Ρύθμιση της μετάφρασης. Η μετάφραση του mrna της φερριτίνης ρυθμίζεται από τη διαθεσιμότητα σιδήρου

Transcript

1 Ρύθμιση της μετάφρασης Η μετάφραση του mrna της φερριτίνης ρυθμίζεται από τη διαθεσιμότητα σιδήρου

2 Ρύθμιση της μετάφρασης 2. Πρόσδεση πρωτεϊνικών καταστολέων σε αλληλουχίες της 3 περιοχής, στη μη-μεταφραζόμενη περιοχή 3. Εντοπισμός mrna π.χ: σε ωοκύτταρα, εμβρυϊκά κύτταρα & ινοβλάστες 4. Το μήκος ουράς των πολυ-α αποτελεί ρυθμιστικό μηχανισμό μετάφρασης Πολλά mrna, που αποθηκεύονται στο ωοκύτταρο έχουν κοντές ουρές μήκους Όμως, στο κατάλληλο ανπτυξιακό στάδιο, άλλοι πρωτεϊνικοί παράγοντες επιμηκύνουν την ουρά πολυ-α στο φυσιολογικό μήκος. Αυτό καθιστά δυνατή τη πρόσδεση της PABP που διεγείρει τη μετάφραση μέσω αλληλεπίδρασης με τον eif4g

3 RNA induced Silencing Complex, RISC RNA Σύμπλοκο αποσιώπησης Ρύθμιση της μετάφρασης 5. Ρύθμιση από μη-κωδικά RNA Φαινόμενο περεμβολής RNA (RNA Interference, RNAi) 1. τα βραχέα παρεμβαλόμενα RNA (sirna, small interfering RNA) & 2. τα μικροrna (mirna, microrna) 5α. Η ρύθμιση της μετάφρασης από sirna RISC Dicer -Είναι μικρού μήκους δίκλωνα RNA, που αφορούν το Φαινόμενο Παρεμβολής RNA -Και οι 2 τύποι RNA έχουν μήκος ~22 νουκλεοτίδια αλλά διαφέρουν στη προέλευσή

4 5. Ρύθμιση από μη-κωδικά RNA Ρύθμιση της μετάφρασης 5β. Η ρύθμιση της μετάφρασης από mirna 1. Tα προ-πρόδρομα mirna μεταγράφονται από την RNA πολυμεράση ΙΙ & έχουν μήκος ~70 νουκλεοτίδια 2. Tα mirna, ως δίκλωνα μόρια 22 νουκλεοτιδίων, παράγονται με τεμαχισμό από τις νουκλεάσες Drosha & Dicer Drosha Dicer 3. Tο RISC μεταφέρει ένα κλώνο mirna στον mrnaστόχο που ζευγαρώνει με τις συμπληρωματικές του βάσεις RISC 4. Tο mirna συνδέεται στο RISC & αποπεριελίσσεται 5. Ζευγαρώνοντας ο κλώνος mirna με το mrna-στόχο: α. τέλεια, οδηγεί στην κοπή του mrna Β. μη πλήρως, οδηγεί στη καταστολή της μετάφρασης μέσω αποαδενυλίωσης & αποικοδόμησής του

5 Ρύθμιση της μετάφρασης 6. Η ρύθμιση ενεργότητας των Παραγόντων Έναρξης της μετάφρασης Με το μηχανισμό αυτό δεν επηρεάζεται η μετάφραση συγκεκριμμένων mrna αλλά συνολικά, η πρωτεϊνική ικανότητα του κυττάρου Ο μηχανισμός βασίζεται στη τροποποίηση ενεργότητας των παραγόντων eif2 & eif4 Stress response

6 7. Οι Αυξητικοί Παράγοντες Ρύθμιση της μετάφρασης Ρυθμίζουν την ενεργότητα του eif4e, που προσδένεται στη καλύπτρα στο 5 άκρο των mrna Eνεργοποιούν κινάσες που φωσφορυλιώνουν τις πρωτεϊνες πρόσδεσης στον eif4e, τις 4E-BP (IF4E Binding Proteins)

7 Αναδίπλωση πρωτεϊνών Γενικό μονοπάτι Hsp70 1. Σταθεροποίηση κατά τη μετάφραση: Οι μοριακοί συνοδοί (molecular chaperones), προσδένονται στο αμινοτελικό τμήμα της υπό σύνθεσης πολυπεπτιδικής αλυσίδας (7aa) και το σταθεροποιούν σε μια μη αναδιπλωμένη διαμόρφωση μέχρι να ολοκληρωθεί η πρωτεϊνοσύνθεση. Κατόπιν, το ολοκληρωμένο πολυπεπτίδιο ελευθερώνεται από το ριβόσωμα και αναδιπλώνεται προκειμένου να αποκτήσει τη σωστή στερεοδιαμόρφωση

8 Αναδίπλωση πρωτεϊνών Λανθασμένη αναδίπλωση και Νευροεκφυλιστικά νοσήματα (Alzheimer s, Parkinson) Ινώδη αδιάλυτα συσσωματώματα (αμυλοειδή ινίδια) που συσσωρεύονται στον εξω-κυττάριο χώρο ή στο εσωτερικό του κυττάρου

9 Αναδίπλωση πρωτεϊνών Hsp70 2. Συνοδεία μη αναδιπλωμένων πολυπεπτίδιων κατά τη διάρκεια της μεταφοράς τους στα κυτταρικά οργανίδια

10 Αναδίπλωση πρωτεϊνών 1. Γενικό μονοπάτι Chaperonin (Σαπερονίνη) Hsp70 Το μη αναδιπλωμένο πολυπεπτίδιο μεταφέρεται σε μέλη της οικογένειας chaperonin που σχηματίζουν μια δομή, στο εσωτερικό της οποίας λαμβάνει χώρα η αναδίπλωση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας (και παράλληλα παρεμποδίζεται η αλληλεπίδρασή τους με άλλα πολυπεπτίδια και ο σχηματισμός συσσωματωμάτων) Τόσο για την απελευθέρωση της μη αναδιπλωμένης πολυπεπτιδικής αλυσίδας από τα μέλη της οικογένειας της Hsp70 όσο και για την αναδίπλωσή της στο εσωτερικό των σαπερονινών απαιτείται η υδρόλυση ATP

11 Αναδίπλωση πρωτεϊνών 2. Εναλλακτικό μονοπάτι Hsp90 Στα ευκαρυωτικά κύτταρα ένα εναλλακτικό μονοπάτι που ακολουθούν ορισμένες πρωτεΐνες περιλαμβάνει τη διαδοχική δράση μελών της Hsp70 και της Hsp90. Τα υποστρώματα της Hsp90 είναι πρωτεΐνες που συμμετέχουν στη σηματοδότηση, όπως οι υποδοχείς των στεροειδών ορμονών και μια σειρά πρωτεϊνικών κινασών.

12 Αναδίπλωση πρωτεϊνών 3. Iσομεράση πρωτεϊνικών δισουλφιδικών δεσμών (PDI) Η ισομεράση PDI (protein disulfide isomerase) αλληλεπιδρά με το υπόστρωμά της μέσω δύο καταλοίπων κυστεΐνης του ενεργού της κέντρου και καταλύει τον σχηματισμό δισουλφιδικών δεσμών (ER). 4. Iσομεράση πεπτιδυλοπρολίνης (PPI)

13 Μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις (posttranslational modifications) Τροποποιήσεις που συμβάλλουν στην ωρίμανση των πρωτεϊνών μετά τη μεταγραφή 1. Πρωτεολυτική επεξεργασία 2. Ν-συνδεδεμένη και Ο-συνδεδεμένη Γλυκοζυλίωση 3. Πρόσδεση λιπιδίων

14 Μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις 1. Πρωτεολυτική επεξεργασία Ο ρόλος της αλληλουχίας σήματος στη μεταφορά πρωτεϊνών μέσω μεμβρανών Οι πρωτεΐνες που πρόκειται να μεταφερθούν μέσω της κυτταροπλασματικής μεμβράνης των βακτηρίων ή στο ER των ευκαρυωτικών κυττάρων στοχοποιούνται χάρη σε κατάλληλες Ν-τελικές, αλληλουχίες σήματος (signal sequences), οι οποίες αποτελούνται συνήθως από ~20 υδρόφοβα αμινοξέα. Μόλις οι SS προβάλλουν από το ριβόσωμα, εισέρχονται σε ειδικούς διαύλους της μεμβράνης που πρόκειται να διασχίσουν. Το υπόλοιπο πολυπεπτίδιο τις ακολουθεί ενώ ακόμη συντίθεται, και με τον τρόπο αυτό διασχίζει τη μεμβράνη.

15 Μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις 1. Πρωτεολυτική επεξεργασία Ο ρόλος της αλληλουχίας σήματος στη μεταφορά πρωτεϊνών μέσω μεμβρανών H κοπή της αλληλουχίας σήματος του Ν-τελικού άκρου (προτεολυτική επεξεργασία) αποτελεί σημαντικό βήμα στην πορεία ωρίμανσης κατά τη μεταφορά πρωτεϊνών μέσω μεμβρανών π.χ. όταν πρόκειται να εκκριθούν από το κύτταρο ή να μεταφερθούν σε κάποια οργανίδια (λυσοσώματα, μιτοχόνδρια). Η αλληλουχία σήματος αποκόπτεται χάρη στη δράση της πεπτιδάσης σήματος (signal peptidase) ώστε να απελευθερωθεί η ώριμη πρωτεΐνη.

16 Μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις 1. Πρωτεολυτική επεξεργασία Η πρωτεολυτική επεξεργασία της ινσουλίνης Παρόμοια ωρίμανση ακολουθούν: 1. πεπτικά ένζυμα, 2. παράγοντες που συμμετέχουν στην πήξη του αίματος 3. πρωτεάσες που συμμετέχουν στον προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο 4. πρωτεΐνες πολλών ιών

17 Μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις 1. Πρωτεολυτική επεξεργασία Ρόλος πρωτεόλυσης στον πολλαπλασιασμό του ΗΙV Κατά την αντιγραφή του HIV μια πρωτεάση (HIV-1 protease) που κωδικοποιείται από τον ιό κόβει ορισμένα πρόδρομα ιικά πολυπεπτίδια προκειμένου να σχηματιστούν οι δομικές πρωτείνες του HIV. H πρωτεάση αυτή αποτελεί (μαζί με τη μεταγραφάση) στόχο για την ανάπτυξη φαρμάκων (καταστολείς πρωτεασών).

18 Μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις 2. Γλυκοζυλίωση Στην περίπτωση των Ν-συνδεδεμένων (N-linked) γλυκοπρωτεϊνών, οι υδατανθρακικές αλυσίδες συνδέονται σε κατάλοιπα ασπαραγίνης. Στα αρχαία και ευκαρυωτικά, σπάνια στα βακτήρια. Στην περίπτωση των Ο-συνδεδεμένων(O-linked)* γλυκοπρωτεϊνών, οι υδατανθρακικές αλυσίδες συνδέονται είτε σε κατάλοιπα σερίνης είτε σε κατάλοιπα θρεονίνης.

19 Μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις 2. Γλυκοζυλίωση Η σύνθεση των N-συνδεδεμένων γλυκοπρωτεϊνών Ένας ολιγοσακχαρίτης που αποτελείται από 14 σάκχαρα συντίθεται πάνω σε ένα λιπίδιο-φορέα (στη φωσφορική δολιχόλη) της μεμβράνης του ER. Στη συνέχεια, μεταφέρεται ολόκληρος σε μια ασπαραγίνη-δέκτη του πολυπεπτιδίου, στην αλληλουχία Asn-X-Ser ή Asn-X-Thr (X όλα τα αμινοξέα εκτός προλίνης)

20 Μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις 2. Γλυκοζυλίωση Η επεξεργασία των N-συνδεδεμένων γλυκοπρωτεϊνών

21 Μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις 2. Γλυκοζυλίωση Η σύνθεση των Ο-συνδεδεμένων γλυκοπρωτεϊνών Οι Ο-συνδεδεμένοι ολιγοσακχαρίτες συνήθως αποτελούνται από λίγα μόνο σάκχαρα, τα οποία προστίθενται διαδοχικά το ένα μετά το άλλο. Συνθεση στο εσωτερικό της συσκευής Golgi.

22 Μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις 3. Πρόσδεση λιπιδίων 1. Ν-μυριστιλίωση 2. Πρενυλίωση (CAAX) 3. Άγκυρες GPI (-COOH) 4. Παλμιτυλίωση (Cys) Καρβόξυτελικό ακρο παντού Ν-μυριστιλίωση Εσωτερική όψη της κυτταρικής μεμβράνης

23 Μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις 3. Πρόσδεση λιπιδίων Πρενυλίωση: Προσθήκη φαρνεσυλίου (C15) ή γερανύλ-γερανυλίου (C20), σε Cys, Ser, Thr Π.χ. ογκοπρωτεΐνη Ras CAAX box

24 Μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις 3. Πρόσδεση λιπιδίων Άγκυρες GPI: Προσθήκη γλυκοζυλοφωσφατιδυλοϊνοσιτόλης. Στο εσωτερικό του ΕR, συνοδίᾳ προτεολυτικης κοπής 20 αα Πρόσδεση στην εξωτερική όψη της κυτταροπλασματικής μεμβράνης

25 Ρύθμιση της λειτουργίας πρωτεϊνὠν 1. Αρνητική ανάδραση, Αλλοστερικοί ρυθμιστές 2. Μοριακοί διακόπτες GTPασες 3. Ομοιοπολικές Τροποποιήσεις: φωσφορυλίωση, ακετυλίωση, μεθυλίωση, νιτροζυλίωση, SUMO, ουβικιτίνη

26 Ρύθμιση της λειτουργίας πρωτεϊνὠν 1. Αρνητική ανάδραση, Αλλοστερικοί ρυθμιστές

27 Ρύθμιση της λειτουργίας πρωτεϊνὠν 2. Μοριακοί διακόπτες GTPασες διακόπτης ΙΙ GAP GEF διακόπτης Ι GTP Αλλαγές στη στερεοδιάταξη των πρωτεϊνών Ras. Οι πρωτεΐνες Ras μεταπίπτουν από την ενεργή, συνδεδεμένη με GTP μορφή τους στην ανενεργή, συνδεδεμένη με GDP μορφή τους και αντίστροφα. Η διαφορά ανάμεσα στις δύο μορφές εντοπίζεται κυρίως σε δύο περιοχές του μορίου, οι οποίες αναφέρονται ως διακόπτης Ι και διακόπτης ΙΙ.

28 Ρύθμιση της λειτουργίας πρωτεϊνὠν 3. Ομοιοπολικές Τροποποιήσεις: φωσφορυλίωση

29 Ρύθμιση της λειτουργίας πρωτεϊνὠν 3. Ομοιοπολικές Τροποποιήσεις: νιτροζυλίωση

30 Επιλεκτική Πρωτεόλυση Το μονοπάτι ουβικιτίνηςπρωτεασώματος. Οι πρωτεΐνες στοχοποιούνται για ταχεία αποικοδόμηση μέσω της ομοιοπολικής πρόσδεσης σε αυτές πολλών μορίων ουβικιτίνης. Η ουβικιτίνη αρχικά ενεργοποιείται από το ένζυμο Ε1. Η ενεργοποιημένη ουβικιτίνη μεταφέρεται στη συνέχεια σε ένα από τα διάφορα ένζυμα σύζευξης της ουβικιτίνης (Ε2) που διαθέτει το κύτταρο. Κατόπιν, μια λιγάση της ουβικιτίνης (Ε3) αλληλεπιδρά με το Ε2 και διεκπεραιώνει τη μεταφορά της ουβικιτίνης σε μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη-στόχο. Ακολουθεί η εν σειρά προσθήκη πολλαπλών ουβικιτινών και τέλος η πολυουβικιτινιωμένη πρωτεΐνη αποικοδομείται από ένα σύμπλοκο με ενεργότητα πρωτεάσης (το πρωτεάσωμα).

31 Επιλεκτική Πρωτεόλυση Η αποικοδόμηση της κυκλίνης Β κατά τον κυτταρικό κύκλο. Ο κυτταρικός κύκλος των ευκαρυωτικών κυττάρων ελέγχεται εν μέρει από τη σύνθεση και την αποικοδόμηση της κυκλίνης Β, η οποία λειτουργεί ως ρυθμιστική υπομονάδα της πρωτεϊνικής κινάσης Cdk1. Η κυκλίνη Β συντίθεται κατά τη διάρκεια της μεσόφασης και προσδένεται στη Cdk1. Έτσι σχηματίζεται ένα σύμπλοκο κυκλίνης Β-Cdk1, το οποίο έχει ενεργότητα πρωτεϊνικής κινάσης και διεγείρει την έναρξη της μίτωσης. Η γρήγορη αποικοδόμηση της κυκλίνης Β προς το τέλος της μίτωσης έχει ως συνέπεια την απενεργοποίηση της πρωτεϊνικής κινάσης Cdk1, γεγονός που επιτρέπει στο κύτταρο να εξέλθει από τη μίτωση και να εισέλθει στη μεσόφαση του επόμενου κυτταρικού κύκλου.

32 Μη Επιλεκτική Πρωτεόλυση Αυτοφαγία Τα λυσοσώματα περιέχουν διάφορα πεπτικά ένζυμα, μεταξύ των οποίων πρωτεάσες. Τα αυτοφαγοσώματα σχηματίζονται από εγκολπώσεις της κυτταροπλασματικής μεμβράνης και περιέχουν περιοχές του κυτταροπλάσματος οι οποίες ενδέχεται να περιλαμβάνουν και οργανίδια, για παράδειγμα μιτοχόνδρια. Τα λυσοσώματα συντήκονται με τα αυτοφαγοσώματα και έτσι προκύπτουν φαγολυσοσώματα, τα οποία πέπτουν το περιεχόμενο των αυτοφαγοσωμάτων