Rozklad buněčných
struktur
Přednáška kurzu Molekulární biologie eukaryot
31.10.2019
Jan Šmarda
Ústav experimentální biologie
Přírodovědecká fakulta MU
2
Osnova
• způsoby rozkladu nežádoucích proteinů
• degradace proteinů v lysosomech a proteasomech
• autofagie
• struktura a funkce proteasomů
• značení substrátů pro proteasomový rozklad
• rizika plynoucí z poruch degradace chybně složených proteinů
3
Funkčnost proteinu
závisí na jeho struktuře
• konformace
• vazba kofaktoru
• posttranslační modifikace
• spojení podjednotek
• lokalizace ve správném
buněčném kompartmentu
• regulační/aktivační
modifikace (dočasná)
4
Proč rozkládat molekuly?
• složky buněk mají kratší životaschopnost než buňky – jsou průběžně
nahrazovány
• u zdravého člověka se denně odbourá 300 – 600 g proteinů
• produkty degradace využitelné pro opětnou syntézu a metabolismus
• likvidace špatně složených proteinů
• aktivní likvidace nežádoucích proteinů
(regulace)
5
„Turnover“ proteinů
• běžný obrat proteinů - rovnováha mezi jejich syntézou a degradací
• vychýlení směrem k proteosyntéze – anabolismus
• vychýlení směrem k degradaci – katabolismus
• při stárnutí se „turnover“ proteinů prodlužuje, následkem je zvýšení
hladiny poškozených proteinů
• příčina nebo následek stárnutí?
6
„Turnover“
Rozklad a nahrazování molekul v buňkách:
• konstitutivní turnover: udržovací funkce – pravidelné nahrazování
starších molekul nově syntetizovanými
• regulovaný turnover: rychlý rozklad specifických cílových molekul
v reakci na podněty, např. při přenosech signálů, regulaci buněčného
cyklu nebo při diferenciaci a vývoji
7
Konstitutivní „turnover“
• souvisí s přesným vyvážením syntetických a rozkladných procesů
• obvykle se vyjadřuje jako poločas rozkladu, tj. doba, během které
se rozloží polovina molekul daného typu
• poločas závisí na velikosti molekuly, náboji, termostabilitě, flexibilitě,
hydrofobicitě, způsobu složení a způsobu uspořádání
• poločas rozkladu proteinů se pohybuje v intervalu minut až hodin/dnů
8
Kde probíhá proteolýza?
• riziko poškození buňky
• soustředění do specifických buněčných oddílů:
• lysosomů
• proteasomů
9
Lysosomy
• membránou ohraničené organely, ve kterých jsou soustředěny
rozkladné enzymy
• hlavní organely rozkladu molekul
10
Vakuoly
• organely podobné lysosomům u rostlinných buněk, hub a kvasinek
• rovněž obsahují hydrolytické enzymy
• zásobárny živin a produktů rozkladu
• podíl na zvětšování velikosti
buněk
• udržování turgoru (tlaku na
buněčnou stěnu zevnitř buňky)
11
Lysosomy
• poprvé pozorovány v polovině 50. let 20. stol. a charakterizovány
jako organely, ve kterých se enzymaticky rozkládají proteiny,
uhlovodíky a lipidy
• za objev lysosomů získává v roce 1974 Nobelovu cenu za fyziologii
a medicínu Belgičan Christian de Duve
Christian de Duve
(1917-2013)
12
Lysosomy
• kyselé pH
• obsahují směs cca 40 hydrolytických
enzymů – kyselých hydroláz
• podmínkou aktivity hydroláz je jejich štěpení
– syntetizují se jako neaktivní prekurzory
o vyšší molekulové hmotnosti; aktivující
štěpení probíhá až v lysosomech
• ochrana před nežádoucím rozkladem:
membrána udržuje enzymy mimo cytozol,
ale pokud by do něj pronikly, v neutrálním
pH by nemohly příliš škodit
13
Transport substrátů
a enzymů do lysosomů
• pomocí váčků (vezikulů) z vnějšího
i vnitřního prostoru buňky
• enzymy jsou syntetizovány v
ribozomech hrubého ER a do
lysosomů se přenášejí přes
Golgiho aparát
14
Transport
lysosomálních enzymů
• modifikace prekurzorů enzymů v Golgiho aparátu, glykosylace,
fosforylace
• lysosomální hydrolázy jsou označeny skupinami manoso-6 fosfátu
připojenými k oligosacharidu
15
Transport
lysosomálních enzymů
• skupiny M6P rozeznávají receptory v trans-Golgiho aparátu
• pomocí receptorů a adaptérových proteinů se uzavírají do klathrinových
váčků a transportují do raných endozomů
16
Proteolýza v lysosomech
• nízké pH (4-5) je nezbytné pro účinnou degradaci: podmínka aktivity
enzymů, pomoc při denaturaci substrátů
• pH se udržuje protonovými pumpami, která tlačí H+ do lysosomu
• poháněno hydrolýzou ATP
• proteiny lysosomální membrány jsou vysoce glykosylované, což zvyšuje
jejich odolnost k lysosomálním proteázám
• produkty rozkladu (aminokyseliny, cukry, nukleotidy) se pomocí
transportních proteinů dostávají z
lysosomů do cytozolu a mohou se
podílet na biosyntetických procesech
nebo být vyloučeny ven z buňky
17
Lysosomy jsou heterogenní
• velikost a tvar jsou značně rozmanité (ostatní organely uniformní)
• důsledek rozmanitosti rozkládaných substrátů
• pozůstatky různých mimobuněčných i nitrobuněčných struktur
• fagocytovaných mikroorganismů
• trávené potravy
• pozdní endosomy obsahují vnější materiál z plazmatické membrány
pohlcený endocytózou i nově syntetizované hydrolázy
• hydrolyticky aktivní jsou nejen lysosomy, ale také pozdní endosomy
a endolysozomy
18
Lysosomy jsou heterogenní
• po rozložení většiny dodaného materiálu obsahují pouze
nedegradovatelné nebo jen pomalu degradovatelné zbytky
(reziduální tělísko), které se vyloučí z buňky exocytózou
• je známo více než 30 různých
genetických chorob člověka, které
jsou důsledkem mutací v genech
lysosomálních enzymů: nerozložený
materiál se v lysosomech hromadí
19
Gaucherova nemoc
• dědičná nemoc, patologické ukládání tukových látek (především
glukocerebrosidu) v lidských orgánech
• příčinou je deficit glukosylceramidázy, která katalyzuje štěpení
glukosylceramidu (tj. glukocerebrosidu) na glukózu a ceramid;
nedegradovaný materiál se v lysozomech hromadí – zvětšování tkání
• léčba: substituční enzymová terapie
Philippe Gaucher
(1854-1918)
20
Melanosomy
• speciální lysosomy kožních melanocytů, ve kterých se hromadí pigmenty
• melanosomy pigmenty uvolňují do mimobuněčného prostoru exocytózou
• uvolněné pigmenty jsou fagocytovány keratinocyty, což vede k normální
pigmentaci kůže
• existují genetické choroby, u kterých je exocytóza pigmentů
zablokována, následkem je nedostatečná pigmentace kůže - albinismus
21
Autofagie
• forma buněčné smrti
• z řečtiny: auto=vlastní, vnitřní; fagie=jíst)
• autorem termínu je Christian de Duve, který uvnitř lysosomů
někdy pozoroval velké útvary podobné organelám
• do lysosomů je dopravují speciální transportní váčky –
autofagosomy, které poškozené proteiny nebo organely nejprve
obklopí a pak předají lysosomům
22
Autofagie
• poskytuje buňce živiny a stavební kameny
• nastává v hladovějících nebo infikovaných buňkách
• výměna opotřebovaných organel
• podíl na stárnutí, smrti a dalších procesech
23
Význam autofagie
Fyziologický
• recyklace makromolekul a organel
(rozpad na aminokyseliny,
nukleotidy a volné mastné
kyseliny), obnova energetického
metabolismu
• nevede nutně k zániku buňky
• přežívání za nepříznivých
podmínek (vnitřních i vnějších)
• u mnohobuněčných organismů –
podíl na regulaci embryonálního
vývoje
Patologický
• neurodegenerativní choroby
(hromadění poškozených nebo
toxických proteinů)
• dědičná svalová onemocnění
• infekční onemocnění (podíl na
likvidaci bakteriálních a
virových patogenů)
• nádorová onemocnění
24
Makroautofagie
• uzavření části buněčného obsahu membránou, včetně organel typu
mitochondrií
• vzniká autofagická vakuola (autofagosom), která po fúzi s lysosomem
tvoří autolysosom, jehož obsah se rozloží
25
Nobelova cena 2016
za výzkum autofagie
• výzkum autofagie u kvasinek
• identifikace zodpovědných genů
Jošinori Ósumi
(*1945)
26
Kvasinky a autofagie
• malá velikost buněk, obtížné sledování vnitřních struktur mikroskopií
• nejasné, jestli autofagie u kvasinek vůbec existuje
• Ósumiho nápad: přerušení degradačního procesu, čímž by mohla
vyniknout tvorba autofagosomů a usnadnila by se jejich detekce
• kultivuje mutantní kvasinky postrádající degradační enzymy
• vyhladověním současně stimuluje
autofagii
• výsledek: autofagosomy jasně
patrné elektronovou mikroskopií
27
Esenciální geny autofagie
• Ósumi využívá svých mutantních kmenů, ve kterých je schopen
hladověním vyvolat tvorbu autofagosomů
• tisíce těchto kmenů vystavuje působení mutagenních látek
• hledá varianty, u kterých je tvorba autofagosomů poškozena
• nalézá jich 15
• funkční analýzou prokazuje,
že autofagie je řízena
kaskádovitě, každý protein má
svou přesně definovanou funkci
v dané fázi
• homology kvasinkových genů
fungují u vyšších organismů
28
Význam autofagie - souhrn
• zapojení do degradačních a recyklačních buněčných procesů
• eliminace poškozených proteinů a organel
• eliminace nitrobuněčných bakterií a virů při infekci
• produkce energie a stavebního materiálu pro obnovování buněčných
složek
• součást odpovědi buněk na hladovění a jiné formy stresu
• zapojení do vývojových a diferenciačních procesů
• součást kontrolního mechanismu pro nápravu negativních důsledků
stárnutí
• narušená autofagie prokázána u onemocnění (např. Parkinson,
diabetes typu 2, rakovina)
29
Fagocytóza
• endocytóza velkých částic – mikroorganismů nebo mrtvých buněk
• u prvoků forma výživy
• u mnohobuněčných organismů – ochrana proti infekci, likvidace
senescentních buněk nebo buněk odumřelých apoptózou
• zajišťováno specializovanými buňkami – fagocyty: makrofágy a
neutrofily – produkty krvetvorného
systému
• vysoká aktivita: 1011 senescentních
erytrocytů denně
30
Proteasom
• druhý hlavní buněčný proteolytický systém
• Nobelova cena za chemii v roce 2004
Aaron Ciechanover
(*1947)
Irwin Rose
(*1926)
Avram Hersko
(*1937)
31
Proteasom
• v buňce představuje až 1% všech buněčných proteinů
• tvar válce, uvnitř kterého jsou proteolytická místa štěpící proteiny na
malé peptidy
• poklopy ovlivňují přístupnost válce pro substráty
• substráty jsou abnormální a špatně složené proteiny + normální
proteiny označené k likvidaci
32
Proteasom
• sestaven z mnoha proteinových podjednotek
• regulační systémy ovládají otvírání „poklopů“ a umožňují tak vstup
pouze vybraným nesloženým molekulám
• podmínkou přenosu molekul do proteasomu je jejich modifikace
připojením malého polypeptidu – ubikvitinu – k lyzinovým zbytkům
• nutná energie ATP
33
Proteasom
a kontrola kvality proteosyntézy
• proteosyntéza produkuje řádně složené proteiny: najdou si své
případné vazebné partnery a řádně fungují
• neúplně složené proteiny jsou zacíleny chaperony díky obnaženým
hydrofobním sekvencím a buňka se snaží zajistit, aby dosáhly
správné konformace
• mutace, chyby v transkripci, sestřihu RNA nebo translaci mohou vést
k tvorbě proteinů, které se neposkládají správně, jsou obnaženy
jejich hydrofobní úseky, které mají tendenci mezi sebou nespecificky
agregovat – buňka je
likviduje v proteasomu
34
Proteasom (26S)
• ATP-dependentní komplex proteáz
• katalyzuje rozvolnění a proteolytický rozklad svých substrátů
• složen z katalytického komplexu 20S, který je obklopen dvěma
regulačními komplexy 19S
35
Struktura proteasomu
Jádro proteasomu (20S)
• evolučně konzervativní (baktérie – savci)
• válec složený ze čtyř kruhů (2xα, 2xβ)
• vnitřní komora přístupná pouze otvory na obou koncích
• otvírání poklopů regulováno
• aktivní místa proteolýzy
soustředěna v podjednotkách β
a směřují dovnitř válce
36
Jádro proteasomu (20S)
• podjednotky alfa nemají katalytickou aktivitu, účastní se translokace
substrátu do proteolytické komory
• vlastní hydrolýza na malé peptidy je
zajišťovaná podjednotkami beta a
nevyžaduje ATP
• β1 štěpí kyselé zbytky (caspase-like activity)
• β2 štěpí zásadité zbytky (trypsin-like activity)
• β5 štěpí hydrofobní zbytky (chymotrypsin-like activity)
37
Poklop - podjednotka 19S
• obsahuje víko („lid“) a základnu („base“)
• regulační funkce: rozeznávají a rozplétají substrátové proteiny
15-20 jednotek:
• jednotky bez ATPázové aktivity (n1-n12)
tvoří poklop: rozeznávají ubikvitinem
označené proteiny a odstraňují ubikvitinové
značky pro recyklaci
• ATPázy (t1-t6) tvoří základnu: zajišťují
rozplétání proteinů a jejich transport do
podjednotky 20S
38
Postupný rozklad
proteinů v proteasomu
• víko rozeznává příslušný substrát
• substrát se rozplétá a za spotřeby ATP se
translokuje do válce
• obdobné strukturní rysy s helikázami DNA
39
Postupný rozklad
proteinů v proteasomu
• v rané fázi se odštěpuje ubikvitin pro recyklaci
• hydrolýza je důkladná: na malé peptidy (ne jednorázové štěpení
jako u běžných proteáz)
40
Značení proteinů pro
proteasomovou likvidaci
• regulačním prvkem je vstup do válce proteazomu
• substráty, kterým má být povolen vstup do proteozomu se opatří
specifickou značkou (protein-tagging) – ubikvitinem
• ubikvitin se k cílovém proteinu (lyzinu) připojuje kovalentní vazbou
pomocí specifických enzymů
41
Ubikvitin
• protein o nízké molekulové hmotnosti (76 aminokyselin)
• kompaktní globulární struktura
• evoluční konzervativnost
• vyskytuje se ve všech tkáních všech eukaryotických organismů
• v buňce - volná molekula nebo kovalentně připojená k jiným proteinům
• váže se k aminoskupině lyzinu cílového proteinu
• vazbou několika molekul ubikvitinu vzniká polyubikvitinový řetězec
• proteiny označené polyubikvitinem jsou rozeznány
a degradovány proteasomem
42
Značení molekul ubikvitinem
• aktivace ubikvitinu
• katalyzovaná ubikvitin-aktivujícím enzymem E1
• reakce je podmíněna ATP
• výsledkem je ubikvitin připojený svým C-koncem k
cysteinu proteinu E1 thioesterovou vazbou
43
Značení molekul ubikvitinem
• ubikvitin se přenáší z E1 na cystein ubikvitinkonjugujícího
enzymu E2
• enzymy E2 fungují v komplexu s enzymy E3;
tento komplex se označuje jako ubikvitin-ligáza
44
Značení molekul ubikvitinem
• různé ubikvitin-ligázy rozeznávají určité degradační signály (tzv. degrony)
na cílových proteinech prostřednictvím části E3 - rozeznání substrátu
• ubikvitin-ligázy pak zajišťují vlastní ubikvitinaci
• vznikají polyubikvitinové řetězce připojené k lyzinu
cílového proteinu, resp. předchozího ubikvitinu
45
Průběh degradace
• vazba poly-Ub označeného substrátu k Ub-receptorové podjednotce
proteasomu
• odštěpení Ub izopeptidázami (deubikvitinázami) vázanými na poklop
• rozvinutí a translokace substrátu do válce proteazomu
• degradace substrátu na malé peptidy
46
Specifita
proteasomového systému
• správný výběr substrátu zajišťují ubikvitinové ligázy
• u savců je popsáno cca 30 různých enzymů E2 a stovky proteinů E3
• různé komplexy reagují na specifické degradační signály (např.
fosforylace, spojení s jinými proteiny, chybně složené proteiny, apod.)
47
Ubikvitinace a deubikvitinace
• tvorba thioesterové vazby mezi C-koncovým glycinem Ub a cysteinem
v aktivním místě enzymu E1
• přímý přenos Ub z E1 na E2
• přenos Ub na lyzin substrátu
• DUBs (deubikvitinační enzymy)
jsou cysteinové proteázy specificky
štěpící konjugáty Ub – antagonizují E3
48
Deubikvitinační enzymy
• DUB1: postupně odstraňuje molekuly ubikvitinu od vzdáleného
konce řetězce
• DUB2: odštěpuje ubikvitinový řetězec od substrátu
• DUB3: destabilizuje neukotvené řetězce ubikvitinu
Význam: tvorba volného Ub (recyklace), odstranění Ub z cílových
proteinů
49
Významné cíle
proteasomové degradace
• regulátory buněčného cyklu a růstu
• složky buněčných signálních kaskád
• transkripční faktory
• enzymy zapojené do metabolických reakcí
• varianty proteinů vytvořené v důsledku mutace nebo defektní
proteosyntézy
• antigeny hlavního histokompatibilitního komplexu třídy I
• ztráta funkce proteasomu je pro buňky letální
50
Příklady
řízené destrukce proteinů
• likvidace špatně složených nebo jinak abnormálních proteinů
• likvidace normálních proteinů, jejichž poločas rozpadu je z
nějakého důvodu potřeba zkrátit (např. v souvislosti se změnou
stavu buňky, buněčným cyklem, apod.)
• existují proteiny s přirozeně krátkým poločasem rozpadu,
jiné se rychle rozkládají jen podmínečně, jinak jsou stabilní
• např. některé cykliny – přirozeně stabilní v průběhu cyklu se
v určité fázi rychle rozkládají
51
Mechanismy
řízené destrukce proteinů
• aktivace ubikvitin-ligázy fosforylací podjednotky E3 nebo
alosterickou aktivací pomocnou molekulou
• APC = ubikvitin-ligáza, která se aktivuje ve správné fázi buněčného cyklu
přidáním aktivační podjednotky
• APC pak označí ubikvitinem sekurin
52
Mechanismy
řízené destrukce proteinů
• modifikace substrátu, která umožní jeho označení ubikvitinem
• signál z vnějšího nebo vnitřního prostoru buňky
typy modifikace:
• fosforylace, která obnaží degradační signál, který je normálně ukryt
uvnitř proteinu
• disociace proteinové podjednotky, která ukrývá degradační signál
• štěpení určité peptidové vazby
za vzniku nové domény, která
je rozeznána E3 jako nestabilní
53
Řízená destrukce proteinů
- NFκB/IκB
• NFκB (Rel) je důležitý transkripční
faktor
• aktivace NFκB je podmíněna
degradací inhibitoru IκB
• autoregulace: NFκB indukuje
transkripci genu IκB
• hlavní funkce IκB: zabránění
transportu NFκB do jádra
vytvořením komplexu NFκB/IκB
v cytoplazmě (transkripčně aktivační
funkce NFκB se v cytoplazmě neuplatní)
• hladina IκB v buňce je určena mírou jeho degradace
54
Aktivace NFκB
• signál zachycen na buněčném povrchu - aktivace IκB kináz (IKK)
• fosforylace IκB
• fosforylovaná molekula IκB je substrátem pro ubikvitinaci
• molekula IκB s navázaným polyubikvitinovým řetězcem je degradována
proteazomem
• molekula NFκB zbavená IκB se translokuje do jádra a indukuje transkripci
svých cílových genů
• molekula IκB opatřená SUMO-1 nepodléhá modifikaci ubikvitinem a
nemůže být proto degradována: transkripce řízená NFκB zastavena
55
SUMO-1
(Small Ubiquitin-like Modifier)
• protein podobný ubikvitinu
• kovalentně se připojuje k buněčným proteinům
• připojení SUMO je posttranslační modifikace ovlivňující funkci daného
proteinu (pozměňuje interakce protein-protein, nitrobuněčnou lokalizaci,
stabilitu, atd.)
• substráty jsou:
- regulátory nitrobuněčného transportu
- regulátory transkripce
- regulátory apoptózy
- regulátory buněčného cyklu
- regulátory stresové odpovědi
56
Značení proteinem SUMO-1
• pro značení substrátů používá podobnou dráhu jako ubikvitin
• aktivuje se proteázou SENP, která
odštěpí několik aminokyselin z C-konce
• aktivovaná varianta SUMO-1 se
připojuje k SAE (SUMO-activating
enzyme) – ekvivalent E1
• ten jej přenáší na Ubc9 (ekvivalent E2)
• SUMO-1-Ubc9 rozeznává substrát:
přenos SUMO-1 na cílový proteinu
pomocí E3
57
Protein p53
• chrání genom před mutacemi
• transkripční faktor, který ovlivňuje buněčnou proliferaci, apoptózu
• hladina p53 je řízena ubikvitinovou degradační drahou
• v normálních buňkách je p53 konstitutivně ubikvitinován ubikvitin
ligázou Mdm2 a průběžně odbouráván
• stresové signály aktivují p53 tím,
že inhibují jeho degradaci
58
AP-1 („activator protein 1“)
• transkripční faktor složený z dvojice členů proteinových rodin Fos a Jun
• zprostředkovává reakce na vnější signály zajištěním indukce exprese genů
zapojených do řízení buněčného cyklu, diferenciace a apoptózy
• hladiny proteinů Fos a Jun v buňce jsou určeny mírou degradace
ubikvitinovou drahou
• existují onkoproteiny v-Jun a
v-Fos, které postrádají domény
podléhající modifikaci ubikvitinem
- proteiny jsou mnohem stabilnější
59
Chybně složené proteiny
jsou nebezpečné
• pokud uniknou buněčnému kontrolního
systému mohou způsobit závažné choroby
(např. srpkovitou anémii – záměna hydrofilní
kyseliny glutamové za hydrofobní valin v
molekule hemoglobinu)
• mutace způsobí chybné složení proteinu, který
má kvůli obnaženým hydrofobním částem
tendenci tvořit agregáty
• agregáty proteinů mohou buňky vážně
poškodit nebo usmrtit
• závažná je i mutace jediné alely daného genu
– normální alela nezabrání vzniku choroby,
protože vznik agregátů nemůže odvrátit
60
Nefunkční systém pro
kontrolu kvality proteinů
• může být problém u stárnoucího organismu
• tolerance chybně složených proteinů,
• budou agregovat, získají odolnost k proteolýze
• agregáty mohou narušovat funkci buněk
• agregáty se z odumřelých buněk mohou
uvolnit do extracelulární matrix a tam se
hromadit, čímž danou tkáň poškozují
• nejnáchylnější je mozková tkáň
• agregáty proteinů jsou podstatným faktorem
vzniku neurodegenerativních chorob
61
Agregáty proteinů v mozku
u neurodegenerativních chorob
• Alzheimerova choroba
• Parkinsonova choroba
• Huntingtonova choroba
• agregáty obvykle obsahují určitý protein, který zodpovídá za vznik
choroby
• agregáty proteinů unikají rozkladu v proteazomu (ucpání?)
62
Agregáty proteinů v mozku u
neurodegenerativních chorob
Typ choroby dysfunkce
Alzheimerova choroba Zablokování funkce proteazomu
abnormálními formami Ub
Huntingtonova choroba Zablokování funkce proteazomu
proteinem, které obsahuje
expandované oblasti polyglutaminu
Familiální Parkinsonova
choroba
Mutace vedoucí k ztrátě funkce
ubikvitin ligázy E3
63
HUNTINGTONOVA CHOROBA
• důsledek expanze CAG (kodón kódující
glutamin) v genu kódujícím Huntingtin
• mutantní Huntingtin obsahující abnormálně
dlouhý polyglutaminový úsek je náchylný
k vzájemným agregacím
• agregáty poškozují mozkovou tkáň
• degradace agregátů proteasomem je
významně snížena
George Huntington
(1850-1916)
64
PARKINSONOVA CHOROBA
• neurony v mozku pacientů často obsahují inkluzní –
tzv. Lewyho tělíska
• Lewyho tělíska obsahují agregáty proteinu
α-synukleinu
• α-synuklein se podílí na přenosu signálů
mezi neurony
• příčinou akumulace α-synukleinu je zřejmě mutace v genu kódujícím
E3 ubikvitin ligázu, která zodpovídá za ubikvitinaci α-synukleinu
James Parkinson
(1755-1824)
65
Amyloidní plaky
v postižené tkáni
• agregáty jsou nebezpečné v okamžiku, kdy se stanou odolnými k
proteolýze
• problematické agregáty často tvoří fibrily, které se skládají ve
vrstvách na sebe a tvoří velké sloupce β-struktur – tzv. křížová
beta-filamenta
• abnormálně složené proteiny různého typu tvoří obdobnou strukturu
• je velmi rezistentní k proteolýze
• často přítomny u různých
neurologických chorob
• lze identifikovat barvením
jako tzv. amyloidní plaky
66
Prionové choroby
• na rozdíl od Huntigtonovy nebo Alzheimerovy nemoci jsou prionové
choroby infekční
• podstatou šíření je to, že jeden organismus s potravou přijme tkáň
obsahující proteinový agregát
• chybně složený a agregovaný prionový protein PrP způsobuje
chorobu zvanou skrapie (u ovcí), hovězí spongioformní
encefalopatie – BSE (u krav) a Creutzfeldt – Jacobova nemoc
(u člověka)
67
Protein Prp
• normálně umístěn na vnějším povrchu plazmatické membrány,
především u neuronů
• funkce neznámá, patrně zapojen do transportu měďnatých iontů
• nebezpečná vlastnost proteinu: může se vyskytovat ve velmi specifické
– patologické konformaci, která proteinu PrP umožňuje odolnost k
proteázám
• umožní tvorbu křížových beta-filament
• umožní pozměnit do této konformace i normální proteiny (je „infekční“)
68
Protein Prp*
• patologická varianta prionového proteinu
• rychle se šíří z buňky do buňky v mozku
• způsobuje smrt u zvířat i člověka
• může být nebezpečné jíst tkáně nemocných zvířat
69
Skládání a degradace proteinů
– závěr cesty od genu k proteinu
konečná hladina řádně složeného
proteinu v buňce závisí na účinnosti
každého z kroků genové exprese
70
Souhrn
• stabilita proteinů ovlivňuje jejich aktuální hladinu v buňce stejně
jako účinnost jejich syntézy
• rozklad proteinů zajišťují lysozomy a proteazomy
• proteazomová degradace postihuje substráty značené
polyubikvitinovým řetězcem
• poruchy rozkladu proteinů mohou mít vážné důsledky
• nežádoucí proteiny odolné k proteolýze mohou agregovat a
narušovat funkci tkání nebo se dokonce šířit do druhých organizmů
http://fof.wz.cz/madcow.htm