پرش به محتوا

قانون انتهای N

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

قانون انتهای N قانونی است که بر سرعت تجزیه پروتئین از طریق شناسایی باقی ماندهٔ پایانهٔ N پروتئین‌ها نظارت می‌کند. این قانون بیان می‌کند که اسید آمینه پایانه N در یک پروتئین نیمه عمر آن را تعیین می‌کند (منظور از نیمهٔ عمر در اینجا مدت زمانی است که پس از آن نیمی از مقدار کل یک پلی پپتید معین تجزیه می‌شود). این قانون برای ارگانیسم‌های یوکاریوتی و پروکاریوتی با شدت، قوانین و نتایج متفاوت اعمال می‌شود.[۱] در سلول‌های یوکاریوتی، این باقیمانده‌های N به عنوان پایانه شناسایی شده و توسط لیگازهای یوبی‌کوئیتین مورد هدف قرار می‌گیرند، و در نتیجه یوبیکوتین را واسطه می‌کنند و در نتیجه پروتئین را برای تجزیه مشخص می‌کنند.[۲] این قانون در ابتدا توسط الکساندر ورشاوسکی و همکارانش در سال[۳] کشف شد. با این حال، فقط تخمین‌های خامی از نیمه عمر پروتئین را می‌توان از این «قانون» نتیجه گرفت، زیرا تغییر اسید آمینه پایانهٔ N می‌تواند منجر به تنوع و ناهنجاری شود، در حالی که تأثیر اسید آمینه هم می‌تواند از یک ارگانیسم به ارگانیسم دیگر تغییر کند. سایر سیگنال‌های تخریب، که به عنوان دگرون شناخته می‌شوند، نیز به ترتیب یافت می‌شوند.

قوانین در موجودات مختلف

[ویرایش]

این قانون ممکن است در ارگانیسم‌های مختلف به‌طور متفاوت عمل کند.

مخمر

[ویرایش]

باقیمانده‌های پایانه N - نیمه عمر تقریبی پروتئین‌ها برای ساکارومایسس سرویزیه[۳] به شرح زیر است:

  • Met, Gly, Ala, Ser, Thr, Val, Pro -> 20 ساعت (تثبیت کننده)
  • Ile, Glu - تقریباً. ۳۰ دقیقه (تثبیت کننده)
  • Tyr, Gln - تقریباً. ۱۰ دقیقه (بی‌ثبات کننده)
  • Leu, Phe, Asp, Lys - تقریباً. ۳ دقیقه (بی‌ثبات کننده)
  • Arg - تقریباً ۲ دقیقه (بی‌ثبات کننده)

پستانداران

[ویرایش]

باقی مانده‌های پایانه N - نیمه عمر تقریبی پروتئین‌ها در سیستم‌های پستانداران[۴] به شرح زیر است:

* Val (V)→ 100h
  • Met (M), Gly (G) → 30h
  • Pro (P) → 20h
  • Ile (I)→ 20h
  • Thr (T) → 7.2h
  • Leu (L) → 5.5h
  • Ala (A) → 4.4h
  • His (H) → 3.5h
  • Trp (W) → 2.8h
  • Tyr (Y) → 2.8h
  • Ser (S) → 1.9h
  • Asn (N) → 1.4h
  • Lys (K) → 1.3h
  • Cys (C) → 1.2h
  • Asp (D) → 1.1h
  • Phe (F) → 1.1h
  • Glu (E) → 1.0h
  • Arg (R) → 1.0h
  • Gln (Q) → 0.8h

باکتری‌ها

[ویرایش]

در اشرشیاکلی، برخی از باقی مانده‌های آلیفاتیک و معطر در پایانهٔ N، مانند آرژنین، لیزین، لوسین، فنیل آلانین، تیروزین و تریپتوفان دارای بار مثبت و برخی از باقی مانده‌های آلیفاتیک و آروماتیک در پایانه N هستند که نیمه عمر کوتاهی در حدود ۲ دقیقه دارند و به سرعت تجزیه می‌شوند.[۵] این باقی مانده‌ها (زمانی که در پایانه N پروتئین قرار دارند) به عنوان باقی مانده‌های بی‌ثبات کننده نامیده می‌شوند. در باکتری‌ها، باقی‌مانده‌های بی‌ثبات‌کننده را می‌توان به‌عنوان باقی‌مانده‌های بی‌ثبات‌کننده اولیه (لوسین، فنیل آلانین، تیروزین و تریپتوفان) یا باقی‌مانده‌های بی‌ثبات‌کننده ثانویه (آرژنین، لیزین و در مورد خاص متیونین[۶]) تعریف کرد. باقیمانده‌های بی‌ثبات‌کننده ثانویه با اتصال یک باقیمانده بی‌ثبات‌کننده اولیه توسط آنزیم لوسیل/فنیل آلانین-tRNA-پروتئین ترانسفراز اصلاح می‌شوند.[۵][۶] تمام اسیدهای آمینه دیگر هنگامی که در انتهای N پروتئین قرار می‌گیرند به عنوان باقی مانده‌های تثبیت کننده نامیده می‌شوند و نیمه عمر آنها بیش از ۱۰ ساعت است.[۵] پروتئین‌هایی که دارای یک باقیمانده بی‌ثبات‌کننده اولیه N ترمینال هستند، به‌طور خاص توسط N-شناسایی باکتریایی (جزء شناسایی) ClpS شناسایی می‌شوند.[۷][۸] ClpS به عنوان یک پروتئین آداپتور خاص برای AAA + پروتئاز ClpAP وابسته به ATP است و از این رو ClpS بسترهای دگرون در پایانه N- را برای تخریب به ClpAP می‌دهد.

یک مسئله پیچیده این است که اولین باقی مانده پروتئین‌های باکتریایی به‌طور معمول با یک فرمیل متیونین پایانهٔ N (f-Met) بیان می‌شود. گروه فرمیل این متیونین به سرعت حذف می‌شود و خود متیونین سپس توسط متیونیل آمینوپپتیداز حذف می‌شود. حذف متیونین زمانی کارآمدتر است که باقیمانده دوم کوچک و بدون بار باشد (به عنوان مثال آلانین)، اما زمانی که حجیم و باردار باشد مانند آرژنین ناکارآمد است. هنگامی که f-Met حذف شد، باقیمانده دوم تبدیل به باقیمانده پایانه N می‌شود و تابع قانون انتهای N می‌باشد. پس مانده‌هایی با زنجیره‌های جانبی اندازه متوسط مانند لوسین به عنوان باقیمانده دوم ممکن است نیمه عمر کوتاهی داشته باشند.[۹]

کلروپلاست‌ها

[ویرایش]

دلایل متعددی وجود دارد که چرا این امکان وجود دارد که قانون انتهای N در اندامک کلروپلاست سلول‌های گیاهی نیز عمل کند.[۱۰] اولین شواهد از نظریه درون همزیستی ناشی می‌شود که شامل این ایده است که کلروپلاست‌ها از سیانوباکتری‌ها، موجودات فتوسنتزی که می‌توانند نور را به انرژی تبدیل کنند، مشتق شده‌اند.[۱۱][۱۲] تصور می‌شود که کلروپلاست از درون همزیستی بین یک سلول یوکاریوتی و یک سیانوباکتری ایجاد شده‌است، زیرا کلروپلاست‌ها دارای چندین ویژگی از جمله قابلیت‌های فتوسنتزی با باکتری هستند.[۱۱][۱۲] قانون پایان N باکتریایی قبلاً به خوبی مستند شده‌است. این شامل سیستم پروتئاز Clp است که از پروتئین آداپتور ClpS و ClpA/P و هسته پروتئاز تشکیل شده‌است.[۵][۷][۱۳] یک سیستم Clp مشابه در استرومای کلروپلاست وجود دارد، که نشان می‌دهد قانون انتهای N ممکن است به‌طور مشابه در کلروپلاست‌ها و باکتری‌ها عمل کند.[۱۰][۱۴]

علاوه بر این، یک مطالعه در سال ۲۰۱۳ در رشادی گوش‌موشی پروتئین ClpS1 را نشان داد که یک همولوگ پلاستید احتمالی باکتری ClpS Recognin است.[۱۵] ClpS یک پروتئین آداپتور باکتریایی است که مسئول شناسایی نسبت غلظتهای پروتئینی از طریق باقیمانده‌های ترمینال N آنها و تحویل آنها به هسته پروتئاز برای تخریب است.[۷] این مطالعه نشان می‌دهد که ClpS1 از نظر عملکردی مشابه ClpS است، همچنین نقشی در شناسایی سوبسترا از طریق باقی‌مانده‌های خاص N ترمینال (دگرون‌ها) مانند همتای باکتریایی آن ایفا می‌کند.[۱۵] فرض بر این است که پس از شناسایی، ClpS1 به این پروتئین‌های سوبسترا متصل می‌شود و آنها را به همراه ClpC ماشین هسته پروتئاز می‌آورد تا تخریب را آغاز کند.[۱۵]

در پژوهش دیگری، پروتئین‌های استرومایی رشادی گوش‌موشی برای تعیین فراوانی نسبی باقی‌مانده‌های خاص پایانهٔ N آنالیز شدند.[۱۶] این مطالعه نشان داد که آلانین، سرین، ترئونین و والین فراوان‌ترین باقیمانده‌های ترمینال N بودند، در حالی که لوسین، فنیل آلانین، تریپتوفان و تیروزین (همه محرک‌های تخریب در باکتری‌ها) از باقی مانده‌هایی بودند که به ندرت شناسایی شدند.[۱۶]

علاوه بر این، یک سنجش میل ترکیبی با استفاده از ClpS1 و باقیمانده‌های N ترمینال برای تعیین اینکه آیا ClpS1 واقعاً دارای شرکای اتصال خاصی است یا خیر، انجام شد.[۱۷] این مطالعه نشان داد که فنیل آلانین و تریپتوفان به‌طور خاص به ClpS1 متصل می‌شوند و آنها را کاندیدهای اصلی برای N-degron در کلروپلاست‌ها می‌کند.[۱۷]

در حال حاضر تحقیقات بیشتری برای تأیید اینکه آیا قانون انتهای N در کلروپلاست‌ها عمل می‌کند یا خیر، در حال انجام است.[۱۰][۱۷]

آپیکوپلاست

[ویرایش]

آپیکوپلاست یک پلاستید غیر فتوسنتزی مشتق شده است که در اکثر آپی کمپلکس‌ها از جمله توکسوپلاسما گوندی، پلاسمودیوم فالسیپاروم و سایر گونه‌های پلاسمودیوم یافت می‌شود. (انگل‌های عامل مالاریا). مشابه گیاهان، چندین گونه هاگداران، از جمله پلاسمودیوم فالسیپاروم، حاوی تمام اجزای لازم[۱۸][۱۹] مورد نیاز برای یک Clp-protease موضعی در هاگدان هستند، از جمله یک همولوگ بالقوه از باکتری ClpS N-recognin.[۲۰][۲۱] داده‌های آزمایشگاهی نشان می‌دهند که پلاسمودیوم فالسیپاروم ClpS قادر به تشخیص انواع باقی‌مانده‌های بی‌ثبات‌کننده اولیه N ترمینال است، نه تنها باقی‌مانده‌های کلاسیک بی‌ثبات‌کننده اولیه باکتریایی (لوسین، فنیل آلانین، تیروزین و تریپتوفان) بلکه همچنین ایزولوسین پایانهٔ N و ویژگی‌های آن را نشان می‌دهد. (در مقایسه با همتای باکتریایی آن).[۲۱]

منابع

[ویرایش]
  1. ↑ Varshavsky A (January 1997). "The N-end rule pathway of protein degradation". Genes to Cells. 2 (1): 13–28. doi:10.1046/j.1365-2443.1997.1020301.x. PMID 9112437.
  2. ↑ Tasaki T, Sriram SM, Park KS, Kwon YT (2012). "The N-end rule pathway". Annual Review of Biochemistry. 81: 261–89. doi:10.1146/annurev-biochem-051710-093308. PMC 3610525. PMID 22524314.
  3. ↑ ۳٫۰ ۳٫۱ Bachmair A, Finley D, Varshavsky A (October 1986). "In vivo half-life of a protein is a function of its amino-terminal residue". Science. 234 (4773): 179–86. Bibcode:1986Sci...234..179B. doi:10.1126/science.3018930. PMID 3018930. خطای یادکرد: برچسب <ref> نامعتبر؛ نام «Bachmair» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.).
  4. ↑ Gonda DK, Bachmair A, Wünning I, Tobias JW, Lane WS, Varshavsky A (October 1989). "Universality and structure of the N-end rule". The Journal of Biological Chemistry. 264 (28): 16700–12. doi:10.1016/S0021-9258(19)84762-2. PMID 2506181.
  5. ↑ ۵٫۰ ۵٫۱ ۵٫۲ ۵٫۳ Tobias JW, Shrader TE, Rocap G, Varshavsky A (November 1991). "The N-end rule in bacteria". Science. 254 (5036): 1374–7. Bibcode:1991Sci...254.1374T. doi:10.1126/science.1962196. PMID 1962196. خطای یادکرد: برچسب <ref> نامعتبر؛ نام «Tobias1991» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.).
  6. ↑ ۶٫۰ ۶٫۱ Ninnis RL, Spall SK, Talbo GH, Truscott KN, Dougan DA (June 2009). "Modification of PATase by L/F-transferase generates a ClpS-dependent N-end rule substrate in Escherichia coli". The EMBO Journal. 28 (12): 1732–44. doi:10.1038/emboj.2009.134. PMC 2699360. PMID 19440203.
  7. ↑ ۷٫۰ ۷٫۱ ۷٫۲ Erbse A, Schmidt R, Bornemann T, Schneider-Mergener J, Mogk A, Zahn R, Dougan DA, Bukau B (February 2006). "ClpS is an essential component of the N-end rule pathway in Escherichia coli". Nature. 439 (7077): 753–6. Bibcode:2006Natur.439..753E. doi:10.1038/nature04412. PMID 16467841. {{cite journal}}: Unknown parameter |displayauthors= ignored (|display-authors= suggested) (help) خطای یادکرد: برچسب <ref> نامعتبر؛ نام «:1» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.).
  8. ↑ Schuenemann VJ, Kralik SM, Albrecht R, Spall SK, Truscott KN, Dougan DA, Zeth K (May 2009). "Structural basis of N-end rule substrate recognition in Escherichia coli by the ClpAP adaptor protein ClpS". EMBO Reports. 10 (5): 508–14. doi:10.1038/embor.2009.62. PMC 2680879. PMID 19373253.
  9. ↑ Hirel PH, Schmitter MJ, Dessen P, Fayat G, Blanquet S (November 1989). "Extent of N-terminal methionine excision from Escherichia coli proteins is governed by the side-chain length of the penultimate amino acid". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 86 (21): 8247–51. Bibcode:1989PNAS...86.8247H. doi:10.1073/pnas.86.21.8247. PMC 298257. PMID 2682640.
  10. ↑ ۱۰٫۰ ۱۰٫۱ ۱۰٫۲ Bouchnak I, van Wijk KJ (October 2019). "N-Degron Pathways in Plastids". Trends in Plant Science. 24 (10): 917–926. doi:10.1016/j.tplants.2019.06.013. PMID 31300194. خطای یادکرد: برچسب <ref> نامعتبر؛ نام «Bouchnak2019» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.).
  11. ↑ ۱۱٫۰ ۱۱٫۱ Archibald JM (October 2015). "Endosymbiosis and Eukaryotic Cell Evolution". Current Biology (به انگلیسی). 25 (19): R911-21. doi:10.1016/j.cub.2015.07.055. PMID 26439354.
  12. ↑ ۱۲٫۰ ۱۲٫۱ McFadden GI (January 2001). "Chloroplast origin and integration". Plant Physiology. 125 (1): 50–3. doi:10.1104/pp.125.1.50. PMC 1539323. PMID 11154294.
  13. ↑ Dougan DA, Micevski D, Truscott KN (January 2012). "The N-end rule pathway: from recognition by N-recognins, to destruction by AAA+proteases". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research. 1823 (1): 83–91. doi:10.1016/j.bbamcr.2011.07.002. PMID 21781991.
  14. ↑ Nishimura K, van Wijk KJ (September 2015). "Organization, function and substrates of the essential Clp protease system in plastids". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics. 1847 (9): 915–30. doi:10.1016/j.bbabio.2014.11.012. PMID 25482260.
  15. ↑ ۱۵٫۰ ۱۵٫۱ ۱۵٫۲ Nishimura K, Asakura Y, Friso G, Kim J, Oh SH, Rutschow H, Ponnala L, van Wijk KJ (June 2013). "ClpS1 is a conserved substrate selector for the chloroplast Clp protease system in Arabidopsis". The Plant Cell. 25 (6): 2276–301. doi:10.1105/tpc.113.112557. PMC 3723626. PMID 23898032. {{cite journal}}: Unknown parameter |displayauthors= ignored (|display-authors= suggested) (help)
  16. ↑ ۱۶٫۰ ۱۶٫۱ Rowland E, Kim J, Bhuiyan NH, van Wijk KJ (November 2015). "The Arabidopsis Chloroplast Stromal N-Terminome: Complexities of Amino-Terminal Protein Maturation and Stability". Plant Physiology. 169 (3): 1881–96. doi:10.1104/pp.15.01214. PMC 4634096. PMID 26371235.
  17. ↑ ۱۷٫۰ ۱۷٫۱ ۱۷٫۲ Montandon C, Dougan DA, van Wijk KJ (May 2019). "N-degron specificity of chloroplast ClpS1 in plants". FEBS Letters. 593 (9): 962–970. doi:10.1002/1873-3468.13378. PMID 30953344. خطای یادکرد: برچسب <ref> نامعتبر؛ نام «Montandon2019» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.).
  18. ↑ Florentin A, Cobb DW, Fishburn JD, Cipriano MJ, Kim PS, Fierro MA, Striepen B, Muralidharan V (November 2017). "PfClpC Is an Essential Clp Chaperone Required for Plastid Integrity and Clp Protease Stability in Plasmodium falciparum". Cell Reports. 21 (7): 1746–1756. doi:10.1016/j.celrep.2017.10.081. PMC 5726808. PMID 29141210. {{cite journal}}: Unknown parameter |displayauthors= ignored (|display-authors= suggested) (help)
  19. ↑ El Bakkouri M, Rathore S, Calmettes C, Wernimont AK, Liu K, Sinha D, Asad M, Jung P, Hui R, Mohmmed A, Houry WA (January 2013). "Structural insights into the inactive subunit of the apicoplast-localized caseinolytic protease complex of Plasmodium falciparum". The Journal of Biological Chemistry. 288 (2): 1022–31. doi:10.1074/jbc.M112.416560. PMC 3542988. PMID 23192353. {{cite journal}}: Unknown parameter |displayauthors= ignored (|display-authors= suggested) (help)
  20. ↑ LaCount DJ, Vignali M, Chettier R, Phansalkar A, Bell R, Hesselberth JR, Schoenfeld LW, Ota I, Sahasrabudhe S, Kurschner C, Fields S, Hughes RE (November 2005). "A protein interaction network of the malaria parasite Plasmodium falciparum". Nature. 438 (7064): 103–7. Bibcode:2005Natur.438..103L. doi:10.1038/nature04104. PMID 16267556. {{cite journal}}: Unknown parameter |displayauthors= ignored (|display-authors= suggested) (help)
  21. ↑ ۲۱٫۰ ۲۱٫۱ Tan JL, Ward L, Truscott KN, Dougan DA (October 2016). "The N-end rule adaptor protein ClpS from Plasmodium falciparum exhibits broad substrate specificity". FEBS Letters. 590 (19): 3397–3406. doi:10.1002/1873-3468.12382. PMID 27588721.
برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=قانون_انتهای_N&oldid=40750931»