Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Биологиялық процесс
Biological process
Цитруллиндеу немесе деиминдеу – ақуыздағы аргинин аминқышқылының цитруллин аминқышқылына айналуы. Цитруллин – генетикалық кодтағы ДНК-да кодталатын 20 стандартты аминқышқылдың бірі емес. Керісінше, ол трансляциядан кейінгі модификацияның нәтижесі. Цитруллиндеу, немесе цитруллиннің уреа циклының бөлігі ретінде, не азот оксиді синтезасы ферменттерінің қосалқы өнімі ретінде түзілуінен ерекшеленеді. Аргинин деминазалары (АДИ) деп аталатын ферменттер еркін аргининнің деиминдеуін катализдейді, ал ақуыз аргинин деминазалары немесе пептидил аргинин деминазалары (ПАД) бастапқы кетимин тобын (>C=NH) кетон тобымен (>C=O) алмастырады. Аргинин бейтарап pH-та оң зарядталған, ал цитруллиннің жалпы заряды жоқ. Бұл ақуыздың гидрофобтылығын арттырады, нәтижесінде ақуыздың бүктелуі өзгереді, оның құрылымы мен функциясына әсер етеді. Иммундық жүйе цитруллинделген ақуыздарға шабуыл жасай алады, бұл ревматоидты артрит (РА) және қөпсклероз (МС) сияқты аутоиммундық ауруларға алып келеді. Фибрин мен фибриноген ревматоидты буындарда аргининнің деиминделуіне қолайлы орын болуы мүмкін. Антицитруллинделген ақуызға (АЦА) қарсы антиденелерді анықтау ревматоидты артритке қатысты өте ерекше (88–96%), ревматоидты факторға (70–78%) шамалас сезімтал және клиникалық аурудың пайда болуына дейін анықталады. Цитруллинделген виментин РА және басқа да аутоиммундық ауруларда аутоантиген болып табылуы мүмкін және РА зерттеулерінде қолданылады. Сонымен қатар, мутацияланған цитруллинделген виментинге (МЦВ) қарсы антиденелер РА терапиясының тиімділігін бақылау үшін пайдалы болуы мүмкін. ELISA жүйесінде сынақ нәтижелерін жақсарту үшін генетикалық түрлендірілген цитруллинделген виментин (МЦВ) – виментиннің табиғи изоформасы қолданылады. Аргининнен цитруллинге өтетін реакцияда аргининнің терминалды азот атомдарының бірі оттегімен алмастырылады. Осылайша, аргининнің оң заряды (физиологиялық pH-та) жойылады, бұл ақуыздың үшіншілік құрылымын өзгертеді. Реакцияда бір су молекуласы қолданылады және аммиак қосалқы өнім ретінде түзіледі.
Citrullination or deimination is the conversion of the amino acid arginine in a protein into the amino acid citrulline. Citrulline is not one of the 20 standard amino acids encoded by DNA in the genetic code. Instead, it is the result of a post translational modification. Citrullination is distinct from the formation of the free amino acid citrulline as part of the urea cycle or as a byproduct of enzymes of the nitric oxide synthase family. Enzymes called arginine deiminases (ADIs) catalyze the deimination of free arginine, while protein arginine deiminases or peptidylarginine deiminases (PADs) replace the primary ketimine group (>C=NH) by a ketone group (>C=O). Arginine is positively charged at a neutral pH, whereas citrulline has no net charge. This increases the hydrophobicity of the protein, which can lead to changes in protein folding, affecting the structure and function. The immune system can attack citrullinated proteins, leading to autoimmune diseases such as rheumatoid arthritis (RA) and multiple sclerosis (MS). Fibrin and fibrinogen may be favored sites for arginine deimination within rheumatoid joints. Test for presence of anti citrullinated protein (ACP) antibodies are highly specific (88–96%) for rheumatoid arthritis, about as sensitive as rheumatoid factor (70–78%) for diagnosis of RA, and are detectable from even before the onset of clinical disease. Citrullinated vimentin may be an autoantigen in RA and other autoimmune diseases, and is used to study RA. Moreover, antibodies against mutated citrullinated vimentin (MCV) may be useful for monitoring effects of RA therapy. An ELISA system utilises genetically modified citrullinated vimentin (MCV), a naturally occurring isoform of vimentin to improve the performance of the test. In the reaction from arginine to citrulline, one of the terminal nitrogen atoms of the arginine side chain is replaced by an oxygen. Thus, arginine's positive charge (at physiological pH) is removed, altering the protein's tertiary structure. The reaction uses one water molecule and yields ammonia as a side product:
ПАД-ның кіші түрлері
ПАД-тар хордалыларда кездеседі, бірақ төменгі сатыдағы жануарларда жоқ. Сүтқоректілерде бес PAD изотипі – PAD1, PAD2, PAD3, PAD4 және PAD6 – анықталған. PAD5 адамдарда ерекше изотип деп есептелді, бірақ ол PAD4-ке гомолог екені көрсетілді. PAD2 скелеттік бұлшық еттері мен макрофагтарда виментинмен өзара әрекеттесетіні де анықталды, бұл филаменттердің ыдырауына алып келеді, бұл апоптозға қатысты екенін көрсетеді. Миелиногенез процесінде МБП-ның метилденуі және фосфорилденуі белсенді. Эмбрионың орталық нерв жүйесінің дамуының бастапқы кезеңдерінде МБП деиминациясы миелин құрастыруда маңызды рөл атқарады. Ересектерде МБП деиминациясы көптік склероз сияқты демиелинизациялық ауруларда кездеседі. МБП әр жағдайда әртүрлі жасуша түрлеріне әсер етуі мүмкін. PAD3 экспрессиясы қой жүнінің модификациясына байланысты. Трихохиалиннің цитруллинізациясы кератин филаменттерін байланыстыруға және өзара байланыстыруға мүмкіндік береді, бұл жүн талшығының өсуін бағыттайды. Бұл үшін негізгі изотип – PAD4, ол гистон 3 және 4-тегі аргинин мен/немесе монометилденген аргининнің деиминациясын жүзеге асырады, аргинин метилденуінің әсерін тоқтатады.
PADs are found in chordates but not in lower animals. In mammals five PAD isotypes – PAD1, PAD2, PAD3, PAD4 and PAD6 – have been found. PAD5 was thought to be a unique isotype in humans, however it was shown to be homologous to PAD4. PAD2 has also been shown to interact with vimentin in skeletal muscle and macrophages, causing the filaments to disassemble, suggesting a role in apoptosis. Methylation and phosphorylation of MBP are active during the process of myelinogenesis. In early CNS development of the embryo, MBP deimination plays a major role in myelin assembly. In adults, MBP deimination is found in demyelination diseases such as multiple sclerosis. MBP may affect different cell types in each case. PAD3 expression has been linked to sheep wool modification. Citrullination of trichohyalin allows it to bind and cross link keratin filaments, directing growth of the wool fiber. The main isotype for this is PAD4, which deiminates arginines and/or monomethylated arginines on histones 3 and 4, turning off the effects of arginine methylation.
Аутоиммунды аурулар
Ревматоидты артрит және псориаздық артрит, жүйелі қызыл жегі және Шёгрен синдромы сияқты басқа да аутоиммундық ауруларда аутоантителолар көбінесе цитруллинденген ақуыздарға шабуыл жасайды. Цитруллинденген ақуыздарға қарсы антителоның болуы ревматоидты артритті анықтаудың стандартты тесті болып табылады және аурудың нашарлауымен байланысты. Цитруллинденген ақуыздар Альцгеймер ауруында жасушалардың жойылуымен бірге пайда болатын жасуша қалдықтарында, сондай-ақ темекі шегуден кейін де табылады. Осылайша, цитруллиндену иммундық жүйені белсендіретін механизмнің бір бөлігі болып көрінеді. Дегенмен, цитруллинденген ақуыздар сау ішек қабығында да кездеседі. Деиминация бойынша алғашқы толық оқулық 2014 жылы жарық көрді.
In rheumatoid arthritis and other autoimmune diseases, such as psoriatic arthritis, systemic lupus erythematosus and Sjögren's syndrome, autoantibodies often attack citrullinated proteins. The presence of anti citrullinated protein antibody is a standard test for rheumatoid arthritis, and it is associated with more severe disease. Citrullinated proteins are also found in the cellular debris accompanying the destruction of cells in alzheimer disease, and after smoking cigarettes. So citrullination seems to be part of the mechanism that stimulates the immune system in autoimmune disease. However, citrullinated proteins can also be found in healthy colon mucosa. The first comprehensive textbook on deimination was published in 2014.
Цитруллинді пептидтер мен белоктарды анықтау
Цитруллинді пептидтер мен ақуыздарды цитруллинді қалдықтарға қарсы антиденелерді қолдану арқылы немесе массалық спектрометрияға негізделген протеомика технологияларын қолдану арқылы анықтауға болады. Аргининнің цитруллиндеуі +0,984016 Да моноизотоптық массаның артуына әкеледі, оны массалық спектрометриямен өлшеуге болады. Массалық ауытқу әртүрлі пептид изотоптарының массалық айырмасына жақын (+1,008665), оны, әсіресе төмен ажыратымды аспаптарда цитруллинді пептидпен шатастыруға болады. Алайда, бұл қазіргі заманғы жоғары ажыратымды/жоғары дәлдікті массалық спектрометрлермен азайтылған мәселе. Сонымен қатар, массалық ауытқу аминқышқылы аспарагин немесе глутаминнің қосалқы тізбегінің деамидациялануынан туындаған массалық ауытқумен бірдей, бұл жиі кездесетін өзгерістер. Цитрулин қалдықтарын химиялық түрде бутандионмен немесе биотинилдендіру арқылы талдау алдында өзгертуге болады, бұл басқа массалық ауытқуға әкеледі, және бұл стратегия массалық спектрометрия арқылы анықтауға көмектеседі. Тағы бір тәсіл – массалық спектрометрлерде төмен энергиялы соқтығысумен шақырылған диссоциациялық фрагментация кезінде цитрулин қалдықтарынан изоциан қышқылының (HNCO) бейтарап жоғалуын пайдалану. Бұл жоғалу -43,0058 Да массалық ауытқуға әкеледі, оны массалық спектрометрлер фрагментация (тізбектеу) үшін цитруллинді пептидтерді іріктеу үшін пайдалана алады. Соңында, цитруллиндеудің физиологиялық pH-де оң зарядты жоғалтуын пайдалануға болады. Төменнен жоғары протеомикалық талдаудан бұрын ақуыздар ферменттер арқылы пептидтерге бөлінеді. Көбінесе оң зарядталған аргинин мен лизин қалдықтарынан кейін бөлінетін трипсин протеазасы қолданылады. Алайда, трипсин бейтарап цитрулин қалдықтарынан кейін бөлінбейді. Цитрулин қалдықтарынан кейін толық бөлінбеуі және дұрыс массалық ауытқу цитруллиндеудің нақты және сезімтал маркері ретінде пайдаланылуы мүмкін, ал бұл стратегия стандартты төменнен жоғары протеомика жұмыс ағынымен үйлесімді.
Citrullinated peptides and proteins can be detected using antibodies targeting the citrullinated residues, or detected using mass spectrometry based proteomics technologies. Citrullination of arginine results in a monoisotopic mass increase of +0.984016 Da, which can be measured with mass spectrometry. The mass shift is close to the mass difference between the different peptide isotopes of +1.008665 which can be mistaken for a citrullinated peptide, especially on low resolution instruments. However, this is less of an issue with modern high resolution/high accuracy mass spectrometers. Furthermore, the mass shift is identical to the mass shift caused by deamidation of the amino acid asparagine or glutamine side chain, which are common modifications. Citrulline residues can be chemically modified with butanedione or by biotinylation prior to analysis, leading to a different mass shift, and this strategy has successfully been used to facilitate identification by mass spectrometry. Another approach is to utilize the neutral loss of isocyanic acid (HNCO) from citrulline residues when submitted to low energy collision induced dissociation fragmentation in mass spectrometers. The loss causes a mass shift of −43.0058 Da, which can be utilized by mass spectrometers to predominantly select citrullinated peptides for fragmentation (sequencing). Finally, the loss of positive charge at physiological pH caused by citrullination can be utilized. Prior to bottom up proteomics analysis, proteins are enzymatically cleaved into peptides. Commonly the protease trypsin is used, which cleaves after the positively charged arginine and lysine residues. However, trypsin is unable to cleave after a citrulline residue which is neutral. A missed cleavage after a citrulline residue together with the correct mass shift can be used as a specific and sensitive marker for citrullination, and the strategy is compatible with standard bottom up proteomics workflows.