Войти
Химическое превращение аргинина в цитруллин, известное как цитруллинирование или деструкция. Цитруллинирование или удаление представляет собой превращение аминокислоты аргинина в белке в аминокислоту цитруллин. Цитруллин не входит в число 20 стандартных аминокислот, кодируемых ДНК в генетическом коде. Вместо этого это результат посттрансляционной модификации. Цитруллинирование отличается от образования свободной аминокислоты цитруллина как части цикла мочевины или как побочного продукта ферментов семейства синтазы оксида азота.
Ферменты, называемые аргининдеиминазами (ADI), катализируют удаление свободного аргинина, в то время как протеин-аргининдезиминазы или пептидиларгининдеиминазы (PAD) заменяют первичный кетимин (= NH) группой кетона (= O). Аргинин заряжен положительно при нейтральном pH, тогда как у цитруллина нет чистого заряда. Это увеличивает гидрофобность белка, что может приводить к изменениям в укладке белка фолдинг, влияя на структуру и функцию.
Иммунная система может атаковать цитруллинированные белки, что приводит к аутоиммунным заболеваниям, таким как ревматоидный артрит (RA) и рассеянный склероз (MS). Фибрин и фибриноген могут быть предпочтительными участками для выведения аргинина в ревматоидных суставах. Тест на наличие антител к цитруллинированному белку (АСР) является высокоспецифичным (88–96%) для ревматоидного артрита, примерно таким же чувствительным, как ревматоидный фактор (70–78%) для диагностики РА, и обнаруживается еще до начала клинического заболевания.
Цитруллинированный виментин может быть аутоантигеном при РА и других аутоиммунных заболеваниях и используется для изучения РА. Более того, антитела против мутантного цитруллинированного виментина (MCV) могут быть полезны для мониторинга эффектов терапии RA. В системе ELISA используется генетически модифицированный цитруллинированный виментин (MCV), встречающаяся в природе изоформа виментина, для улучшения результатов теста.
В реакции аргинина на цитруллин, один из конечных элементов атомы азота боковой цепи аргинина заменены на кислород. Таким образом, положительный заряд аргинина (при физиологическом pH) удаляется, изменяя третичную структуру белка. В реакции используется одна молекула воды, и в качестве побочного продукта получают аммиак :
PAD обнаружены у хордовых, но не у низших животных. У млекопитающих обнаружено пять изотипов PAD - PAD1, PAD2, PAD3, PAD4 и PAD6. Считалось, что PAD5 является уникальным изотипом у людей, однако было показано, что он гомологичен PAD4. Эти изотипы различаются по своему тканевому и клеточному распределению.
Экспрессия PAD1 была обнаружена в эпидермисе и матке, и она действует в цитруллинировании кератина и филаггрина, ключевых компонентов кератиноцитов.
PAD2 экспрессируется на высоком уровне в центральной нервной системе (ЦНС), включая глаз и мозг, а также в скелетных мышцах и селезенке. Транскрипты PAD были обнаружены в глазах мышей C57BL6 / J уже на 14,5-й день эмбриона. Также было показано, что PAD2 взаимодействует с виментином в скелетных мышцах и макрофагах, вызывая разборку филаментов, что предполагает роль в апоптозе.
Одним из целевых субстратов PAD2 является основной белок миелина.. В нормальной сетчатке удаление обнаруживается почти во всех слоях сетчатки, включая фоторецепторы. Об удалении также сообщалось в нейронных клетках, таких как астроциты, микроглия и олигодендроциты, клетки Шванна и нейроны <105.>. Метилирование и фосфорилирование MBP активны в процессе миелиногенеза. На раннем этапе развития ЦНС эмбриона удаление MBP играет важную роль в сборке миелина. У взрослых удаление MBP обнаруживается при демиелинизирующих заболеваниях, таких как рассеянный склероз. MBP может влиять на разные типы клеток в каждом случае.
Экспрессия PAD3 была связана с модификацией овечьей шерсти. Цитруллинирование трихогиалина позволяет ему связывать и перекрестно сшивать кератиновые волокна, направляя рост шерстяных волокон.
PAD4 регулирует экспрессию генов посредством модификаций гистона. ДНК обернута вокруг гистонов, и гистоновые белки могут контролировать экспрессию ДНК при добавлении и удалении химических групп. Этот процесс известен как посттрансляционный процессинг или посттрансляционная модификация, потому что он происходит в белке после трансляции ДНК. Роль посттрансляционного процессинга в регуляции генов является предметом постоянно растущей области исследований эпигенетики. Одним из механизмов модификации является метилирование. Метильная группа (CH 3) связывается с аргинином на гистоновом белке, изменяя связывание ДНК с гистоном и обеспечивая возможность транскрипции. Когда PAD превращает аргинин в цитруллин на гистоне, он блокирует дальнейшее метилирование гистона, подавляя транскрипцию. Основным изотипом для этого является PAD4, который деиминирует аргинины и / или монометилированные аргинины на гистонах 3 и 4, выключая эффекты метилирования аргинина.
При ревматоидном артрите и других аутоиммунных заболеваниях. При заболеваниях, таких как псориатический артрит, системная красная волчанка и синдром Шегрена, аутоантитела часто атакуют цитруллинированные белки. Присутствие антитела против цитруллинированного белка является стандартным тестом на ревматоидный артрит и ассоциируется с более тяжелым заболеванием. Цитруллинированные белки также обнаруживаются в клеточных остатках, сопровождающих разрушение клеток при болезни Альцгеймера и после курения сигарет. Таким образом, цитруллинирование, по-видимому, является частью механизма, стимулирующего иммунную систему при аутоиммунных заболеваниях. Однако цитруллинированные белки также могут быть обнаружены в здоровой толстой кишке слизистой оболочке.
Первый подробный учебник по делиминации был опубликован в 2014 году.
Цитруллинированные пептиды и белки могут быть обнаружены с использованием антител, нацеленных на цитруллинированные остатки, или обнаружены с использованием технологий масс-спектрометрии на основе протеомики. Цитруллинирование аргинина приводит к моноизотопному увеличению массы на +0,984016 Да, что может быть измерено с помощью масс-спектрометрии. Массовый сдвиг близок к разнице масс между разными изотопами пептида +1,008665, которые можно ошибочно принять за цитруллинированный пептид, особенно на приборах с низким разрешением. Однако это не проблема современных масс-спектрометров с высоким разрешением и высокой точностью. Кроме того, сдвиг массы идентичен сдвигу массы, вызванному дезамидированием боковой цепи аминокислоты аспарагина или глутамина, которые являются общие модификации.
Остатки цитруллина можно химически модифицировать с помощью бутандиона или биотинилирования перед анализом, что приводит к другому сдвигу массы, и эта стратегия успешно использовалась для облегчения идентификации с помощью масс-спектрометрия.
Другой подход заключается в использовании нейтральной потери изоциановой кислоты (HNCO) из остатков цитруллина при воздействии на масс-спектрометры диссоциативной фрагментации, вызванной столкновением с низкой энергией. Потеря вызывает сдвиг массы на -43,0058 Да, который может использоваться масс-спектрометрами для преимущественного выбора цитруллинированных пептидов для фрагментации (секвенирования).
Наконец, потеря положительного заряда при физиологическом pH, вызванная цитруллинированием, может быть используется. Перед восходящим протеомным анализом белки ферментативно расщепляются на пептиды. Обычно используют протеазу трипсин, которая расщепляет положительно заряженные остатки аргинина и лизина. Однако трипсин не может расщепляться после нейтрального остатка цитруллина. Пропущенное расщепление после остатка цитруллина вместе с правильным сдвигом массы можно использовать в качестве специфического и чувствительного маркера для цитруллинирования, и эта стратегия совместима со стандартными рабочими процессами восходящей протеомики.
