Посттрансляционные модификации белков (ПТМ). Лекция 2

Август 11, 2022

Главная
Биология
Посттрансляционные модификации белков (ПТМ). Лекция 2

Содержание

2. ПТМ
3. Статьи/Р450/Р450+ПТМ
4. Источники гетерогенности протеома ген транскрипт альтернативный сплайсинг (АС) посттрансляционные модификации (ПТМ) экзон интрон и/или и/или протеоформы
5. Сколько протеоформ составляют протеом человека? - Aebersold et al., 2018, Nature Chem Biol Геном Транскриптом Протеом
6. транскриптомика протеомика Транскриптопротеомика индивидуальные протеоформы 4 HepG2 2DE + LC-MS/MS RNA-Seq Киселева и др., Биомед Хим,
7. Категории ПТМ 1. Ограниченный или контролируемый протеолиз, осуществляемый «внешней» протеазой или путем автокатализа. 2. Ковалентное присоединение
8. Типы посттрансляционных модификаций Тип остатка Тип модификации Arg - methylation метилирование Asn - N-linked glycosylation, гликозилирование
9. Посттрансляционные модификации делят на: модификации главной цепи; отщепление N-концевого остатка метионина; ограниченный протеолиз — удаление фрагмента
10. ПТМ Многие белки и секретируемые пептиды претерпевают различные структурные изменения в результате котрансляционных и посттрансляционных модификаций,
11. ПТМ После завершения трансляции большая часть белков подвергается дальнейшим химическим модификациям, которые называются посттрансляционными модификациями. Известно
12. Посттрансляционные модификации могут быть как широко распространёнными, так и редкими, вплоть до уникальных. Примером универсальной модификации
13. Редкие ПТМ К редким модификациям относят тирозинирование/детирозинирование и полиглицилирование тубулина. Один и тот же белок может
14. Общая последовательность по частоте встречаемости (от большего к меньшему): фосфорилирование ацетилирование, N-гликозилирование амидирование метилирование гидроксилирование О-гликозилирование
15. Среди известных в настоящее время модификаций описана одна, чрезвычайно важная для доставки белков к месту назначения.
16. Примеры функционально-значимых ПТМ Цитохром Р450 17А1, CYP17A1 (17α-гидроксилаза-17,20-лиаза) является ключевым ферментом биосинтеза андрогенов. Цитохром Р450 17А1
20. Механизм фосфорилирования, катализируемый киназой
21. Многие из посттрансляционных модификаций являются критическими для биологической активности пептидов или белков. В частности, карбоксиамидирование C-концевого
22. Медицинские аспекты ПТМ белков. Роль ПТМ в диагностике болезней. Окислительный стресс и посттрансляционная окислительная модификация включены
23. Медицинские аспекты ПТМ белков Образование нитротирозина часто связывается с сердечно-сосудистыми заболеваниями, заболеваниями легких, диабетом и нейродегенеративными
24. Медицинские аспекты ПТМ белков. Роль ПТМ в диагностике болезней Обратимое фосфорилирование/дефосфорилирование белков - решающий тип ПТМ
25. Обратимое фосфорилирование/дефосфорилирование белков приводит к изменениям в структуре, активности, и изменению белок/белковых взаимодействий или взаимодействий белок/лиганд
26. Медицинские аспекты ПТМ белков. Роль ПТМ в диагностике болезней Гликированный гемоглобин связан с развитием диабета. При
30. Методы регистрации ПТМ Масс-спектрометрия Электрохимический анализ Иммуноанализ Аффинная хроматография Электрофорез (2D)
32. Скачать презентацию

Слайд 2

ПТМ

Слайд 3

Статьи/Р450/Р450+ПТМ

Слайд 4

Источники гетерогенности протеома
ген
транскрипт
альтернативный сплайсинг
(АС)
посттрансляционные
модификации
(ПТМ)
экзон
интрон
и/или
и/или
протеоформы
одноаминокислотные
полиморфизмы
(ОАП)
замены нуклеотидов
на уровне ДНК (ОНП)
полипептидная
цепь
Smith

& Kelleher, 2013, Nat Meth
Киселева и др., 2018, Мол Биол

Слайд 5

Сколько протеоформ составляют протеом человека?
- Aebersold et al., 2018, Nature Chem

Biol

Геном

Транскриптом

Протеом

~2 × 104

генов

транскриптов

~7 × 104 - 6 × 105

протеоформ

~6 × 106 +

- Gaudet et al., 2017, Nucleic Acids Res

- Ponomarenko et al., 2016, Int J Anal Chem

- Aken et al., 2017, Nucleic Acids Res

~ 33 000 сплайс-вариантов
~ 78 000 одноаминокислотных замен
~ 53 000 ПТМ

Human
Swiss-Prot
Oct, 2017

ОНП

ОНП + АС

ОАП + АС + ПТМ

Слайд 6

транскриптомика
протеомика
Транскриптопротеомика
индивидуальные
протеоформы
4
HepG2
2DE + LC-MS/MS
RNA-Seq
Киселева и др., Биомед Хим, 2017

Слайд 7

Категории ПТМ
1. Ограниченный или контролируемый протеолиз, осуществляемый «внешней» протеазой или путем

автокатализа.
2. Ковалентное присоединение химических групп к концевой амино- или карбоксигруппе полипептидной цепи.
3. Присоединение химических групп к боковым группам аминокислотных остатков. Модификации этой категории установлены для 15 канонических аминокислотных остатков

Слайд 8

Типы посттрансляционных модификаций
Тип остатка Тип модификации
Arg - methylation метилирование
Asn -

N-linked glycosylation, гликозилирование
Asp - phosphorylation, фосфорилирование
Cys - phosphorylation, hydroxylation, formation of
disulfide bridges, фосфорилирование, гидроксилирование, образование дисульфидных мостиков
Gln - protein cross-linking by glutaminase, образование межмолекулярных связей (Gln-Lys) с участием трансглутамазы
Glu - methylation, carboxylation, метилирование, карбоксилирование
Gly - hydroxylation followed by C-terminal amide
Formation, гидроксилирование м образованием С-концевой аминогруппы
His - phosphorylation, фосфорилирование
Lys - methylation, acetylation, ubiquitination, метилирование, ацетилирование, убиквитинирование
Met - oxidation to sulfoxide, окисление до сульфоксида
Pro - hydroxylation, гидроксилирование
Ser - phosphorylation, O-linked glycosylation, фосфорилирование, О-гликозилирование
Thr - phosphorylation, O-linked glycosylation, фосфорилирование, О-гликозилирование
Trp - C-linked glycosylation (mannosylation), С-гликозилирование (маннозилирование)
Tyr - phosphorylation, фосфорилирование

Слайд 9

Посттрансляционные модификации делят на:
модификации главной цепи;
отщепление N-концевого остатка метионина;
ограниченный протеолиз —

удаление фрагмента белка, которое может происходить с концов (отщепление сигнальных последовательностей) или, в отдельных случаях, в середине молекулы (созревание инсулина);
присоединение различных химических групп к свободным амино- и карбоксильной группам (N-ацилирование, миристоилирование и др.);
модификации боковых цепей аминокислот;
присоединение или отщепление небольших химических групп (гликозилирование, фосфорилирование и др.);
присоединение липидов и углеводородов;
изменение стандартных аминокислотных остатков на нестандартные (образование цитруллина);
образование дисульфидных мостиков между остатками цистеина;
присоединение небольших белков (сумоилирование и убиквитинирование).
Модификация гема для гемопротеинов

Слайд 10

ПТМ
Многие белки и секретируемые пептиды претерпевают различные структурные изменения в результате

котрансляционных и посттрансляционных модификаций, т.е. во время или после завершения их синтеза рибосомами. Описано около 200 различных посттрансляционных модификаций белков. Роль большинства этих модификаций не выяснена; некоторые из них случайны и, по-видимому, не имеют функционального значения, но есть и такие, которые важны для жизни клетки, так как они тщательно контролируются специфическими ферментами.
Модификации происходят в эндоплазматическом ретикулуме ЭР и аппарате Гольджи. В этих органеллах , например, ферменты гликозилирования добавляют к белкам сложные цепи остатков сахаров, образуя гликопротеины. Единственный известный случай гликозилирования в цитозоле клеток млекопитающих - это добавление к белкам N-ацетилглюкозамина. Однако множество других ковалентных модификаций протекает в первую очередь именно в цитозоле. Некоторые из них стабильны и необходимы для активности белка, например, ковалентное присоединение коферментов (биотина, липоевой кислоты или пиридоксальфосфата).

Слайд 11

ПТМ
После завершения трансляции большая часть белков подвергается дальнейшим химическим модификациям, которые

называются посттрансляционными модификациями. Известно более двухсот вариантов посттрансляционных модификаций белков.
Посттрансляционные модификации могут регулировать
продолжительность существования белков в клетке,
их ферментативную активность
и взаимодействия с другими белками.
В ряде случаев посттрансляционные модификации являются обязательным этапом созревания белка, в противном случае он оказывается функционально неактивным. К примеру, при созревании инсулина и некоторых других гормонов необходим ограниченный протеолиз полипептидной цепи, а при созревании белков плазматической мембраны — гликозилирование.

Слайд 12

Посттрансляционные модификации могут быть как широко распространёнными, так и редкими, вплоть

до уникальных.

Примером универсальной модификации служит убиквитинирование (присоединение к белку цепи из нескольких молекул короткого белка убиквитина), которое служит сигналом к расщеплению этого белка протеасомой.
Другой распространённой модификацией является гликозилирование — считается, что около половины белков человека гликозилировано.

Слайд 13

Редкие ПТМ
К редким модификациям относят тирозинирование/детирозинирование и полиглицилирование тубулина.
Один и тот

же белок может подвергаться многочисленным модификациям. Так, гистоны (белки, входящие в состав хроматина у эукариот) в разных условиях могут подвергаться более чем 150 различным модификациям

Слайд 14

Общая последовательность по частоте встречаемости (от большего к меньшему):
фосфорилирование
ацетилирование,
N-гликозилирование
амидирование
метилирование
гидроксилирование
О-гликозилирование
убиквитинирование

Слайд 15

Среди известных в настоящее время модификаций описана одна, чрезвычайно важная для

доставки белков к месту назначения. Присоединение жирной кислоты к белку направляет его к определенным мембранам, обращенным в цитозоль .
Важной функцией фосфоинозитидов является так называемая якорная функция - к ним прикрепляются многочисленные белки наружной поверхности клетки. Для фосфоинозитидов, служащих якорем мембранных белков, характерно высокое содержание миристиновой кислоты. В якорных фосфоинозитидах инозитольная часть липида гликолизирована. Связь белков с фосфоинозитидгликанами осуществляется через концевой этаноламин.
Определенные ковалентные модификации, происходящие в цитозоле, обратимы и служат для регуляции активности многих белков. Многие клеточные процессы регулируются путем обратимого фосфорилирования-дефосфорилирования белков.

Слайд 16

Примеры функционально-значимых ПТМ
Цитохром Р450 17А1, CYP17A1 (17α-гидроксилаза-17,20-лиаза) является ключевым ферментом биосинтеза

андрогенов. Цитохром Р450 17А1 (CYP17А1) - один из немногих цитохромов P450, участвующих в биосинтезе стероидов, который подвергается фосфорилированию. При этом предполагается, что посттрансляционная модификация оказывает влияние на катализ.
СYP17А1 катализирует 17α-гидроксилирование стероидного субстрата (прегненолона или прогестерона) и последующее образование андрогена (дегидроэпиандростерона или андростендиона).

Слайд 17

Слайд 18

Слайд 19

Слайд 20

Механизм фосфорилирования, катализируемый киназой

Слайд 21

Многие из посттрансляционных модификаций являются критическими для биологической активности пептидов или

белков.
В частности, карбоксиамидирование C-концевого глицина Gly активирует окситоцин и вазопрессин ,
перенос сульфогруппы на остаток Tyr в холецистокинине-8 оказывается критическим для проявления его активности в поджелудочной железе.
N-Ацетилирование бета-эндорфина блокирует его опиоидную активность, тогда как ацетилирование меланоцитстимулирующего гормона усиливает его влияние на синтез меланинов .
Поскольку большинство этих модификаций - тканеспецифические, пептиды, обладающие различной биологической активностью, должны быть доставлены к различным тканям в виде предшественников, где они претерпевают специфический процессинг.

Слайд 22

Медицинские аспекты ПТМ белков. Роль ПТМ в диагностике болезней.
Окислительный стресс

и посттрансляционная окислительная модификация включены в патогенез многих болезней, включая сердечно-сосудистые заболевания

Слайд 23

Медицинские аспекты ПТМ белков
Образование нитротирозина часто связывается с сердечно-сосудистыми заболеваниями, заболеваниями

легких, диабетом и нейродегенеративными заболеваниями (Болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона).
Убиквитилированные цитохромы Р450 2С6, 2E1, 2J3 были идентифицированы при ишемии сердечной мышцы

Слайд 24

Медицинские аспекты ПТМ белков. Роль ПТМ в диагностике болезней
Обратимое фосфорилирование/дефосфорилирование белков

- решающий тип ПТМ для регулирования различных фундаментальных клеточных процессов, таких как рост клеток, метаболизм и трансдукция сигнала. Обратимое фосфорилирование белков ответственно за регулирование экспрессии гена,
пролиферацию клеток,
дифференцирование,
трансдукцию сигнала,
метаболизм,
апоптоз,
гомеостаз, клеточную передачу сигналов и коммуникацию.

Слайд 25

Обратимое фосфорилирование/дефосфорилирование белков приводит к изменениям в структуре, активности, и изменению

белок/белковых взаимодействий или взаимодействий белок/лиганд в пределах очень короткого периода.

Слайд 26

Медицинские аспекты ПТМ белков. Роль ПТМ в диагностике болезней
Гликированный гемоглобин связан

с
развитием диабета.
При развитии сердечно-сосудистой ишемии
увеличивается концентрация
убиквитинилированного
цитохрома Р450 2С6, 2Е1 и 2J3.

Слайд 27

Слайд 28

Слайд 29

Слайд 30

Посттрансляционные модификации белков (ПТМ). Лекция 2

Содержание

ПТМ

Статьи/Р450/Р450+ПТМ

Сколько протеоформ составляют протеом человека?- Aebersold et al., 2018, Nature Chem

транскриптомикапротеомикаТранскриптопротеомикаиндивидуальныепротеоформы4HepG22DE + LC-MS/MSRNA-SeqКиселева и др., Биомед Хим, 2017

Категории ПТМ1. Ограниченный или контролируемый протеолиз, осуществляемый «внешней» протеазой или путем

Типы посттрансляционных модификацийТип остатка Тип модификации Arg - methylation метилированиеAsn -

Посттрансляционные модификации делят на:модификации главной цепи; отщепление N-концевого остатка метионина;ограниченный протеолиз —

ПТММногие белки и секретируемые пептиды претерпевают различные структурные изменения в результате

ПТМПосле завершения трансляции большая часть белков подвергается дальнейшим химическим модификациям, которые

Посттрансляционные модификации могут быть как широко распространёнными, так и редкими, вплоть

Редкие ПТМК редким модификациям относят тирозинирование/детирозинирование и полиглицилирование тубулина.Один и тот

Среди известных в настоящее время модификаций описана одна, чрезвычайно важная для

Примеры функционально-значимых ПТМЦитохром Р450 17А1, CYP17A1 (17α-гидроксилаза-17,20-лиаза) является ключевым ферментом биосинтеза

Механизм фосфорилирования, катализируемый киназой

Многие из посттрансляционных модификаций являются критическими для биологической активности пептидов или

Медицинские аспекты ПТМ белков. Роль ПТМ в диагностике болезней. Окислительный стресс

Медицинские аспекты ПТМ белковОбразование нитротирозина часто связывается с сердечно-сосудистыми заболеваниями, заболеваниями

Медицинские аспекты ПТМ белков. Роль ПТМ в диагностике болезнейОбратимое фосфорилирование/дефосфорилирование белков