -> Lysosomen.

· Der Golgi-Apparat:
- In der Nähe des Kerns gelegen
- Komponiert -> Zisternen
>> Stapel von membranumschlossenen Beuteln
- Netzwerke:
Ø Cis Golgi-Netzwerk:
à Ermöglicht den Eintritt -> Transportvesikel
>> trägt Proteine ​​von ER
Ø Transgolgi-Netzwerk:
à Ermöglicht Ausfahrt -> Transportfahrzeuge
>> Proteine ​​weitertragen
- Arten des Proteintransports:
Ø Bläschentransport
à Golgi Zisternen -> Statische Fächer
>> Enthalten spezifische Enzyme
à Transport -> Kleine Fracht
>> Transporttauglich -> kleine Transportfahrzeuge

· ER-Protein-Fehlfaltungserkrankungen:
Ø Neu synthetisierte Proteine ​​zum Falten erforderlich -> Korrekte 3D-Konformation
>> Proteinfaltung jedoch -> Fehleranfällig
Ø Mutationen
- Aminosäuresequenz ändern.
- Korrektes Falten verhindern
>> Fehlfaltung von Protein.
Ø Falsch gefaltete Proteine:
- Potenziell schädlich
>> Mangel an funktionellem Protein -> Krankheit
- Qualität kontrolliert
§ Chaperonproteine ​​binden -> fehlgefaltetes Protein
§ Verhindern, dass fehlgefaltete Proteine ​​das ER . verlassen

· ER-assoziierter Abbau -> ERAD
1. Anerkennung:
§ Fehlgefaltete Proteine ​​erkannt –> beibehalten.
>> Bindung von Chaperonproteinen
ü Längere Interaktion
>> Chaperone setzen kein falsch gefaltetes Protein frei
ü Vorübergehende Interaktion
>> Korrekte Rückfaltung von Protein stimuliert Chaperone zu
Protein freisetzen
2. Ubiquiinierung:
ü Zugabe von Uniquitin-Protein -> fehlgefaltete Proteine
>> Polyubiquitin-Kette
3. Retrotranslokation:
ü Transport -> fehlgefaltete Proteine ​​zurück -> Zytosol
ü Angetrieben von p97 ATPase
4. Abbau:
ü Polyubiquitinkette erkannt -> Proteasom
ü Falsch gefaltetes Protein abgebaut -> großes Proteasom

· Der Abbau von fehlgefalteten Proteinen im ER verursacht viele Funktionsverlustkrankheiten.

· Fehlgeschlagenes Targeting -> Proteine:
Ø Falsche Lokalisierung -> Cytosol
Ø Abbau -> Proteolyse
- Kurzlebige & falsch gefaltete Proteine
>> Angehängtes Unbiquitin-Protein -> Polyubiquitin-Kette
- Polyubiquitinkette erkannt -> Proteasom
- Abgebaut durch großen Proteasekomplex

Hemmung -> ER-Translokation durch bakterielles Toxin:
- Tropische Krankheit
- Infektion -> Haut
>> Mycobacterium ulcerans
- Mycobacterium ulcerans
§ Produziert Mykolacton-Toxin
>> Verursacht Geschwüre
- Hemmung -> Proteintranslokation
§ Mycolacton bindet -> Sec61 Translocator
ü Hemmt die Produktion -> Immunproteine
Z.B. Zytokine und Mem-Rezeptoren
ü Verhindert eine wirksame Abwehr -> Infektion
ü Verursacht Zelltod

- Zytosolisches SRP:
Ø RNA-Komplex & 6 Proteine
Ø Funktionen:
ü Bindet -> Signalseq. von Protein, wie es aus Ribosomen entsteht
ü Bindet -> SRP-Rezeptor --> ER-Membran.
à Verlangsamt die Übersetzungsrate
>> bietet Zeit für Ribosomen-Polypeptid -> ER-Speicher erreichen
& initiieren Sie die Translokation.
ü SRP & SRP-Rezeptor -> Molekulare Vermittler
à Transport aktivieren
>> Ribosomen, die Proteine ​​synthetisieren -> ER-Signale
Zum Protein-Translokator-Kanal -> ER-Membran.
à GTPasen binden -> ER-Targeting regulieren.
ü SRP freigesetzt -> Ribosomenrezeptor
>> Ermöglicht die Bindung von Ribosomen & translocato
- Protein-Translokator -> Sec61-Kanal
Ø Proteinkomplex
à Bildet Kanal in ER-Membran
>> Ermöglicht die Translokation der Proteinkette über das ER-Mem.

Ø Prozess:
1. Translokation sekretorischer Proteine ​​-> ER-Lumen
ü Signalseq. bindet -> Sec61-Translokator
>> Kanal wird geöffnet
ü Rest -> Polypeptidkette durch den Kanal als Schleife gefädelt
>> Kontinuierliche Übersetzung erfolgt
ü Signalseq. gespalten -> Signalpeptidase
>> Protein freigesetzt -> ER-Lumen
ü Protein-Translokator dissoziiert -> Signalsequenz
>> Protein-Translokator bleibt in Membran eingebettet
>> Signalseq. erniedrigt

2. Integration von Membranproteinen -> ER-Membran
ü Signalseq. bindet -> Sec61-Translokator
>> Kanal wird geöffnet
ü Rest -> Polypeptidkette durch den Kanal als Schleife gefädelt
>> Kontinuierliche Übersetzung erfolgt
ü Stop-Transfer-Sequenz der Polypeptidkette verhindert eine weitere Translokation.
à Fungiert als Transmembrandomäne
>> Verankert Protein in der Phospholipid-Doppelschicht. -> Behoben
Orientierung
ü Signalseq. gespalten -> Signalpeptidase
>> Ende der Polypeptidkette freigesetzt
> Frei bewegliches Kettenende -> ER-Lumen
> Noch durch Stop-Transfer-Seq an Mem gebunden -> Behoben
Orientierung
ü Protein-Translokator dissoziiert
>> Reste in Membran eingebettet
à Signalsequenz & Stop-Transfer-Sequenz
>> Stop transfer seq -> eingebettet in mem.
>> Signalseq. erniedrigt

Ø Chylomikronen-Retentionskrankheit (CRD):
o Akkumulation von Prä-Chylomikronen -> ER
>> Transport verhindern -> Golgi
o Kein Beispiel für eine ER-Faltungskrankheit
>> Apoproteine, die den Zusammenbau von Prä-Chylomikronen initiieren -> Richtig
Gefaltet
>> Richtige Montage -> Chylomikronen.
o Ursache:
§ Sar1b-Mutation
>> falsche Montage -> COPII-Beschichtung
> Verantwortlich -> Frachtexport
§ Fängt neu synthetisierte preCMs im ER . ein
o Ergebnisse:
§ Akkumulation von PreCMs -> ER
§ Bildung -> Lipidtröpfchen im Zytoplasma von epithelialen Darmzellen.
û Ineffiziente Absorption -> Fett, Cholesterin und fettlösliche Vitamine.
>> Dekr. Wachstumsrate & Gewichtszunahme
>> Effekte GI & Nervensystem.
o Behandlung:
ü Fettarme Ernährung
>> Minimiert die Akkumulation -> intrazelluläre Prä-Chylomikronen.

· Bildung von COPII-Vesikeln:
Ø Sar1-Gene beteiligt -> COPII-Vesikelbildung
>> Zwei verschiedene Isoformen
§ Sar1a
>> vermittelt den vesikulären Transport -> die meiste Fracht
§ Sar1b
>> Transportiert nur spezifische Fracht
Z.B. Prechylomikronen -> erfordern große Transportvesikel.

ü 90% identische Aminosäureseq.
ü Kodiert -> verschiedene Gene
-> Verschiedene Chromosomen

Ø Prozess:
o Sar1-GAP löst GTP-Hydrolyse aus
>> Konvertiert sar1-GTP -> Sar1-BIP
> Inaktives sar1p -> Cytosol
o Sar1-GEF auf ER-Membran fördert die Aufnahme von GTP
>> Konvertiert Sar1-BIP -> Sar1-GTP
> Aktive sar1-p -> ER-Membran
o Sar1-GTP initiiert die Assemblierung -> COPII-Beschichtung auf der ER-Membran
o COPII-beschichtete Vesikel transportieren Fracht -> Golgi

Ø Mutationen der Sar1-Gene:
>> Mutationen in Sar1b verursachen Chylomicron Retention Disease (CRD)
§ 20 CRD-gebundene Mutationen
§ Normale Funktion von Sar1b
à Fördert den Export von ER-Prechylomikronen -> golgi
§ Mutation:
û Verhindert die Sar1p-Synthese
û Defekte GTP-Bindungsstelle -> Sar1b
>> Verhindert den Export von Prechylomikronen aus dem ER -> Golgi
> Akkumulation von preCMs -> ER
o Beeinflusst nur den Export von Prechylomikronen
ü Sar1a bleibt funktionsfähig
>> Vermittelt den vesikulären Transport der meisten Fracht.
ü Sar1b inaktiviert/nicht funktionsfähig
>> Transportiert nur spezifische Fracht
Z.B. Prechylomikronen -> erfordern große Transportvesikel.

· Chylomikron-Biosynthese:
Ø Tritt auf -> ER & Golgi
Ø Prozess:
1. Zusammenbau -> Triglyceride und große Proteine ​​in ER
>> Bildet Prä-Chylomikronen
2. Prä-Chylomikronen verpackt -> Transportvesikel (PCTV)
>> Transportiert -> Golgi
3. Reife -> Chylomikronen in golgi
4. Freigesetzte Chylomikronen -> Exozytose
>> Kapillaren eingeben

· Fehlerhaftes ER-Targeting:
Ø ER-Targeting-Seq:
- 8 oder mehr hydrophobe Aminosäureköpfe
- N-terminal
- Manchmal gespalten
- Anerkannt -> SRP
§ Gezielte -> ER-Membran
§ Ursache öffnen -> Sec61 Translocator
>> Translokation einleiten.
Ø Mutation:
- Punktmutation
§ Arg (R) -> Cys (C)
- Innerhalb des Targeting-Signals seq -> Insulin
- Falsche Interaktion -> Sec61
>> Unzureichende Translokation -> ER
- Falsche Lokalisierung -> Cytosol
§ Bildet giftige Aggregate
>> b-Zelltod.

· ER-Protein-Fehlfaltungserkrankungen:
Ø Neu synthetisierte Proteine ​​für die Faltung erforderlich -> Korrekte 3D-Konformation
>> Proteinfaltung jedoch -> Fehleranfällig
Ø Mutationen
- Aminosäuresequenz ändern.
- Korrektes Falten verhindern
>> Fehlfaltung von Protein.
Ø Falsch gefaltete Proteine:
- Potenziell schädlich
>> Mangel an funktionellem Protein -> Krankheit
- Qualität kontrolliert
§ Chaperonproteine ​​binden -> fehlgefaltetes Protein
§ Verhindern, dass fehlgefaltete Proteine ​​das ER . verlassen

· ER-assoziierter Abbau -> ERAD
1. Anerkennung:
§ Fehlgefaltete Proteine ​​erkannt –> beibehalten.
>> Bindung von Chaperonproteinen
ü Längere Interaktion
>> Chaperone setzen kein falsch gefaltetes Protein frei
ü Vorübergehende Interaktion
>> Korrekte Rückfaltung von Protein stimuliert Chaperone zu
Protein freisetzen
2. Ubiquiinierung:
ü Zugabe von Uniquitin-Protein -> fehlgefaltete Proteine
>> Polyubiquitin-Kette
3. Retrotranslokation:
ü Transport -> fehlgefaltete Proteine ​​zurück -> Zytosol
ü Angetrieben von p97 ATPase
4. Abbau:
ü Polyubiquitinkette erkannt -> Proteasom
ü Falsch gefaltetes Protein abgebaut -> großes Proteasom

· Der Abbau von fehlgefalteten Proteinen im ER verursacht viele Funktionsverlustkrankheiten.

Cystein-Seitenketten -> beteiligt an der Bildung von Disulfid-Bindungen beteiligt an der Pritein-Modifikation
N-Glykosylierung ist eine andere Art der Proteinmodifikation -> bindet an arg
>to welche Reste sind thr oder ser

>> Mannosephosphat zur Modifikation von Proteinen

>> tritt innerhalb der ER auf, nicht außerhalb

· Proteinmodifikation:
- Die meisten Proteine ​​​​in ER . modifiziert
1. Signalseq. Dekollete
2. Bildung von Disulfidbindungen
ü Oxidation von Cysteinseitenketten
>> Bildet Bindung zwischen 2 S-Atomen -> Produziert H2
ü Kann innerhalb einer einzelnen Kette oder zwischen Diff auftreten. Ketten
ü Katalysiert -> Proteindisulfid-Isomerase
à Inneres ER-Lumen
>> ER-Lumen -> oxidierend
ü Stabilisiert gefaltete Proteinstrukturen
3. N-verknüpfte Glykosylierung
ü Transfer -> Oligosaccharid auf Dilichol
>> Dolichol -> Protein eines speziellen Lipidspenders
ü Bindung von Oligosacchariden -> Asparagin (Asn / N)
ü Katalysierte -> Oligosaccharid-Transferase (OST)
à Nur Glykosylate spezifischer Asparaginreste
>> Asn-X-Ser oder Asn-X-Thr
> Wobei X –> irgendein Rest außer Prolin ist.
ü Funktionen:
§ Unterstützt die Proteinfaltung
§ Modifizierte -> Mannose-6-Phosphate-Tags
>> Wirkt als Lysosomen-Sortiersignal
§ Als Ligand fungieren -> Spezifische Zell-Zell-Erkennung
§ Bildung von Glykokalyx
à Bindungsbildung zwischen Kohlenhydraten & Proteinen
> Gebildet -> ER & golgi & geliefert an Plasma-Mem
>> Bildet eine Schutzschicht um Eukaryonten
Zellen
- Proteinfaltung:
à Faltung des locker gefalteten Polypeptids in das richtige 3D
Konformation nach Translokation
>> Tritt im ER-Lumen auf
à Unterstützt durch molekulare Chaperone
1. BiP (ATPase) -> bindet exponierte hydrophobe Reste
2. Calnexin -> bindet N-glykosylierte Proteine

· Die meisten Proteine, die für die Sekretion bestimmt sind / andere Endbestimmung:
- Verpackt in Membranvesikeln
à Transport entlang des Sekretionsweges -> Endziel (zB.
Golgi, Lysosomen und Plasma)
- Kontrollierter Austritt von Proteinen aus ER
à Sorgt für die Erhaltung der Proteinqualität
>> Proteinfaltung -> Fehleranfällig
> Falsch gefaltete Proteine ​​potenziell schädlich.
à Chaperone binden -> fehlgefaltete Proteine
>> Verhindern, dass sie die Notaufnahme verlassen -> Qualitätskontrolle

In der Zellbiologie ist Proteinkinase A (PKA[N 1]) eine Familie von Enzymen, deren Aktivität vom zellulären Spiegel an zyklischem AMP (cAMP) abhängt. PKA ist auch als cAMP-abhängige Proteinkinase bekannt (EC 2.7.11.11). Proteinkinase A hat mehrere Funktionen in der Zelle, einschließlich der Regulierung des Glykogen-, Zucker- und Fettstoffwechsels.

Phosphorylierungsmechanismus
Der Serin/Threonin-Rest des Substratpeptids ist so ausgerichtet, dass die Hydroxylgruppe der Gamma-Phosphatgruppe des gebundenen ATP-Moleküls zugewandt ist. Sowohl das Substrat, ATP, als auch zwei Mg2+-Ionen bilden intensive Kontakte mit der katalytischen Untereinheit der PKA. In der aktiven Konformation packt die C-Helix gegen den N-terminalen Lappen und der Aspartatrest des konservierten DFG-Motivs chelatisiert die Mg2+-Ionen, was die Positionierung des ATP-Substrats unterstützt.

1. Phosphorylierung/Dephosphorylierung
§ Phosphorylierung/Dephosphorylierung ist der molekulare Schalter
§ Ergebnisse -> inkr. / dekr. Aktivität von Zielproteinen.
§ Proteinkinasen
û Kovalente Modifikation katalysieren -> Proteine
>> Verwendung von Phosphat -> Hydrolyse von ATP
û Zielaminosäuren mit OH-funktionellen Gruppen
Z.B. Serin, Threonin, Tyrosin.
§ Phosphatase-Enzym
û Dephosphoryliert / Entfernt Phosphate -> Proteine
§ Verfahren:
û Kinase Aktiviert/deaktiviert Aminosäure durch Zugabe von -> Phosphat.
û Phosphatase-Enzym deaktiviert/reaktiviert Aminosäure durch Entfernung von Phosphat.
§ Kann Signalverstärkung bieten:
û Viele durch Phosphorylierung gesteuerte Schalterproteine ​​sind selbst Proteinkinasen.
>> Organisierte -> Proteinkinase-Kaskaden.
û Signal von Phosphorylierung mit Beteiligung einer Kinase stimuliert weitere Phosphorylierungen durch andere Kinasen -> Kette.

1. GTP-Bindung/Hydrolyse:
§ G-Proteine ​​/ Guaninnukleotid-bindende Proteine ​​/ GTP-bindende Proteine ​​wirken als molekularer Schalter
û Aktivieren wenn gebunden -> GTP
§ Zwei Arten von G-Proteinen:
ü Monomer:
û Signal aktiviert G-Protein, indem es die Bindung von GTP . stimuliert
>> G-Protein setzt Signal frei
û G-Protein deaktiviert durch Hydrolyse seines assoziierten GTP mol
ü Trimerisch:
û Gefundene -> Plasmamembran
û 3 Untereinheiten -> a, b & g
û Aktivierung des trimeren Komplexes durch G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs)
ú stimuliert die Dissoziation
>> Aktivierte GTP-gebundene a-Untereinheit
>> Aktivierter bg-Komplex

· G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs):
Ø Größte Familie -> Zelloberflächenrezeptoren
>> Über 800 -> Menschen
Ø Struktur:
o 7 Transmembranrezeptoren
>> Überspannt die Lipiddoppelschicht
Ø Aktivierung:
o Aktivierte -> Bindung von extrazellulären Liganden an Rezeptor
Z.B. Glucagon, Adrenalin, Dopamin, Histamin
o Verursacht Konformationsänderung im Rezeptor
>> Teilexternalisierung des Rezeptors
> Aktiviert assoziiertes G-Protein
Ø Deaktivierung:
o Deaktiviert -> Phosphorylierung von Rezeptoren
>> Zugabe von 3 Phosphatmol
o Verursacht Konformationsänderung des Rezeptors
>> Internalisierung des Rezeptors

· Ergebnis aktivierter trimerer G-Proteine:
Ø Ziele des trimeren G-Proteins:
1. Ionenkanäle
§ Die Interaktion zwischen G-Proteinen und Ionenkanälen stimuliert eine sofortige Änderung des Zellverhaltens.
§ Die Bindung des aktivierten bg-Komplexes (des trimeren G-Proteins) stimuliert die Öffnung des Ionenkanals.
2. Membrangebundene Enzyme
§ Interaktion zwischen G-Proteinen und membrangebundenen Enzymen stimuliert die Signalkaskade.
§ Bindung der aktivierten a-Untereinheit (des trimeren G-Proteins) stimuliert die Produktion intrazellulärer Signalmoleküle
§ Signalisierungsmol fungieren als 2. Botenstoffe -> Signalkaskade initiieren.

· 2. Boten:
Ø Intrazellulär diffundierbare Signalmoleküle
>> Effektorproteine ​​aktivieren
Ø Schnell aktiviert und deaktiviert.
Ø Typen:
1. Lager:
ú Synthetisiert aus der Umwandlung von ATP -> cAMP durch Adenylat/Adenylylcyclase.
>> Dephosphorylierung -> 2 Phosphate
>> Bildung einer Phosphodiesterbindung -> verbleibendes Phosphat & OH
Gruppe assoziierter Kohlenstoffzucker.
ú Schnell inaktiviert -> Phosphodiesterase
>> Bricht Phosphodiesterbindung zwischen verbleibendem Phosphat von
zyklische AMP- und OH-funktionelle Gruppe des assoziierten Kohlenstoffzuckers.
>> Formulare AMP
2. DAG und IP3:
ú synthetisiert aus der Umwandlung von PIP2 -> IP3 & DAG durch Phospholipase C

-> Bindet daher an Zelloberfläche/Transmem-Rezeptor / ist ein extrazelluläres Signal
-> Ionenkanal
-> G-Protein gekoppelt
-> Enzym gekoppelt
>> also G-Protein gekoppelt

Intrazelluläre Signalrezeptoren
1. Intrazellulär:
û Rezeptoren -> Innerhalb der Zelle
û Signale -> Klein & hydrophob
ZB Steroide -> Östrogen
-> Progesteron
-> Cortisol
û Signale diffundieren über die Plasmamembran und binden -> Rezeptoren

v Steroidhormonwirkung:
ü Steroid diffundiert über das Plasma-Mem
ü Bindet -> spezifisches nukleäres Rezeptorprotein
>> Rezeptor-Steroid-Komplex bilden
>> Verursacht Konformationsänderung -> Rezeptorprotein
>> Aktiviert
ü Aktivierter Rezeptor-Steroid-Komplex dringt in den Kern ein
ü Bindet -> regulatorische Region des Zielgens
>> Aktiviert die Transkription.

Extrazelluläre Zellrezeptoren
-> Ionenkanal, g-Protein-Paare, Enzym-gekoppelt.
· G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs):
Ø Größte Familie -> Zelloberflächenrezeptoren
>> Über 800 -> Menschen
Ø Struktur:
o 7 Transmembranrezeptoren
>> Überspannt die Lipiddoppelschicht
Ø Aktivierung:
o Aktivierte -> Bindung von extrazellulären Liganden an Rezeptor
Z.B. Glucagon, Adrenalin, Dopamin, Histamin
o Verursacht Konformationsänderung im Rezeptor
>> Teilexternalisierung des Rezeptors
> Aktiviert assoziiertes G-Protein
Ø Deaktivierung:
o Deaktiviert -> Phosphorylierung von Rezeptoren
>> Zugabe von 3 Phosphatmol
o Verursacht Konformationsänderung des Rezeptors
>> Internalisierung des Rezeptors

Proteinkinasen -> an molekularen Schaltern beteiligt (Phosphorylierung)
1. Phosphorylierung/Dephosphorylierung
§ Phosphorylierung/Dephosphorylierung ist der molekulare Schalter
§ Ergebnisse -> inkr. / dekr. Aktivität von Zielproteinen.
§ Proteinkinasen
û Kovalente Modifikation katalysieren -> Proteine
>> Verwendung von Phosphat -> Hydrolyse von ATP
û Zielaminosäuren mit OH-funktionellen Gruppen
Z.B. Serin, Threonin, Tyrosin.
§ Phosphatase-Enzym
û Dephosphoryliert / Entfernt Phosphate -> Proteine
§ Verfahren:
û Kinase Aktiviert/deaktiviert Aminosäure durch Zugabe von -> Phosphat.
û Phosphatase-Enzym deaktiviert/reaktiviert Aminosäure durch Entfernung von Phosphat.
§ Kann Signalverstärkung bieten:
û Viele durch Phosphorylierung gesteuerte Schalterproteine ​​sind selbst Proteinkinasen.
>> Organisierte -> Proteinkinase-Kaskaden.
û Signal von Phosphorylierung, an der eine Kinase beteiligt ist, stimuliert weitere Phosphorylierungen durch andere Kinasen -> Kette.

Ø Signalisierungsarten:
1. Fernsignale
§ Remote--endokrine
û Endokrine Zellen produzieren Hormone (sekretorische Proteinsignale)
Z.B. Insulin, Adrenalin
û Transportiert -> Zielzelle über die Blutbahn
û Am ganzen Körper wirken.

2. Lokale Signale
§ Lokal – Parakrin
û Verbreitung von Signalen -> Kurze Distanz
Z.B. Epidermaler Wachstumsfaktor (EGF)
û Nachbarzellen anvisieren
û Tritt innerhalb einzelner Gewebe auf
§ Lokal – Neuronal
û Neuronale Zellen setzen Neurotransmitter frei
Z.B. Acetylcholin
û Streng lokalisiert zwischen 2 Zellen -> Synaptischer Spalt

3. Kontaktsignale von Zelle zu Zelle
§ Kontaktabhängig
û Direkter Kontakt von Zellen
>> Keine Freigabe von Signalen
û Signalzelle -> enthält Signalzellen in der Plasmamembran
û Bindet an komplementären Rezeptor -> Zielzelle
Z.B. Zellen des Immunsystems

· Signalverhalten:
Ø Spezifische Signal-Rezeptor-Interaktionen
Ø Komplementäre Strukturen -> Signalprotein & spezifischer Rezeptor.
o Kein Rezeptor -> Keine Reaktion
o 1 Signal spezifisch für 1 Rezeptor -> 1 Antwort
o 1 Signal spezifisch für 2 verschiedene Rezeptoren –> 2 Antworten.
û Verschiedene Zellen -> verschiedene Rezeptoren
û Beide Rezeptoren komplementär/spezifisch für denselben Rezeptor
û Unterschiedliche Antworten -> Unterschiedliche Zellen

1. GTP-Bindung/Hydrolyse:
§ G-Proteine ​​/ Guaninnukleotid-bindende Proteine ​​/ GTP-bindende Proteine ​​wirken als molekularer Schalter
û Aktivieren wenn gebunden -> GTP
§ Zwei Arten von G-Proteinen:
ü Monomer:
û Signal aktiviert G-Protein, indem es die Bindung von GTP . stimuliert
>> G-Protein setzt Signal frei
û G-Protein deaktiviert durch Hydrolyse seines assoziierten GTP mol
ü Trimerisch:
û Gefundene -> Plasmamembran
û 3 Untereinheiten -> a, b & g
û Aktivierung des trimeren Komplexes durch G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs)
ú stimuliert die Dissoziation
>> Aktivierte GTP-gebundene a-Untereinheit
>> Aktivierter bg-Komplex

· G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs):
Ø Größte Familie -> Zelloberflächenrezeptoren
>> Über 800 -> Menschen
Ø Struktur:
o 7 Transmembranrezeptoren
>> Überspannt die Lipiddoppelschicht
Ø Aktivierung:
o Aktivierte -> Bindung von extrazellulären Liganden an Rezeptor
Z.B. Glucagon, Adrenalin, Dopamin, Histamin
o Verursacht Konformationsänderung im Rezeptor
>> Teilexternalisierung des Rezeptors
> Aktiviert assoziiertes G-Protein
Ø Deaktivierung:
o Deaktiviert -> Phosphorylierung von Rezeptoren
>> Zugabe von 3 Phosphatmol
o Verursacht Konformationsänderung des Rezeptors
>> Internalisierung des Rezeptors

· Ergebnis aktivierter trimerer G-Proteine:
Ø Ziele des trimeren G-Proteins:
1. Ionenkanäle
§ Die Interaktion zwischen G-Proteinen und Ionenkanälen stimuliert eine sofortige Änderung des Zellverhaltens.
§ Die Bindung des aktivierten bg-Komplexes (des trimeren G-Proteins) stimuliert die Öffnung des Ionenkanals.
2. Membrangebundene Enzyme
§ Interaktion zwischen G-Proteinen und membrangebundenen Enzymen stimuliert die Signalkaskade.
§ Bindung der aktivierten a-Untereinheit (des trimeren G-Proteins) stimuliert die Produktion intrazellulärer Signalmoleküle
§ Signalisierungsmol fungieren als 2. Botenstoffe -> Signalkaskade initiieren.

· 2. Boten:
Ø Intrazellulär diffundierbare Signalmoleküle
>> Effektorproteine ​​aktivieren
Ø Schnell aktiviert und deaktiviert.
Ø Typen:
1. Lager:
ú Synthetisiert aus der Umwandlung von ATP -> cAMP durch Adenylat/Adenylylcyclase.
>> Dephosphorylierung -> 2 Phosphate
>> Bildung einer Phosphodiesterbindung -> verbleibendes Phosphat & OH
Gruppe assoziierter Kohlenstoffzucker.
ú Schnell inaktiviert -> Phosphodiesterase
>> Bricht Phosphodiesterbindung zwischen verbleibendem Phosphat von
zyklische AMP- und OH-funktionelle Gruppe des assoziierten Kohlenstoffzuckers.
>> Formulare AMP
2. DAG und IP3:
ú synthetisiert aus der Umwandlung von PIP2 -> IP3 & DAG durch Phospholipase C

24. Antwortmöglichkeiten:
A. Dynamik
B. Insulin
C. Tublin
D. Mycolacton

25. Antwortmöglichkeiten:
A. Kern
B. Endoplasmatisches Retikulum
C. Peroxisom
D. Endosom

· Protein-Targeting-Ziele:
Ø Kein Signal -> Cytosol
Ø Hydrophob -> ER -> Golgi
Ø +ve geladen -> Nukleus
Ø SKL -> Peroxisom
Ø S, T, klein hydrophob -> Chloroplast
Ø Amphhelix -> Mitochondrien

->> Daher stimmen ER oder Chloroplast, wo wir Insulin und Diabetes kennen, beide Antworten überein

· ER-Signalsequenzen:
v Eigenschaften:
- Hydrophob
- Erkanntes -> Sec61-Translokatorprotein
v Typen:
- N-terminal
>> Ende der Polypeptidkette
- Intern / Signal-Anker / Start-Übertragungsseq.
>> Mitte der Polypeptidkette
>> Fungiert auch als Transmembrandomäne -> Fix Protein in mem.
> Kann als Stop-Transfer-Seq fungieren.
v Membranspannende Alpha-Helices:
- Interne Signalseq.
- Stop-Transfer-Seq.
>> Abwechselndes internes Signal & Ampere-Stop-Transfer-Seq. generieren
komplexe Multipass-Membranproteine.

· Transport von Proteinen ins ER:
- Ribosomen, die Proteine ​​synthetisieren -> Keine Signalseq.
>> Incytosol frei bleiben
- Ribosomen, die Proteine ​​mit ER-Signalseq.
>> Auf ER gerichtet, während das Protein noch synthetisiert wird.

- Translokation
>> Transport (von Protein) durch die Membran
- Kotranslationale Translokation:
>> Translokation (von Protein über das ER-Mem) erfolgt gleichzeitig
als Übersetzung.

- Zytosolisches SRP:
Ø RNA-Komplex & 6 Proteine
Ø Funktionen:
ü Bindet -> Signalseq. von Protein, wie es aus Ribosomen entsteht
ü Bindet -> SRP-Rezeptor --> ER-Membran.
à Verlangsamt die Übersetzungsrate
>> bietet Zeit für Ribosomen-Polypeptid -> ER-Speicher erreichen
& initiieren Sie die Translokation.
ü SRP & SRP-Rezeptor -> Molekulare Vermittler
à Transport aktivieren
>> Ribosomen, die Proteine ​​synthetisieren -> ER-Signale
Zum Protein-Translokator-Kanal -> ER-Membran.
à GTPasen binden -> ER-Targeting regulieren.
ü SRP freigesetzt -> Ribosomenrezeptor
>> Ermöglicht die Bindung des Ribosoms &-Translokators

- Protein-Translokator -> Sec61-Kanal
Ø Proteinkomplex
à Bildet Kanal in ER-Membran
>> Ermöglicht die Translokation der Proteinkette über das ER-Mem.
Ø Prozess:
1. Translokation sekretorischer Proteine ​​-> ER-Lumen
ü Signalseq. bindet -> Sec61-Translokator
>> Kanal wird geöffnet
ü Rest -> Polypeptidkette durch den Kanal als Schleife gefädelt
>> Kontinuierliche Übersetzung erfolgt
ü Signalseq. gespalten -> Signalpeptidase
>> Protein freigesetzt -> ER-Lumen
ü Protein-Translokator dissoziiert -> Signalsequenz
>> Protein-Translokator bleibt in Membran eingebettet
>> Signalseq. erniedrigt

· Proteinmodifikation:
- Die meisten Proteine ​​​​in ER . modifiziert
1. Signalseq. Dekollete
2. Bildung von Disulfidbindungen
ü Oxidation von Cysteinseitenketten
>> Bildet Bindung zwischen 2 S-Atomen -> Produziert H2
ü Kann innerhalb einer einzelnen Kette oder zwischen Diff auftreten. Ketten
ü Katalysiert -> Proteindisulfid-Isomerase
à Inneres ER-Lumen
>> ER-Lumen -> oxidierend
ü Stabilisiert gefaltete Proteinstrukturen
3. N-verknüpfte Glykosylierung
ü Transfer -> Oligosaccharid auf Dilichol
>> Dolichol -> Protein eines speziellen Lipidspenders
ü Bindung von Oligosacchariden -> Asparagin (Asn / N)
ü Katalysierte -> Oligosaccharid-Transferase (OST)
à Nur Glykosylate spezifischer Asparaginreste
>> Asn-X-Ser oder Asn-X-Thr
> Wobei X –> irgendein Rest außer Prolin ist.
ü Funktionen:
§ Unterstützt die Proteinfaltung
§ Modifizierte -> Mannose-6-Phosphate-Tags
>> Wirkt als Lysosomen-Sortiersignal
§ Als Ligand fungieren -> Spezifische Zell-Zell-Erkennung
§ Bildung von Glykokalyx
à Bindungsbildung zwischen Kohlenhydraten & Proteinen
> Gebildet -> ER & golgi & geliefert an Plasma-Mem
>> Bildet eine Schutzschicht um Eukaryonten
Zellen
- Proteinfaltung:
à Faltung des locker gefalteten Polypeptids in das richtige 3D
Konformation nach Translokation
>> Tritt im ER-Lumen auf
à Unterstützt durch molekulare Chaperone
1. BiP (ATPase) -> bindet exponierte hydrophobe Reste
2. Calnexin -> bindet N-glykosylierte Proteine

· Die meisten Proteine, die zur Sekretion bestimmt sind / andere Endbestimmung:
- Verpackt in Membranvesikel
à Transport entlang des Sekretionsweges -> Endziel (zB.
Golgi, Lysosomen und Plasma)
- Kontrollierter Austritt von Proteinen aus ER
à Sorgt für die Erhaltung der Proteinqualität
>> Proteinfaltung -> Fehleranfällig
> Falsch gefaltete Proteine ​​potenziell schädlich.
à Chaperone binden -> fehlgefaltete Proteine
>> Verhindern, dass sie die Notaufnahme verlassen -> Qualitätskontrolle

· Exozytose:
- Freisetzung -> sekretorische Proteine
- Vesikel knospen aus dem Trans-Golgi-Netzwerk und verschmelzen mit der Plasmamembran.
- Zwei Routen:
1. Konstitutiv
- Konstanter Strom -> Transportvesikel Knospe von Trans-Golgi
Netzwerk
>> Sicherung mit Plasmamembran
- Liefert Membranproteine ​​& Lipide -> Plasmamembranwachstum
- Ermöglicht die Proteinsekretion -> Zelloberfläche und extrazelluläre Matrix.
- Standardpfad -> kein Signal erforderlich.
2. Geregelt
- Sortierung und Lagerung von Proteinen -> sekretorische Vesikel, bis ein spezifisches Signal empfangen wird.
>> Ladungssekretion anregen -> Hormone, Schleim, Verdauung
Enzyme und Neurotransmitter.
- Tritt auf -> nur spezialisierte sekretorische Zellen
- Schnelle -> Vesikel mit Neurotransmitter fusioniert -> Plasmamembran innerhalb von 5 ms nach Stimulation des Neuronenfeuers.

· Regulierte Sekretion -> Insulin:
- Sekretierte Proteine ​​aggregieren in trans-golgi
>> Kann nicht in den konstitutiven Pfad eintreten
- Verpackt in sekretorische Vesikel -> hohe Konz.
- Insulin -> von B-Zellen der Bauchspeicheldrüse sezerniert
>> Antwort -> Inkr. Blutzucker.

Ø Dynamin:
§ GTPase
§ Ändert die Form -> Hydrolyse von GTP
>> Unterstützt die Knospenbildung
à Fügt sich zu einem Ring zusammen -> Hals des knospenden Vesikels
à Verengt den Hals des knospenden Vesikels neben dem assoziierten
Proteine.
>> Fördert die Exzision aus der Spendermembran
-> Knospenbildung.
>> Vesikelbildung

· Mukoviszidose
- ER-Protein-Fehlfaltungskrankheit
- Genetische Störung
- Rezessiv
- 1/3000 Lebendgeburten
- Tödlich im Alter von 30
- Ursache:
§ Chloridkanalmutationen
§ Innerhalb von CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator)
- CFTR
§ Ausgedrückt -> Epithelzellen von Organen
Z.B. Lunge, Leber und Bauchspeicheldrüse.
§ Funktion:
ü Pumpen Cl— aus Zellen
>> Wasserverlust -> Osmose
ü Behält die Hydratation des Schleims -> Epithelzelloberfläche
ü Das Schlagen von Zilien entfernt Bakterien und Ablagerungen.
§ Mutation -> Mukoviszidose
ü Austrocknung von Schleim -> Epithelzelloberfläche
ü Nicht funktionsfähige Zilien
- dF508-Mutation:
§ Löschungsmutation
>> Löscht Phenylalanin -> Position 508
§ 90% Patienten
§ Verhindert korrektes Falten -> CFTR
ü Einbehalten -> ER-Qualitätskontrolle
ü Verhindert, dass CFTR die Zellmembran erreicht
- Behandlung:
§ Fehlerhafte CFTR-Funktion:
ü Potentiator
>> Erhöht die Öffnung -> Cl-- Kanäle
à G551D CFTR
§ Fehlerhaftes CFTR-Traffic & Folding
>> Mutiertes dF508 CFTR bleibt als Cl—Kanal . funktionsfähig
>> Erhöht die Möglichkeit -> Drogenkonsum zur Verbesserung der Faltung
> Würde es ermöglichen, der Qualitätskontrolle und ERAD zu entkommen
ü Pharmakologische Begleitpersonen
ü Korrektoren
>> Korrigiert das Falten
à dF508 CFTR
ü Lumacaftor (VX-809)
>> Pharmologisches Chaperon -> korrigiert die Proteinfaltung.
§ Defekte Proteinsynthese
>> Genetischer Ansatz
>> Aktiviert Ausdruck -> Wildtyp CFTR
ü Genbearbeitung -> CRISPR
ü mRNA
ü Gentherapie
§ Orkambi
o Kombination -> Lumacaftor & Ivacraftor

· Alzheimer-Krankheit:
Ø Neurodegenerative Störung
Ø Häufiger -> Ältere Personen
ü >10% über 65s
ü >50% über 85s
Ø Verursacht geistige Verschlechterung

Ø Ursache:
o Plaques / Proteinablagerungen -> Gehirn
>> Enthalten große Nr. -> Beta-Amyloid-Protein (Ab)
>> Produziert -> Amyloid-Vorläuferprotein APP
v Amyloid-Vorläuferprotein (APP)
§ Single-Pass-Transmembranprotein
§ Synthetisiert -> ER
§ Bearbeitet -> diff. Wege
1. Nicht-amyloidogen
û Zelloberflächenprozessierung von APP bildet nicht-amyloidogenes p3-Peptid.
2. Amyloidogen
û Endosomische Verarbeitung von APP bildet Beta-Amyloid-Protein Ab
§ APP verarbeitet von b & g secretases
>> Ab-Peptid produzieren
> Aus der Zelle freigesetzt & bildet Amyloid-Plaques.
>> Unprozessiertes APP wurde schnell endozytiert -> Zelloberfläche.


Geschichte des Lysosoms

Die Entdeckung des Lysosoms durch Christian de Duve (der dafür und die Entdeckung des Peroxisoms 1974 mit dem Nobelpreis für Medizin oder Physiologie ausgezeichnet wurde) markierte die Geburtsstunde der Zellbiologie als einer radikal neuen Wissenschaft 1 . Ein belgischer Wissenschaftler, Henri-Gery Hers, identifizierte die erste lysosomale Erkrankung, Morbus Pompe: Es wurde festgestellt, dass eine starke Ansammlung von Glykogen im Herzen und in der Skelettmuskulatur auf einen Mangel an einer bisher unbekannten sauren Maltase (Säure α-1, 4-Glucosidase) 2 . Saure Maltase-Aktivität konnte durch Zentrifugation sedimentiert werden, wurde jedoch durch Detergensbehandlung leicht in den Überstand freigesetzt. Diese Freisetzung durch Digitonin wurde von saurer Phosphatase begleitet, die zuvor am Lysosom 3 lokalisiert war. Die bahnbrechende Arbeit von Hers ermöglichte es ihm, richtig vorherzusagen, dass „andere Ablagerungskrankheiten auf der Grundlage des Fehlens anderer lysosomaler Enzyme erklärt werden könnten“. Der frühere Begriff Hers, der später für diese Erkrankungen vorgeschlagen wurde, war „angeborene lysosomische Erkrankungen“ 4 , was eine definierende und nützliche Spezifität ausdrückt und an Garrod erinnert. Tabelle 1 zeigt die nach dieser Prämisse klassifizierten lysosomalen Erkrankungen.

Mukopolysaccharidosen Sphingolipidosen Glykoproteinosen Sonstig
Hurler, Scheie (I) Tay–Sachs α-Fukosidose Kathepsin C
Jäger (II) Gaucher Aspartylglukosaminurie Kathepsin K
Sanfillipo A–D (III) Krabben α-Mannosidose Pompe (GSD Typ II)
Morquio A, B (IV) Anderson–Fabry β-Mannosidose Niemann–Pick C Typen I, II
Maroteaux-Lamy (VI) Farber Sialidose Neuronale Ceroid-Lipofuszinosen (CLN 1–10)
Schlau (VII) Metachromatische Leukodystrophie Galaktosialidose Wolman (Cholesterinester)
Hyaluronidase-Mangel (X) Niemann – Pick A und B Kanzaki Hermansky–Pudlak (1–9)
GM1-Gangliosidose Chédiak–Higashi
Sandhoff Zystinose
GM2-Aktivatormangel Salla
Methylmalonazidurie (CblF)
Danon
I-Zell-Krankheit (Mukolipidosen II und III)
Mukolipidose (IV)
Multipler Sulfatase-Mangel
Sphingolipid-Aktivatorprotein-Mangel (A–D)
Saure Endoribonuklease der T2-Familie (RNASET2)
SCARB2/LIMP-2-Mangel

Um „die Zelle mit einer Zentrifuge zu erkunden“, verfolgte de Duve eine biochemische Strategie und stellte damit von vornherein sicher, dass die identifizierten Organellen funktionell beschrieben wurden. Die Entdeckung von Lysosomen (und Peroxisomen), die wie Mitochondrien jeweils ein einzigartiges Enzymkomplement aufweisen, ermöglichte es, die Wechselwirkungen dieser Stoffwechseleinheiten lange zu untersuchen, bevor ihre beschreibende Anatomie durch Mikroskopie aufgedeckt wurde. Die Zellbiologie ist eine interdisziplinäre Wissenschaft ohne Hemmungen, ihre modernen Vertreter nutzen die Proteinchemie, die Molekulargenetik zur Manipulation der Expression nuklearer Gene und die Biophysik der Fluoreszenzlasermikroskopie – einschließlich Zeitraffer- und konfokaler Techniken – frei, um die lebende Zelle als eine integriertes Universum flüssiger, aber dynamisch interagierender Strukturen.


Einführung

Die Glykobiologie untersucht die Struktur, Biosynthese und Biologie von Glykanen, die in der Natur weit verbreitet sind. Die meisten Glykane befinden sich auf den äußersten Oberflächen von zellulären und sezernierten Makromolekülen und sind bemerkenswert vielfältig. Einfache und hochdynamische proteingebundene Glykane sind auch im Zellkern und im Zytoplasma von Zellen reichlich vorhanden und üben dort regulatorische Wirkungen aus. Tatsächlich modulieren oder vermitteln die Zuckerkomponenten von Glykokonjugaten nicht nur wichtige strukturelle Merkmale, sondern auch eine Vielzahl von Funktionen in physiologischen und pathophysiologischen Zuständen 1 . Glykoproteine ​​und Polysaccharide haben auch in Bakterienzellen wichtige Funktionen, und Glykoproteine ​​spielen eine zentrale Rolle in der Biologie der meisten Viren.

Glykokonjugate werden durch die Zugabe von Zuckern zu Proteinen und Lipiden gebildet 17 Monosaccharide, die üblicherweise in Säugetier-Glykokonjugaten vorkommen, sind in der ergänzenden Tabelle 1 (Ref. 2) gezeigt. Eine große Anzahl natürlich vorkommender Zucker kann kombiniert werden, um eine Vielzahl einzigartiger Glykanstrukturen auf Lipid- und Proteinmolekülen zu erzeugen, die ihre Funktion modulieren. Mehrere enzymatische Standortpräferenzen sowie die Verwendung stereochemischer α- oder β-Konjugationen schaffen eine weitere Vielfalt, wo und wie diese Zucker miteinander verbunden sind. Tatsächlich implizieren diese Merkmale insgesamt die potenzielle Existenz von

10 12 verschiedene verzweigte Glykanstrukturen 3 . Die Proteinglykosylierung umfasst die Zugabe von n-verknüpfte Glykane, Ö-verknüpfte Glykane, phosphorylierte Glykane, Glykosaminoglykane und Glykosylphosphatidylinositol (GPI)-Anker an Peptidrückgraten sowie C-Mannosylierung von Tryptophanresten (Abb. 1). Glykolipide werden durch die Zugabe von Zuckern zu Lipiden gebildet. Diese Art von Glykokonjugat umfasst Glykosphingolipide (GSLs) 4,5 (Abb. 1). Die Glykosylierung von Proteinen und Lipiden findet im endoplasmatischen Retikulum (ER) und im Golgi-Apparat statt, wobei der größte Teil der terminalen Verarbeitung im cis-, medial- und trans-Golgi-Fächer. In diesen Organellen bilden Glycosyltransferasen und Glycosidasen Kohlenhydratstrukturen in einer Reihe von Schritten, die durch Substratverfügbarkeit, Enzymaktivität, Gentranskriptionsgrad und Enzymlokalisation innerhalb der Organellen gesteuert werden (Abb. 2). Tatsächlich spiegelt das Glykom einer bestimmten Zelle ihr einzigartiges Genexpressionsmuster wider, das die Konzentrationen der Enzyme steuert, die für die Glykokonjugation verantwortlich sind. Im Gegensatz zum Genom, Exom oder Proteom wird das Glykom ohne Schablonen hergestellt und auf mehreren Ebenen im ER- und Golgi-Apparat kompliziert kontrolliert.

Glykane können kovalent an Proteine ​​und Lipide gebunden werden, um Glykokonjugate zu bilden Glykane in diesen Verbindungen werden nach der Bindung an die Lipid-, Glykan- oder Proteineinheiten klassifiziert. Glykoproteine ​​bestehen aus Glykanen und Glykanketten, die an Stickstoff- und Sauerstoffatome von Aminosäureresten gebunden sind und werden daher als . bezeichnet n-Glykane und Ö-Glykane bzw. n-Glykane bestehen aus n-Acetylglucosamin (GlcNAc), das durch eine β1-glykosidische Bindung an das Stickstoffatom der Aminogruppe von Asn (N) am Konsensus-Glykosylierungsmotiv Asn-X-Ser/Thr gebunden ist (wobei X eine beliebige Aminosäure außer Pro bezeichnet). Diese verzweigten und sehr heterogenen n-Glykan-Strukturen bestehen aus einem Kern-Glykan, das zwei GlcNAc-Reste und drei Mannose (Man)-Reste enthält. Die vielleicht vielfältigste Form der Proteinglykosylierung ist Ö-Glykosylierung, bei der Glykane an das Sauerstoffatom der Hydroxylgruppen von Ser (S)- oder Thr (T)-Resten binden. Ö-Glykane können auf der Grundlage des an das Protein gebundenen anfänglichen Zuckers und der an das anfängliche Glykan hinzugefügten zusätzlichen Zuckerstrukturen weiter unterklassifiziert werden. Zum Beispiel Mucin-Typ Ö-Glykosylierung bedeutet, dass das anfängliche Glykan n-Acetylgalactosamin (GalNAc)-Mucin-Glykane können auf der Grundlage der Glykane, die an die anfängliche GalNAc 6 gebunden sind, weiter klassifiziert werden. Andere Arten von Ö-Glykane, wie z Ö-gebundene Fucose (Fuc) und Ö-linked Man, treten häufig in spezifischen Proteinen oder Proteindomänen auf, wie beispielsweise epidermalen Wachstumsfaktor (EGF) Repeats, Thrombospondin Typ I Repeats (TSR) oder Dystroglycan. n-Glykane und Ö-Glykane werden oft mit negativ geladener Sialinsäure überdeckt. Ö-GlcNAc ist eine einzigartige Art von Ö-Glykosylierung, die durch . synthetisiert wird Ö-GlcNAc-Transferase kommt im Zytosol und im Zellkern vor. Proteoglykane stellen eine Hauptklasse von Glykoproteinen dar, die durch lange Glykosaminoglykan-Ketten (GAG) definiert sind, die über einen Tetrasaccharidkern, bestehend aus Glucuronsäure (GlcA)-Galactose (Gal)-Gal-Xylose (Xyl), an Proteine ​​gebunden sind Hydroxylgruppe von Ser an Ser-Gly-X-Gly-Aminosäuremotiven. Proteoglykan-GAGs können weiter nach Anzahl, Zusammensetzung und Sulfatierungsgrad ihrer sich wiederholenden Disaccharid-Einheiten klassifiziert werden. Übliche GAGs umfassen Heparansulfat, Chondroitinsulfat und Dermatansulfat. Glycosylphosphatidylinositol (GPI)-verankerte Glycoproteine ​​repräsentieren eine weitere Hauptklasse von Glycokonjugaten. Diese Glykoproteine ​​sind am Carboxylterminus über eine Phosphodiesterbindung an Phosphoethanolamin gebunden, das an einen trimannosyl-nichtacetylierten Glucosamin (Man3-GlcN)-Kern gebunden ist, der GlcN-Rest ist an Phosphatidylinositol gebunden, das in die Zellmembran eingebettet ist. Glykosphingolipide sind eine Klasse von Glykokonjugaten, bei denen Glykane wie Gal oder Glucose (Glc) an Zellmembranlipide gebunden sind. Eine andere Hauptklasse von Glykanen sind GAGs, die nicht an Proteinkerne gebunden sind, wie Hyaluronan, das an der Plasmamembran durch sequentielle Zugabe von GlcA und GlcNAc synthetisiert wird. IdoA, Iduronsäure. Angepasst mit Genehmigung von ref. 277 , Springer Nature Limited und aus Ref.-Nr. 278, Stanley, P. Golgi glycosylation. Kalter Frühlingshafen. Perspektive. Biol. 3, a005199 (2005) mit Genehmigung von Cold Spring Harbor Laboratory Press.

n-Glykansynthese wird im endoplasmatischen Retikulum (ER) durch den en bloc-Transfer einer Lipid-Glykan-Vorstufe (d. h. Glukose (Glc)) initiiert.3 Mannose (Mann)9 n-Acetylglucosamin (GlcNAc)2 an Dolicholphosphat gebunden) an Asp durch die Multisubunit Oligosaccharidtransferase (OST). Die Glucosereste werden nacheinander durch zwei α-Glucosidasen (α-Glc I–II) entfernt und ein anfänglicher Man-Rest wird durch die ER-α-Mannosidase (ER α-Man) entfernt. Nach einem Qualitätskontroll-Checkpoint wandert das Glykoprotein in den Golgi-Apparat zur weiteren Beschneidung durch α-Mannosidase I und II (α-Man I–II) und weitere Glykanmodifikationen. EIN cis-zu-trans Verteilung von Glykosidasen und Transferasen — GlcNAc-Transferase I–IV (GnT-I–IV), β1,4-Galactosyltransferasen (Gal-T), α2,3-Sialyltransferase (α2,3, Sialyl-T) und α2,6-Sialyltransferase (α2 ,6 Sialyl-T) — erleichtert die Weiterverarbeitung durch diese kohlenhydratmodifizierenden Enzyme, um eine Vielzahl von n-Glycoformen, die oft mit Sialinsäure-Einheiten enden. Die letzte standortspezifische n-Glykanzusammensetzung wird durch die Expressionsniveaus von Glykosyltransferasen, die Zugänglichkeit der Glykoprotein-Glykosylierungsstellen und die Zeitdauer, während der das Glykoprotein im ER- und Golgi-Apparat verbleibt, beeinflusst. Gal, Galaktose.

In diesem Aufsatz diskutieren wir grundlegende Konzepte der Glykobiologie und integrieren diese in die jüngsten Fortschritte beim Verständnis der Schlüsselrolle des Glykoms für Gesundheit und Krankheit. Wir untersuchen, wie Glykosylierungsmuster bei mehreren menschlichen Krankheiten verändert werden, einschließlich angeborener Glykosylierungsstörungen (CDGs) sowie Autoimmunerkrankungen, infektiösen und chronischen Entzündungskrankheiten und Krebs. Wir liefern auch konkrete Beispiele dafür, wie ein verbessertes Verständnis der abnormalen Glykosylierung bei verschiedenen Krankheiten neue diagnostische Optionen und/oder Ziele für glykanvermittelte therapeutische Interventionen bieten könnte.


KAPITEL 12 – Expression von Proteinen auf der Zelloberfläche unter Verwendung von Säugetiervektoren

Dieses Kapitel diskutiert die Expression von Proteinen auf der Zelloberfläche unter Verwendung von Säugetiervektoren. Die Oberfläche der Säugerzelle wird von einer großen Anzahl von Proteinmolekülen bevölkert, die eine große Vielfalt physikalischer Eigenschaften aufweisen, eine große Anzahl verschiedener Funktionen ausführen und der Zelle gemeinsam viele ihrer spezialisierteren und interessanteren Eigenschaften verleihen. Die Membran des rauen endoplasmatischen Retikulums ist für zytosolische Proteine ​​undurchlässig, nur solche Proteine, die als Vorläufer mit Signalsequenzen synthetisiert wurden, können die luminale Seite passieren und erreichen. Somit erfolgt die Segregation von sekretorischen und Oberflächenproteinen von den zytoplasmatischen Proteinen der Zelle in einem sehr frühen Stadium während ihrer Synthese und ist unabhängig von der endgültigen Größe und Form der reifen Proteine. Da das entstehende Polypeptid auf der luminalen Seite des rauen endoplasmatischen Retikulums erscheint, werden vorgeformte Oligosaccharide bestehend aus n-Acetyl-Glucosamin, Mannose und Glucose werden auf bestimmte Asparagin-Reste übertragen – solche, die in den Sequenzen Asn-X-Ser oder Asn-X-Thr vorkommen.


Inhalt

Die Fähigkeit des Immunsystems, Moleküle zu erkennen, die von Krankheitserregern allgemein geteilt werden, ist zum Teil auf das Vorhandensein von Immunrezeptoren zurückzuführen, die als Toll-like-Rezeptoren (TLRs) bezeichnet werden und auf den Membranen von Leukozyten exprimiert werden, einschließlich dendritischer Zellen, Makrophagen, natürlichen Killerzellen, Zellen der adaptiven Immunität T-Zellen und B-Zellen und nicht-immune Zellen (Epithel- und Endothelzellen und Fibroblasten). [5]

Die Bindung von Liganden – entweder in Form von Adjuvans, das bei Impfungen verwendet wird, oder in Form von invasiven Einheiten in Zeiten einer natürlichen Infektion – an das TLR markiert die wichtigsten molekularen Ereignisse, die letztendlich zu angeborenen Immunantworten und der Entwicklung von antigenspezifischen erworbenen Immunität. [6] [7]

Bei Aktivierung rekrutieren TLRs Adapterproteine ​​(Proteine, die andere Protein-Protein-Wechselwirkungen vermitteln) im Zytosol der Immunzelle, um den antigeninduzierten Signaltransduktionsweg zu vermehren. Diese rekrutierten Proteine ​​sind dann für die nachfolgende Aktivierung anderer nachgeschalteter Proteine ​​verantwortlich, einschließlich Proteinkinasen (IKKi, IRAK1, IRAK4 und TBK1), die das Signal weiter verstärken und schließlich zur Hochregulierung oder Suppression von Genen führen, die Entzündungsreaktionen und andere transkriptionale Veranstaltungen. Einige dieser Ereignisse führen zu Zytokinproduktion, -proliferation und -überleben, während andere zu einer stärkeren adaptiven Immunität führen. [7] Wenn der Ligand ein bakterieller Faktor ist, könnte das Pathogen phagozytiert und verdaut und seine Antigene an CD4+ T-Zellen präsentiert werden. Im Falle eines viralen Faktors kann die infizierte Zelle ihre Proteinsynthese abschalten und einen programmierten Zelltod (Apoptose) erleiden. Immunzellen, die ein Virus entdeckt haben, können auch antivirale Faktoren wie Interferone freisetzen.

Toll-like-Rezeptoren haben sich durch ihre Anwesenheit in dendritischen Zellen auch als wichtiges Bindeglied zwischen angeborener und adaptiver Immunität erwiesen. [8] Flagellin, ein TLR5-Ligand, induziert bei Interaktion mit TLR5 auf menschlichen T-Zellen die Zytokinsekretion. [8]

TLRs sind eine Art von Mustererkennungsrezeptoren (PRR) und erkennen Moleküle, die von Krankheitserregern allgemein geteilt werden, aber von Wirtsmolekülen unterscheidbar sind, zusammenfassend als Pathogen-assoziierte molekulare Muster (PAMPs) bezeichnet. TLRs bilden zusammen mit den Interleukin-1-Rezeptoren eine Rezeptor-Superfamilie, bekannt als "Interleukin-1-Rezeptor / Toll-like-Rezeptor-Superfamilie", allen Mitgliedern dieser Familie gemeinsam ist eine sogenannte TIR (Toll-IL-1-Rezeptor)-Domäne .

Es existieren drei Untergruppen von TIR-Domänen. Proteine ​​mit TIR-Domänen der Untergruppe 1 sind Rezeptoren für Interleukine, die von Makrophagen, Monozyten und dendritischen Zellen produziert werden und alle extrazelluläre Immunglobulin-(Ig)-Domänen aufweisen. Proteine ​​mit TIR-Domänen der Untergruppe 2 sind klassische TLRs und binden direkt oder indirekt an Moleküle mikrobiellen Ursprungs. Eine dritte Untergruppe von Proteinen mit TIR-Domänen besteht aus Adapterproteinen, die ausschließlich zytosolisch sind und Signalübertragung von Proteinen der Untergruppen 1 und 2 vermitteln.

TLRs kommen sowohl bei Wirbeltieren als auch bei Wirbellosen vor.Molekulare Bausteine ​​der TLRs sind in Bakterien und Pflanzen vertreten, und es ist bekannt, dass Pflanzenmustererkennungsrezeptoren für die Abwehr des Wirts gegen Infektionen erforderlich sind. Die TLRs scheinen somit eine der ältesten, konservierten Komponenten des Immunsystems zu sein.

In den letzten Jahren wurden TLRs auch im Nervensystem von Säugetieren identifiziert. Mitglieder der TLR-Familie wurden auf Glia, Neuronen und auf neuralen Vorläuferzellen nachgewiesen, in denen sie die Entscheidung über das Zellschicksal regulieren. [9]

Es wurde geschätzt, dass die meisten Säugetierarten zwischen zehn und fünfzehn Typen von Toll-like-Rezeptoren haben. Dreizehn TLRs (kurz TLR1 bis TLR13 genannt) wurden bei Menschen und Mäusen zusammen identifiziert, und äquivalente Formen vieler dieser wurden bei anderen Säugetierarten gefunden. [10] [11] [12] Äquivalente bestimmter beim Menschen gefundener TLR sind jedoch nicht bei allen Säugetieren vorhanden. Zum Beispiel ist ein Gen, das für ein Protein analog zu TLR10 beim Menschen kodiert, in Mäusen vorhanden, scheint aber irgendwann in der Vergangenheit durch ein Retrovirus geschädigt worden zu sein. Auf der anderen Seite exprimieren Mäuse die TLRs 11, 12 und 13, von denen keine beim Menschen vertreten ist. Andere Säugetiere können TLRs exprimieren, die beim Menschen nicht vorkommen. Andere Nicht-Säugetierarten können TLRs haben, die sich von Säugetieren unterscheiden, wie der Anti-Zellwand-TLR14 zeigt, der im Takifugu-Kugelfisch gefunden wird. [13] Dies kann den Prozess der Verwendung von Versuchstieren als Modelle der menschlichen angeborenen Immunität erschweren.

Wirbeltier-TLRs werden nach Ähnlichkeit in die Familien TLR 1/2/6/10/14/15, TLR 3, TLR 4, TLR 5, TLR 7/8/9 und TLR 11/12/13/16/21 unterteilt /22/23. [13]

TLRs in Drosophila Immunität Bearbeiten

Die Beteiligung der Toll-Signalgebung an der Immunität wurde erstmals bei der Fruchtfliege nachgewiesen, Drosophila melanogaster. [18] Fruchtfliegen haben nur angeborene Immunantworten, was Studien ermöglicht, eine Störung der adaptiven Immunmechanismen auf die Signalübertragung zu vermeiden. Die Fliegenreaktion auf eine Pilz- oder Bakterieninfektion erfolgt über zwei verschiedene Signalkaskaden, von denen eine der Toll-Pfad und die andere der Immunschwäche-(IMD)-Pfad ist. Der Toll-Signalweg ähnelt dem TLR-Signalweg von Säugetieren, aber im Gegensatz zu TLRs von Säugetieren wird Toll nicht direkt durch Pathogen-assoziierte molekulare Muster (PAMPs) aktiviert. Seine Rezeptor-Ektodomäne erkennt die gespaltene Form des Zytokins Spätzle, das als inaktive dimere Vorstufe in die Hämolymphe sezerniert wird. Der Toll-Rezeptor teilt die zytoplasmatische TIR-Domäne mit Säugetier-TLRs, aber die Ektodomäne und der intrazytoplasmatische Schwanz sind unterschiedlich. Dieser Unterschied könnte eher eine Funktion dieser Rezeptoren als Zytokinrezeptoren als als PRRs widerspiegeln.

Der Toll-Signalweg wird durch verschiedene Stimuli aktiviert, wie zum Beispiel grampositive Bakterien, Pilze und Virulenzfaktoren. [16] [19] Zunächst wird das Spätzle-Processing-Enzym (SPE) als Reaktion auf eine Infektion aktiviert und spaltet Spätzle (spz). Gespaltene Spätzle binden dann an den Toll-Rezeptor und vernetzen dessen Ektodomänen. Dies löst Konformationsänderungen im Rezeptor aus, was zu einer Signalübertragung durch Toll führt. Von diesem Punkt an ist die Signalkaskade der Signalübertragung von Säugetieren durch TLRs sehr ähnlich. Der Toll-induzierte Signalisierungskomplex (TICS) besteht aus MyD88, Tube und Pelle (dem Ortholog der Säugetier-IRAK). Das Signal von TICS wird dann auf Cactus (Homolog von Säugetier-IκB) transduziert, phosphorylierter Cactus wird polyubiquityliert und abgebaut, was eine nukleäre Translokation von DIF (dorsal-related immune factor ein Homolog von Säugetier-NF-κB) und die Induktion der Transkription von Genen für antimikrobielle Peptide ermöglicht (AMPs) wie Drosomycin. [20]

Drosophilie habe insgesamt 9 Maut Familie und 6 spz Familiengene, die unterschiedlich stark miteinander interagieren. [21]

TLR2 Bearbeiten

TLR2 wurde auch als CD282 (Differenzierungscluster 282) bezeichnet.

TLR3 Bearbeiten

TLR3 verwendet nicht den MyD88-abhängigen Signalweg. Ihr Ligand ist retrovirale doppelsträngige RNA (dsRNA), die den TRIF-abhängigen Signalweg aktiviert. Um die Rolle dieses Weges bei der retroviralen Umprogrammierung zu untersuchen, wurden Knock-Down-Techniken von TLR3 oder TRIF entwickelt, und die Ergebnisse zeigten, dass nur der TLR3-Weg für die vollständige Induktion der Zielgenexpression durch den Retrovirus-Expressionsvektor erforderlich ist. Diese retrovirale Expression von vier Transkriptionsfaktoren (Oct4, Sox2, Klf4 und c-Myc OSKM) induziert Pluripotenz in somatischen Zellen. Dies wird durch eine Studie gestützt, die zeigt, dass die Effizienz und Menge der humanen iPSC-Erzeugung unter Verwendung retroviraler Vektoren durch Knockdown des Signalwegs mit Peptidinhibitoren oder shRNA Knockdown von TLR3 oder seinem Adapterprotein TRIF reduziert wird. Zusammenfassend führt die Stimulation von TLR3 zu großen Veränderungen im Chromatin-Remodelling und der nuklearen Reprogrammierung, und für diese Veränderungen ist die Aktivierung von Entzündungswegen, die Induktion von Pluripotenzgenen und die Erzeugung von Kolonien von humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSC) erforderlich. [22]

TLR11 Bearbeiten

Wie oben erwähnt, exprimieren menschliche Zellen kein TLR11, aber Mäusezellen tun dies. Mausspezifisches TLR11 erkennt uropathogene E coli und der Apikomplexan-Parasit Toxoplasma gondii. Mit Toxoplasma sein Ligand ist das Protein Profilin, aber der Ligand für E coli ist noch nicht bekannt. Kürzlich der Enteropathogen Salmonellen spp. wurde ein Ligand gefunden, der von TLR11 gebunden wird. Salmonellen sind ein gramnegatives Flagellationsbakterium, das beim Menschen durch Lebensmittel und Wasser übertragene Gastroenteritis und Typhus verursacht. TLR11 im Darm der Maus erkennt das Flagellun-Protein Flagellin, was eine Dimerisierung des Rezeptors, eine Aktivierung von NF-κB und die Produktion von inflammatorischen Zytokinen verursacht. TLR11-defiziente Mäuse (Knockout-Maus) werden mit oral verabreichtem . effizient infiziert Salmonellen Typhi. S. Typhi normalerweise keine Mäuse infiziert, ist es ein menschlicher obligatorischer Erreger, der Typhus verursacht, von dem mehr als 20 Millionen Menschen betroffen sind und mehr als 220.000 Todesfälle pro Jahr verursacht werden. Aus diesem Grund wurden Studien durchgeführt und festgestellt, dass tlr-/- Mäuse immunisiert werden können gegen S. Typhi und sie werden als Tiermodell verwendet, um Immunantworten gegen diesen Erreger zu untersuchen und für die Entwicklung von Impfstoffen, die möglicherweise in der Zukunft verwendet werden könnten. [23]

Toll-like-Rezeptoren binden und werden durch verschiedene Liganden aktiviert, die sich wiederum auf verschiedenen Arten von Organismen oder Strukturen befinden. Sie haben auch unterschiedliche Adapter, um auf die Aktivierung zu reagieren, und befinden sich manchmal an der Zelloberfläche und manchmal an inneren Zellkompartimenten. Darüber hinaus werden sie von verschiedenen Arten von Leukozyten oder anderen Zelltypen exprimiert:

    /Makrophagen
  • eine Untergruppe von dendritischen Zellen
  • Monozyten/Makrophagen
  • Neutrophile [25][26]
  • Dendritische Zellen
  • B-Lymphozyten
  • Monozyten/Makrophagen
  • Neutrophile [25]
  • Myeloische dendritische Zellen [26]
  • Mastzellen
  • B-Lymphozyten (nur bei Mäusen) [27][28]
  • Brustkrebszellen
  • Monozyten/Makrophagen
  • eine Untergruppe von dendritischen Zellen
  • Darmepithel
  • Brustkrebszellen
  • B-Lymphozyten
  • Monozyten/Makrophagen
  • Mastzellen
  • B-Lymphozyten
  • Monozyten/Makrophagen [26]
  • B-Lymphozyten
  • Monozyten/Makrophagen
  • eine Untergruppe von dendritischen Zellen
  • Mastzellen
  • Darmepithelzellen (IECs) *nur bei Morbus Crohn oder Colitis ulcerosa
  • Monozyten/Makrophagen
  • Plasmazytoide dendritische Zellen [26]
  • B-Lymphozyten
  • B-Zellen [32][33]
  • Darmepithelzellen [34]
  • Monozyten/Makrophagen [34]
  • Monozyten/Makrophagen Zellen Epithel
  • Neuronen [38]
  • plasmazytoide dendritische Zellen
  • konventionelle dendritische Zellen
  • Makrophagen
  • Monozyten/Makrophagen
  • konventionelle dendritische Zellen

Aufgrund der Spezifität von Toll-like-Rezeptoren (und anderen angeborenen Immunrezeptoren) können sie im Laufe der Evolution nicht leicht verändert werden diese Bedrohungen (dh können nicht mit Eigenmolekülen verwechselt werden, die normalerweise unter physiologischen Bedingungen exprimiert werden). Pathogen-assoziierte Moleküle, die diese Anforderung erfüllen, gelten als kritisch für die Funktion des Pathogens und schwer durch Mutation zu verändern, sie gelten als evolutionär konserviert. Etwas konservierte Merkmale bei Krankheitserregern sind bakterielle Zelloberflächen-Lipopolysaccharide (LPS), Lipoproteine, Lipopeptide und Lipoarabinomannan-Proteine ​​wie Flagellin aus bakterieller Flagellen-Doppelstrang-RNA von Viren oder die unmethylierten CpG-Inseln der bakteriellen und viralen DNA sowie der CpG-Inseln in den Promotoren der eukaryontischen DNA sowie in bestimmten anderen RNA- und DNA-Molekülen gefunden. Für die meisten TLRs wurde die Ligandenerkennungsspezifität inzwischen durch Gen-Targeting (auch als "Gen-Knockout" bekannt) etabliert: eine Technik, mit der einzelne Gene in Mäusen selektiv deletiert werden können. [42] [43] Eine Zusammenfassung bekannter TLR-Liganden finden Sie in der Tabelle unten.

Endogene Liganden Bearbeiten

Die stereotype Entzündungsreaktion, die durch die Aktivierung des Toll-Like-Rezeptors hervorgerufen wird, hat zu Spekulationen geführt, dass endogene Aktivatoren von Toll-Like-Rezeptoren an Autoimmunerkrankungen beteiligt sein könnten. Es wurde vermutet, dass TLRs an Wirtsmoleküle binden, darunter Fibrinogen (beteiligt an der Blutgerinnung), Hitzeschockproteine ​​(HSPs), HMGB1, Komponenten der extrazellulären Matrix und Eigen-DNA (diese wird normalerweise durch Nukleasen abgebaut, kann sich jedoch unter entzündlichen und autoimmunen Bedingungen bilden einen Komplex mit endogenen Proteinen, werden gegen diese Nukleasen resistent und erhalten Zugang zu endosomalen TLRs als TLR7 oder TLR9). Diese endogenen Liganden werden normalerweise als Folge von unphysiologischem Zelltod produziert. [44]

Es wird angenommen, dass TLRs als Dimere fungieren. Obwohl die meisten TLRs als Homodimere zu wirken scheinen, bildet TLR2 mit TLR1 oder TLR6 Heterodimere, wobei jedes Dimer eine andere Ligandenspezifität aufweist. TLRs können auch von anderen Co-Rezeptoren für die volle Ligandensensitivität abhängen, wie im Fall der Erkennung von LPS durch TLR4, die MD-2 erfordert. CD14 und LPS-bindendes Protein (LBP) sind dafür bekannt, die Präsentation von LPS an MD-2 zu erleichtern.

Ein Satz endosomaler TLRs, bestehend aus TLR3, TLR7, TLR8 und TLR9, erkennt Nukleinsäuren, die von Viren stammen, sowie endogene Nukleinsäuren im Zusammenhang mit pathogenen Ereignissen. Die Aktivierung dieser Rezeptoren führt zur Produktion von entzündlichen Zytokinen sowie von Typ-I-Interferonen (Interferon-Typ-I), um eine Virusinfektion zu bekämpfen.

Die Adapterproteine ​​und Kinasen, die die TLR-Signalgebung vermitteln, wurden ebenfalls ins Visier genommen. Darüber hinaus wurde die zufällige Keimbahnmutagenese mit ENU verwendet, um die TLR-Signalwege zu entschlüsseln. Wenn sie aktiviert werden, rekrutieren TLRs Adaptermoleküle im Zytoplasma von Zellen, um ein Signal zu verbreiten. Es ist bekannt, dass vier Adaptermoleküle an der Signalübertragung beteiligt sind. Diese Proteine ​​sind bekannt als MyD88, TIRAP (auch Mal genannt), TRIF und TRAM (TRIF-verwandtes Adaptermolekül). [45] [46] [47]

Die TLR-Signalgebung wird in zwei verschiedene Signalwege unterteilt, den MyD88-abhängigen und den TRIF-abhängigen Signalweg.

MyD88-abhängiger Pfad Bearbeiten

Die MyD88-abhängige Antwort tritt bei der Dimerisierung des TLR-Rezeptors auf und wird von jedem TLR außer TLR3 verwendet. Seine primäre Wirkung ist die Aktivierung von NFκB und der Mitogen-aktivierten Proteinkinase. Ligandenbindung und Konformationsänderung, die im Rezeptor auftritt, rekrutieren das Adapterprotein MyD88, ein Mitglied der TIR-Familie. MyD88 rekrutiert dann IRAK4, IRAK1 und IRAK2. IRAK-Kinasen phosphorylieren und aktivieren dann das Protein TRAF6, das wiederum das Protein TAK1 polyubiquiniert, sowie sich selbst, um die Bindung an IKK-β zu erleichtern. Bei der Bindung phosphoryliert TAK1 IKK-β, das dann IκB phosphoryliert, was seinen Abbau bewirkt und es NFκB ermöglicht, in den Zellkern zu diffundieren und die Transkription und die daraus folgende Induktion von entzündlichen Zytokinen zu aktivieren. [44]

TRIF-abhängiger Pfad Bearbeiten

Sowohl TLR3 als auch TLR4 verwenden den TRIF-abhängigen Weg, der durch dsRNA bzw. LPS ausgelöst wird. Bei TLR3 führt dsRNA zur Aktivierung des Rezeptors und rekrutiert den Adapter TRIF. TRIF aktiviert die Kinasen TBK1 und RIPK1, wodurch eine Verzweigung im Signalweg entsteht. Der TRIF/TBK1-Signalkomplex phosphoryliert IRF3, was seine Translokation in den Zellkern und die Produktion von Interferon Typ I ermöglicht. Währenddessen bewirkt die Aktivierung von RIPK1 die Polyubiquitinierung und Aktivierung der TAK1- und NFκB-Transkription auf die gleiche Weise wie beim MyD88-abhängigen Signalweg. [44]

Die TLR-Signalgebung führt letztendlich zur Induktion oder Suppression von Genen, die die Entzündungsreaktion orchestrieren. Insgesamt werden Tausende von Genen durch TLR-Signale aktiviert, und zusammen bilden die TLRs eines der pleiotropesten, aber am strengsten regulierten Gateways für die Genmodulation.

TLR4 ist das einzige TLR, das alle vier Adapter verwendet. Komplex bestehend aus TLR4, MD2 und LPS rekrutiert die TIR-Domänen-enthaltenden Adapter TIRAP und MyD88 und initiiert so die Aktivierung von NFκB (frühe Phase) und MAPK. Der TLR4-MD2-LPS-Komplex durchläuft dann eine Endozytose und bildet im Endosom einen Signalkomplex mit TRAM- und TRIF-Adaptern. Dieser TRIF-abhängige Weg führt wiederum zur IRF3-Aktivierung und zur Produktion von Typ-I-Interferonen, aber er aktiviert auch die NFκB-Aktivierung in der Spätphase. Sowohl die Spät- als auch die Frühphasenaktivierung von NFκB ist für die Produktion von inflammatorischen Zytokinen erforderlich. [44]

Imiquimod (hauptsächlich in der Dermatologie verwendet) ist ein TLR7-Agonist und sein Nachfolger Resiquimod ist ein TLR7- und TLR8-Agonist. [48] ​​Kürzlich wurde Resiquimod als Wirkstoff für die Krebsimmuntherapie untersucht, [49] der durch Stimulation tumorassoziierter Makrophagen wirkt.

Mehrere TLR-Liganden befinden sich in der klinischen Entwicklung oder werden in Tiermodellen als Impfstoff-Adjuvantien getestet [50] mit der ersten klinischen Anwendung beim Menschen im Jahr 2017 in einem rekombinanten Herpes-Zoster-Impfstoff, der eine Monophosphoryl-Lipid-A-Komponente enthält.

Es wurde über TLR7-Messenger-RNA-Expressionsspiegel bei Milchtieren bei einem natürlichen Ausbruch der Maul- und Klauenseuche berichtet. [51]

TLR4 hat sich als wichtig für die langfristigen Nebenwirkungen von Opioiden erwiesen. Seine Aktivierung führt zu einer nachgeschalteten Freisetzung von Entzündungsmodulatoren, einschließlich TNF-α und IL-1β, und es wird angenommen, dass eine konstante Freisetzung dieser Modulatoren in niedriger Konzentration die Wirksamkeit der Opioid-Medikamentenbehandlung mit der Zeit verringert und an der Opioidtoleranz beteiligt ist [52] [53] Hyperalgesie und Allodynie. [54] [55] Die durch Morphin induzierte TLR4-Aktivierung schwächt die Schmerzunterdrückung durch Opioide ab und fördert die Entwicklung von Opioidtoleranz und -sucht, Drogenmissbrauch und anderen negativen Nebenwirkungen wie Atemdepression und Hyperalgesie. [56] Es wurde gezeigt, dass Medikamente, die die Wirkung von TNF-α oder IL-1β blockieren, die analgetische Wirkung von Opioiden verstärken und die Entwicklung von Toleranz und anderen Nebenwirkungen reduzieren [57] [58] und dies wurde auch gezeigt mit Medikamenten, die TLR4 selbst blockieren.

Die „unnatürlichen“ Enantiomere von Opioid-Arzneimitteln wie (+)-Morphin und (+)-Naloxon haben keine Affinität zu Opioid-Rezeptoren, erzeugen bei TLR4 immer noch die gleiche Aktivität wie ihre „normalen“ Enantiomere. [59] [60] So können „unnatürliche“ Entianomere von Opioiden wie (+)-Naloxon verwendet werden, um die TLR4-Aktivität von Opioid-Analgetika zu blockieren, ohne eine Affinität zum μ-Opioid-Rezeptor zu haben [61] [60] [ 62]

Als Mikroben zum ersten Mal als Ursache von Infektionskrankheiten erkannt wurden, war sofort klar, dass vielzellige Organismen in der Lage sein müssen, sie bei einer Infektion zu erkennen und daher in der Lage sein, nur für Mikroben einzigartige Moleküle zu erkennen. Die Suche nach den Schlüsselmolekülen und ihren Rezeptoren wird durch eine umfangreiche Literatur, die den größten Teil des letzten Jahrhunderts umfasst, bestätigt. Vor mehr als 100 Jahren prägte Richard Pfeiffer, ein Schüler von Robert Koch, den Begriff "Endotoxin", um eine Substanz zu beschreiben, die von gramnegativen Bakterien produziert wird und bei Versuchstieren Fieber und Schock auslösen kann. In den folgenden Jahrzehnten wurde Endotoxin chemisch charakterisiert und als Lipopolysaccharid (LPS) identifiziert, das von den meisten gramnegativen Bakterien produziert wird. Dieses Lipopolysaccharid ist ein integraler Bestandteil der gramnegativen Membran und wird bei der Zerstörung des Bakteriums freigesetzt. Es wurde gezeigt, dass andere Moleküle (bakterielle Lipopeptide, Flagellin und unmethylierte DNA) wiederum Wirtsreaktionen hervorrufen, die normalerweise schützend wirken. Diese Reaktionen können jedoch schädlich sein, wenn sie übermäßig lang oder intensiv sind. Daraus folgte logisch, dass es Rezeptoren für solche Moleküle geben muss, die den Wirt vor einer Infektion warnen können, aber diese blieben viele Jahre lang schwer fassbar. Toll-like-Rezeptoren zählen heute zu den Schlüsselmolekülen, die das Immunsystem auf mikrobielle Infektionen aufmerksam machen.

Das prototypische Familienmitglied, das Maut Rezeptor ( P08953 Tl) in der Fruchtfliege Drosophila melanogaster, wurde 1985 von den Nobelpreisträgern Christiane Nüsslein-Volhard und Eric Wieschaus und Kollegen 1995 entdeckt. Es war für seine Entwicklungsfunktion in der Embryogenese durch die Etablierung der dorsal-ventralen Achse bekannt. Es wurde nach Christiane Nüsslein-Volhards Ausruf von 1985 benannt:Das ist ja toll!" ("Das ist erstaunlich!"), in Anlehnung an den unterentwickelten ventralen Teil einer Fruchtfliegenlarve. [4] Es wurde 1988 vom Labor von Kathryn Anderson geklont. [63] 1996 Maut wurde von Jules A. Hoffmann und seinen Kollegen festgestellt, dass sie eine wesentliche Rolle bei der Immunität der Fliege gegen Pilzinfektionen spielen, was sie durch die Aktivierung der Synthese antimikrobieller Peptide erreicht. [18]

Der erste beschriebene humane Toll-like-Rezeptor wurde 1994 von Nomura und Kollegen beschrieben, [64] von Taguchi und Kollegen 1996 einem Chromosom zugeordnet. [65] Da die Immunfunktion von Toll in Drosophila zu diesem Zeitpunkt noch nicht bekannt war, wurde angenommen, dass TIL (jetzt bekannt als TLR1) an der Entwicklung von Säugetieren beteiligt sein könnte. 1991 (vor der Entdeckung von TIL) wurde jedoch beobachtet, dass ein Molekül mit einer eindeutigen Rolle bei der Immunfunktion bei Säugetieren, der Interleukin-1 (IL-1)-Rezeptor, auch eine Homologie zu Drosophila aufwies, die die zytoplasmatischen Teile beider Moleküle waren ähnlich. [66]

1997 zeigten Charles Janeway und Ruslan Medzhitov, dass ein Toll-like-Rezeptor, der heute als TLR4 bekannt ist, bei künstlicher Ligierung mit Antikörpern die Aktivierung bestimmter Gene induzieren kann, die für die Auslösung einer adaptiven Immunantwort erforderlich sind. [7] Die Funktion von TLR 4 als LPS-Sensor wurde von Bruce A. Beutler und Kollegen entdeckt. [67] Diese Arbeiter verwendeten positionelles Klonen, um zu beweisen, dass Mäuse, die nicht auf LPS reagieren konnten, Mutationen aufwiesen, die die Funktion von TLR4 aufhoben. Dies identifizierte TLR4 als eine der Schlüsselkomponenten des Rezeptors für LPS.

Die anderen TLR-Gene wurden wiederum in Mäusen durch Gen-Targeting abgetragen, größtenteils im Labor von Shizuo Akira und Kollegen. Es wird nun angenommen, dass jeder TLR eine diskrete Ansammlung von Molekülen – einige mikrobiellen Ursprungs und einige Produkte von Zellschäden – erkennt und das Vorhandensein von Infektionen signalisiert. [68]

Pflanzenhomologe von Maut wurden 1995 von Pamela Ronald (Reis XA21) [69] und Thomas Boller 2000 (Arabidopsis FLS2). [70]

2011 erhielten Beutler und Hoffmann für ihre Arbeit den Nobelpreis für Medizin oder Physiologie. [71] Hoffmann und Akira erhielten 2011 den Canada Gairdner International Award. [72]


Was sind die Funktionen von Glykoproteinen?

Glykoproteine ​​sind eine Form von Protein, die Zuckerreste enthält. Glykoproteine ​​befinden sich normalerweise an der Oberfläche von Zellen und unterstützen wichtige Prozesse im Körper.

Glykoproteine ​​sind eine Form von Protein, die Zuckerreste enthält. Die verschiedenen Eigenschaften des Zuckers können sich ändern, sodass er sich an eine Eigenschaft des Proteins anheftet. Glykoproteine ​​sind auf Zucker angewiesen, um richtig zu funktionieren. Zucker hilft ihnen, ihr Ziel im Organismus der Zelle zu erreichen. Sie spielen im Körper auf Zellebene eine wichtige Rolle. Glykoproteine ​​befinden sich normalerweise an der Oberfläche von Zellen. Hier wirken sie als Membranproteine, die manchmal wichtige Prozesse des Körpers wie die Fortpflanzung erleichtern. Es gibt drei verschiedene Arten von Glykoproteinen, die durch ihren Synthesemechanismus und ihre Struktur differenziert bestimmt werden. Diese Glykoproteine ​​sind entweder N-gebundene, O-gebundene oder nicht-enzymatische Glykoproteine.

Verstehen, wie Glykoproteine ​​im Körper funktionieren Glykoproteine ​​helfen bei der Entwicklung der Gewebefunktion, wenn sie sich an die im Körper befindlichen Zellen anheften. Glykoproteine ​​kommen in Bindegewebe, Zellwänden und Blutplasma vor. Je nachdem, wo sie sich im Körper befinden, weisen sie strukturelle Unterschiede auf. Glykoproteine ​​spielen eine wichtige Rolle bei der Fortpflanzung, da sie sich auf der Oberfläche der Spermien befinden. Glykoproteine ​​verändern die Permeabilität der Plasmamembran, wodurch die Anziehung von Eizellen zu den Samenzellen erleichtert wird.

N-verknüpfte Glykoproteine Diese Arten von Glykoproteinen werden in den Membranorganellen einer Zelle modifiziert und synthetisiert. Der Proteinanteil des Glykoproteins wird an der Oberfläche von anderen Aminosäuren gebildet. Dadurch entsteht eine lineare Polymerkette von Aminosäuren, die als Polypeptid bezeichnet wird. Mindestens 20 verschiedene Arten von Aminosäuren werden verwendet, um Polypeptide zu erzeugen. Die Reihenfolge der Aminosäuren in der Polypeptidkette ist entscheidend für ihre Funktion. Diese Reihenfolge wird als Aminosäuresequenz bezeichnet. Dies zeigt sich, wenn man bedenkt, dass die Aminosäuren, wenn sie in einer anderen Reihenfolge angeordnet wären, nicht die gleiche Funktion hätten.

Einige dieser N-gebundenen Glykoproteine ​​enthalten Kohlenhydrate. Kohlenhydrate binden sich nicht einzeln an Polypeptide. Stattdessen heften sich Kohlenhydrate, die viele verschiedene Arten von Zuckerresten enthalten, an das translatierte Protein. Die Kohlenhydrate, die sich im Glykoprotein befinden, werden durch Enzyme modifiziert, die auch einen Teil des Zuckers entfernen. Es bindet dann andere Zucker, so dass es neue Glykoproteine ​​​​bildet.

O-gebundene Glykoproteine Diese Arten von Glykoproteinen werden durch Hinzufügen von Zucker zur Hydroxylkette und zu den Polypeptiden hergestellt. Sie unterscheiden sich von den N-gebundenen Glykoproteinen, weil sie durch die Zugabe von Zucker nacheinander hergestellt werden. O-gebundene Glykoproteine ​​werden oft Teil einer extrazellulären Matrix, nachdem sie von der Zelle sezerniert wurden. Diese extrazelluläre Matrix umgibt die O-gebundenen Glykoproteine.

Nicht-enzymatische Glykoproteine Dies erzeugt Glykoproteine, wenn Zucker in einem als Glykosylierung bezeichneten Prozess zu Polypeptiden hinzugefügt wird. Die Zuckerkonzentration und die Zeit steuern die Glykosylierung. Menschen, die höhere Mengen an zirkulierender Glukose haben, erfahren eine höhere Glykosylierung. Darüber hinaus weisen ältere Proteine ​​auch eine höhere Inzidenz der Glykosylierung auf. Dies ist die primäre Grundlage des glykosylierten Hämoglobin-Diagnosetests, der zur Kontrolle des Blutzuckerspiegels bei Diabetikern verwendet wird. Es wird auch für deren langfristige Wartung und Überwachung verwendet.


Ein Signalerkennungspartikel (SRP) lenkt ER-Signalsequenzen zu einem spezifischen Rezeptor in der rauen ER-Membran

Die ER-Signalsequenz wird durch mindestens zwei Komponenten zur ER-Membran geleitet: a Signalerkennungspartikel (SRP), das zwischen der ER-Membran und dem Zytosol zirkuliert und an die Signalsequenz bindet, und an SRP-Rezeptor in der ER-Membran. Das SRP ist ein komplexes Partikel, das aus sechs verschiedenen Polypeptidketten besteht, die an ein einzelnes kleines RNA-Molekül gebunden sind (Abbildung 12.41A). Homologe des SRP und seines Rezeptors werden in allen untersuchten Organismen gefunden, was darauf hindeutet, dass dieser Protein-Targeting-Mechanismus früh in der Evolution entstand und konserviert wurde.

Abbildung 12-41

Das Signalerkennungspartikel (SRP). (A) Ein Säugetier-SRP ist ein verlängerter Komplex, der sechs Proteinuntereinheiten und ein RNA-Molekül (SRP-RNA) enthält. Ein Ende des SRP bindet an eine ER-Signalsequenz an einer wachsenden Polypeptidkette, während das andere Ende bindet (mehr. )

ER-Signalsequenzen variieren stark in der Aminosäuresequenz, aber jede hat acht oder mehr unpolare Aminosäuren in ihrem Zentrum (siehe Tabelle 12-3, S. 667). Wie kann das SRP spezifisch an so viele verschiedene Sequenzen binden? Die Antwort stammt aus der Kristallstruktur des SRP-Proteins, die zeigt, dass die Signalsequenz-Bindungsstelle eine große hydrophobe Tasche ist, die von Methioninen ausgekleidet ist (Abbildung 12.41B). Da Methionine unverzweigte, flexible Seitenketten aufweisen, ist die Tasche ausreichend plastisch, um hydrophobe Signalsequenzen unterschiedlicher Sequenzen und Formen aufzunehmen.

Das SRP bindet an die ER-Signalsequenz, sobald das Peptid aus dem Ribosom ausgetreten ist. Dies führt zu einer Pause in der Proteinsynthese, die dem Ribosom vermutlich genügend Zeit gibt, sich an die ER-Membran zu binden, bevor die Synthese der Polypeptidkette abgeschlossen ist, wodurch sichergestellt wird, dass das Protein nicht in das Zytosol freigesetzt wird. Diese Sicherheitsvorrichtung kann besonders wichtig für sezernierte und lysosomale Hydrolasen sein, die im Zytosol verheerende Auswirkungen haben könnten. Zellen, die große Mengen an Hydrolasen sezernieren, treffen jedoch die zusätzliche Vorsichtsmaßnahme, hohe Konzentrationen an Hydrolase-Inhibitoren in ihrem Zytosol zu haben.

Einmal gebildet, bindet der SRP-Ribosom-Komplex an den SRP-Rezeptor, der ein integrales Membranprotein ist, das nur auf der zytosolischen Oberfläche der rauen ER-Membran exponiert ist. Diese Interaktion bringt den SRP-Ribosom-Komplex zu einem Protein-Translokator. Das SRP und der SRP-Rezeptor werden dann freigesetzt und die wachsende Polypeptidkette wird über die Membran übertragen (Abbildung 12.42).

Abbildung 12-42

Wie ER-Signalsequenzen und SRP Ribosomen zur ER-Membran lenken. Es wird angenommen, dass das SRP und sein Rezeptor zusammenwirken. Das SRP bindet sowohl an die exponierte ER-Signalsequenz als auch an das Ribosom und induziert dadurch eine Translationspause. Der SRP-Rezeptor (mehr. )


DAS MENSCHLICHE GLYCOME – VEREINFACHT

Das Glykom umfasst analog zum Genom oder Proteom alle Glykane einer bestimmten Zelle, eines Gewebes oder Organismus [2]. Das menschliche Glykom (mit einer wichtigen Ausnahme, HA) umfasst Gruppierungen von Zuckern, die kovalent an Proteine ​​oder Lipide gebunden sind ( 1B ). Deren Anteil variiert je nach Gewebe. In vielen Geweben werden die meisten Glykane von Proteinen getragen, während in einigen (wie dem Gehirn) Glykolipide dominieren [18]. Auf Proteinen und Lipiden getragene Glykane sind beide an der GBP-Erkennung, der Zell-Zell- und Pathogen-Zell-Erkennung sowie der Zellregulation beteiligt.

Proteine, die kovalent gebundene Glykane tragen, werden praktischerweise in 2 Untergruppen eingeteilt, die eher willkürlich Glykoproteine ​​und Proteoglykane genannt werden. Glykoproteine ​​tragen typischerweise lineare oder verzweigte Glykane, die aus 1–20 Zuckereinheiten bestehen. Im Vergleich dazu zeichnen sich Proteoglykane (wie Heparansulfat und Chondroitinsulfat) dadurch aus, dass sie eine oder mehrere lange, lineare Ketten wiederholter Disaccharide (Glykosaminoglykane, GAGs) aufweisen, die eine Länge von >100 Zuckereinheiten erreichen und mit Sulfatgruppen verziert sind. Ein einzelnes Protein kann nur eine einzelne Glykankette oder bis zu 100s tragen und kann kurze Glykane, GAG-Ketten oder beides tragen. Ein wichtiges außergewöhnliches Glykan ist HA [19], ein unsubstituiertes lineares Disaccharid, das weder an Lipid noch an Protein kovalent gebunden ist (Abb. 1B). Es besteht aus sich wiederholenden GlcNAc- und Glucuronsäureresten und erreicht enorme Längen, typischerweise ≥ 20.000 Zuckerreste (mehrere Millionen Dalton). Neben seinen wichtigen gelartigen biophysikalischen Eigenschaften sind kleinere Fragmente von HA Ziele der Glykanerkennung und regulieren Entzündungen.

Der größte Teil des menschlichen Glykoms besteht aus nur 9 Zuckern (Abb. 1A und 2). Wie bei anderen Biopolymerkomponenten lohnt es sich, diese auf 2 Ebenen zu betrachten, der atomaren und der Mustererkennungsebene. Die Glykanerkennung durch GBPs wird durch die Anordnung von Protein-Aminosäure-Seitenketten erreicht, die an mehreren chemischen Einheiten (z. B. Hydroxylgruppen, n-Acetylgruppen und Carbonsäuren) an Glykanen. Die chemische Natur und die stereochemische Platzierung jeder Einheit treiben die Erkennung voran, sodass selbst kleine atomare Veränderungen oft wichtig sind. Sieben der 9 Monosaccharide, die den größten Teil des menschlichen Glykoms ausmachen, die in Fig. 2 als Glucose-verwandt bezeichnet werden, unterscheiden sich voneinander in der chemischen Einheit oder Stereochemie an einem einzelnen Kohlenstoff. Obwohl die Unterschiede subtil erscheinen, erzeugen sie hochspezifische Triebkräfte auf atomarer Ebene für die unterschiedliche Erkennung durch GBPs. Die beiden verbleibenden Monosaccharide Fuc und Sia sind sowohl in ihrer Struktur als auch in ihrer Funktion ungewöhnlich. Sia hebt sich unter den menschlichen Glykanmonosacchariden als 9-Kohlenstoff-Zucker hervor, der eine Fülle chemischer Einheiten trägt, die die Glykanerkennung verbessern (siehe mehr unten). Sowohl Sia als auch Fuc werden häufig an den Termini von Glykanen gefunden (Abb. 1B und C), wo sie eng an der Erkennung von GBP-Glykanen beteiligt sind. Im menschlichen Glykom gibt es weitere wichtige Monosaccharide (Iduronsäure und Glucosamin) und Glykane (Glycophosphatidylinositol-Anker und Ö-linked GlcNAc), die hier nicht diskutiert werden, werden Leser, die sich eingehender mit diesen Glykanen befassen möchten, auf exzellente Übersichtsartikel verwiesen [20 –22].

Obwohl Interaktionen auf atomarer Ebene die Bindungsspezifität von GBP-Glykanen vorantreiben, kann ein Großteil der Mustererkennung von Glykanen auf einer höheren Organisationsebene verstanden werden. Die GBP-Erkennung von Glykoprotein und Glykolipidglykanen umfasst typischerweise die äußersten terminalen Gruppierungen von 2–7 spezifisch angeordneten Zuckern, während GAG-bindende Proteine ​​ähnlich große lineare Abschnitte von Zuckern erkennen, die durch definierte Sulfatierungsmuster verziert sind [23]. Unter diesen Glykansignaturen mittlerer Größe sind die Determinanten für die GBP-Erkennung und die damit verbundenen Glykanfunktionen. Um Erkennungsmuster intuitiver zu gestalten, hat sich die Glykobiologie-Gemeinschaft auf eine Symbolnomenklatur (Abb. 1A) geeinigt, die Farben und Formen verwendet, um Monosaccharide darzustellen [3].

Monosaccharide werden enzymatisch miteinander verknüpft, um lineare oder verzweigte Oligosaccharide zu erzeugen. Der eingehende (Donor-)Zucker in aktivierter Form (Nukleotidzucker oder Dolicholphosphatzucker) wird enzymatisch über eine glykosidische Bindung in 1 von 2 stereochemischen Konfigurationen – α oder β – an ein bestimmtes Hydroxyl des Akzeptorzuckers gebunden. Dieser Vorgang wird 1 zu 1 von hochspezifischen Glykosyltransferasen wiederholt, bis ein präzises Zielglykan entsteht. Es gibt 200 humane Glykosyltransferasen [2], von denen jede mehr oder weniger stringent für den Zuckerdonor, die anomere Bindung und die Hydroxylgruppe am Akzeptorzucker ist. Die resultierende Vielfalt von Glykanen kann am ehesten als eine Reihe von Kernstrukturen (die der Protein- oder Lipidbindungsstelle am nächsten sind) verstanden werden, die mit variablen Termini verziert sind, die sich nach außen erstrecken und häufige Ziele der GBP-Bindung sind (Abb. 3).

Thema und Variation im menschlichen Glykom. Die Glykanerkennung beinhaltet oft Variationen von terminalen Glykanstrukturen, die an Kernstrukturen angehängt sind (Verbindungsdetails werden der Einfachheit halber weggelassen). Das obere Feld bietet Beispiele für den invarianten, N-gebundenen Glykoprotein-Pentasaccharid-Kern, einen von mehreren Serin/Threonin-gebundenen Glykoprotein-Kernen und einen gemeinsamen Glykosphingolipid-(Ceramid-gebundenen) Kern. Das untere Feld bietet eine Auswahl von Terminalstrukturen, auf die an anderer Stelle im Text Bezug genommen wird. Eine Darstellung, wie diese auf einer Zelloberfläche gruppiert werden könnten, ist in 1C gezeigt.

In einigen Fällen wird ein biosynthetisches Zielglykan teilweise depolymerisiert und mit verschiedenen endständigen Zuckern wieder aufgebaut oder mit funktionellen Gruppen wie Sulfaten oder Phosphaten enzymatisch derivatisiert. Eine begrenzte Anzahl von Glykosyltransferasen, Glykosidasen und Glykan-modifizierenden Enzymen im menschlichen Genom, jede mit spezifischen und begrenzten Fähigkeiten, definiert die Strukturen des menschlichen Glykoms. Die Biosynthese findet typischerweise im endoplasmatischen Retikulum und im Golgi-Apparat statt, wo die Expressionsniveaus biosynthetischer Enzyme die charakteristischen Glykome jedes Zelltyps definieren. Glykane bedecken die intraluminalen Oberflächen des Golgi-Apparats, der Endosomen und Lysosomen und werden auf dem äußeren Segel der Plasmamembran präsentiert (Abb. 1C). Auf der Zelloberfläche bilden die Glykane eine dichte Bedeckung, die einem Wald gleicht, wobei die Trägerproteine ​​die Baumstämme, die Äste die Kernstrukturen und die äußersten Blätter und Blüten die Termini sind [10]. Wie in Fig. 1C dargestellt, können Glykane assoziieren, um charakteristische Glykanbereiche auf der Oberfläche zu bilden, die verschiedenen Waldarten (Boreal, Laubwald und Tropen) mit unterschiedlichen Funktionen ähneln. Stellt man sich vor, über die Zelloberfläche zu fliegen, würde man auf eine Vielzahl von dichten Wäldern herabblicken, die Krankheitserreger einfallen und andere Zellen haben die Fähigkeit, das Gelände zu lesen und entsprechend zu reagieren.

Menschen (und andere Wirbeltiere) exprimieren einen winzigen Bruchteil der riesigen Palette komplexer Glykane, die in der Natur vorkommen. Jedes charakteristische Glykan hat eine Schlüsselrolle in den Organismen, in denen es gefunden wird, und im Hinblick auf die menschliche Gesundheit spielen einige eine wichtige Rolle bei artenübergreifenden Interaktionen [9, 24]. Obwohl die Untersuchung der breiteren Bibliothek von Glykanen in der Natur faszinierende biologische und medizinische Erkenntnisse liefert, beschränkt sich dieser Aufsatz hauptsächlich auf die Hauptstrukturen des menschlichen Glykoms.


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