Введение
Формы белка, производимые разными генами. Изоформа белка, или «протеиновый вариант», – хотя многие выполняют одинаковые или схожие биологические роли, некоторые изоформы обладают уникальными функциями. Набор белковых изоформ может формироваться в результате альтернативного сплайсинга, вариабельного использования промоторов или других посттранскрипционных модификаций одного гена; посттрансляционные модификации обычно не рассматриваются (подробнее см. статью о протеоформах). Механизмы сплайсинга РНК позволяют мРНК выбирать различные кодирующие белок сегменты (экзоны) гена или даже разные части экзонов из РНК для формирования различных последовательностей мРНК. Каждая уникальная последовательность производит специфическую форму белка. Открытие изоформ может объяснить расхождение между небольшим количеством областей кодирования белка в генах, выявленных проектом «Геном человека», и большим разнообразием белков, наблюдаемым в организме: различные белки, кодируемые одним и тем же геном, могут увеличивать разнообразие протеома. Изоформы на уровне РНК легко характеризуются при помощи исследований транскриптов кДНК. Многие человеческие гены имеют подтвержденные альтернативные изоформы сплайсинга. По оценкам, у человека можно идентифицировать около 100 000 экспрессированных тегов последовательности (EST). Изоформы на уровне белка могут проявляться в виде делеции целых доменов или более коротких петель, обычно расположенных на поверхности белка.
A protein isoform, or "protein variant", While many perform the same or similar biological roles, some isoforms have unique functions. A set of protein isoforms may be formed from alternative splicings, variable promoter usage, or other post transcriptional modifications of a single gene; post translational modifications are generally not considered. (For that, see Proteoforms.) Through RNA splicing mechanisms, mRNA has the ability to select different protein coding segments (exons) of a gene, or even different parts of exons from RNA to form different mRNA sequences. Each unique sequence produces a specific form of a protein. The discovery of isoforms could explain the discrepancy between the small number of protein coding regions of genes revealed by the human genome project and the large diversity of proteins seen in an organism: different proteins encoded by the same gene could increase the diversity of the proteome. Isoforms at the RNA level are readily characterized by cDNA transcript studies. Many human genes possess confirmed alternative splicing isoforms. It has been estimated that ~100,000 expressed sequence tags (ESTs) can be identified in humans. Isoforms at the protein level can manifest in the deletion of whole domains or shorter loops, usually located on the surface of the protein.
Характеристики
Как правило, одна из белковых изоформ обозначается как каноническая последовательность на основе таких критериев, как её распространенность и сходство с ортологичными или функционально аналогичными последовательностями у других видов. Считается, что изоформы обладают схожими функциональными свойствами, поскольку большинство из них имеют близкие последовательности и разделяют некоторые или большинство экзонов с канонической последовательностью. Однако некоторые изоформы демонстрируют значительную дивергенцию (например, вследствие транссплайсинга) и могут разделять лишь несколько или ни одного экзона с канонической последовательностью. Более того, они могут оказывать различное биологическое воздействие: в крайних случаях функция одной изоформы может способствовать выживанию клеток, а другой – их гибели, либо они могут иметь схожие основные функции, но различаться по субклеточной локализации. Тем не менее, исследование 2016 года функционально охарактеризовало все изоформы 1492 генов и установило, что большинство изоформ ведут себя как «функциональные аллоформы». Авторы пришли к выводу, что изоформы функционируют как отдельные белки, поскольку функциональные возможности большинства изоформ не пересекаются. Поскольку исследование проводилось на клетках in vitro, пока неизвестно, обладают ли изоформы в экспрессируемом протеоме человека такими же характеристиками. Кроме того, поскольку функцию каждой изоформы обычно необходимо определять индивидуально, большинство идентифицированных и предсказанных изоформ по-прежнему имеют неизвестные функции.
Гликоформ
Гликоформы – это изоформы белка, различающиеся только по количеству или типу присоединенных гликанов. Гликопротеины часто состоят из нескольких различных гликоформ, с изменениями в присоединенных сахаридах или олигосахаридах. Эти модификации могут быть результатом различий в биосинтезе в процессе гликозилирования или вследствие действия гликозидаз или гликозилтрансфераз. Гликоформы могут быть обнаружены посредством детального химического анализа разделенных гликоформ, но удобнее выявлять их с помощью дифференциальной реакции с лектинами, например, в аффинной хроматографии и аффинном электрофорезе с использованием лектинов. Типичными примерами гликопротеинов, состоящих из гликоформ, являются белки крови, такие как оросомукоид, антитрипсин и гаптоглобин. Необычное изменение гликоформ наблюдается в молекуле клеточной адгезии нейронов, NCAM, с участием полисиаловых кислот, PSA.
Примеры
G-актин: несмотря на свою консервативную природу, он имеет различное количество изоформ (по крайней мере шесть у млекопитающих). Креатинкиназа, наличие которой в крови может использоваться в качестве вспомогательного средства в диагностике инфаркта миокарда, существует в 3 изоформах. Синтаза гиалуроновой кислоты, фермент, ответственный за производство гиалуроновой кислоты, имеет три изоформы в клетках млекопитающих. УДФ-глюкуронозилтрансфераза, суперсемейство ферментов, ответственное за путь детоксикации многих лекарственных препаратов, загрязняющих веществ окружающей среды и токсичных эндогенных соединений, имеет 16 известных изоформ, кодируемых в геноме человека. G6PDA: нормальное соотношение активных изоформ в клетках любой ткани составляет 1:1, общее с G6PDG. Это именно нормальное соотношение изоформ при гиперплазии. Только одна из этих изоформ обнаруживается при неоплазии. Моноаминооксидаза, семейство ферментов, катализирующих окисление моноаминов, существует в двух изоформах, МАО А и МАО В.