Белок глобин

В становлении многоклеточности важную роль играет белок нейроглобин • новости науки

Белок глобин

Российские ученые, экспериментируя с реагрегацией у губок, получили профили экспрессии белков в процессе самосборки целой губки из ее отдельных клеток.

Собрав de novo геномы двух видов морских губок, они выяснили, что изменения в профилях экспрессии при самосборке касаются, среди прочего, метаболизма железа в клетках. А эта часть метаболизма, как известно, сигнализирует об изменениях в дыхательных процессах клетки.

Показательным примером является синтез нейроглобина, который связывается с кислородом даже активнее гемоглобина.

Нейроглобин был, по-видимому, рекрутирован в дыхательный комплекс губок на ранних этапах их эволюции, благодаря чему стало возможно построение многоклеточного тела в условиях низкого содержания кислорода. Эта работа не только добавляет информации о ранних этапах становления многоклеточности, но и пополняет копилку сведений о геномах губок, о которых пока известно очень мало.

Российские биохимики поставили интересный эксперимент на губках, позволяющий понять молекулярную базу преображения одноклеточного мира в многоклеточный.

Конечно, проблему становления многоклеточных можно рассматривать с разных сторон — с позиций молекулярных реконструкций, с позиций ископаемой летописи, эволюции биохимических инструментов многоклеточности (молекул адгезивного комплекса), экологических триггеров и т.

 д. Эксперимент замечателен тем, что биологи напрямую исследовали молекулярные механизмы сборки многоклеточного организма из одноклеточной основы.

Известно, что если губку механически разделить на отдельные клетки, то она через некоторое время снова соберется в многоклеточный организм. И тогда можно посмотреть, какие факторы включаются при восстановлении многоклеточной формы.

Нужно отметить, что сведений в отношении метаболизма губок плачевно мало, поэтому для беломорских губок — скелетных Halichondria panicea (рис. 1) и бесскелетных Halisarca dujardini — пришлось для начала провести черновую сборку генома Halisarca dujardini и de novo аннотировать белки (см.

 De novo transcriptome assembly и Genome annotation). А после этого получать и анализировать транскриптомы на разных стадиях реагрегации губок. Весь эксперимент был задуман и выполнен в лаборатории биохимии процессов онтогенеза Института биологии развития им. Н. К. Кольцова (ИБР РАН) под руководством Юлии Люпиной.

Итак, материал собран на ББС, отвезен в лабораторию в ИБР, там часть его сохранили в морозильнике, часть поместили в морские аквариумы с подходящими условиями, а специально подготовленные препараты ядер из клеток губок отправили в Казанский университет для прочтения геномов губок.

В лабораторных условиях губок Halichondria dujardini растирали до суспензии и пропускали через клеточные фильтры, чтобы не допустить попадания клеточных сгустков в одноклеточную массу.

Анализировать транскриптомы (уровень экспрессии генов) и готовить препараты для определения содержания белков из суспензии нужно было немедленно, потому что губки уже через час начинали собираться в агрегаты (как на этом видео).

А через сутки в чашках Петри уже находились не отдельные клетки, а множество примморфов (мелких губок с положенными им морфологическими признаками и дифференцировкой клеток). И тогда получали транскриптомы этих образований (рис. 2).

В транскриптомах обоих видов губок нашелся комплекс белков, связанных с метаболизмом железа. Почему исследователей интересовала эта часть метаболизма? В частности, из-за того, что именно с его повышением на докембрийской планете связывают становление и диверсификацию (разнообразие) многоклеточной жизни.

Важно, что в комплексе, обслуживающем и синтез, и метаболизм железосодержащих дыхательных ферментов, выявились гемопротеины нейроглобин и андроглобин (Androglobin). У нейроглобина очень высокое, выше, чем у гемоглобина, сродство к кислороду, и он особенно активен в нейронах нервной системы позвоночных и беспозвоночных животных.

Предполагается, что нейроглобин снабжает кислородом нервные клетки, чувствительные к его дефициту, и что он был исходным глобиновым белком у многоклеточных животных, а последующее разнообразие глобинов сложилось после дупликации гена нейроглобина (см. C. Lechauve et al., 2013.

Neuroglobins, Pivotal Proteins Associated with Emerging Neural Systems and Precursors of Metazoan Globin Diversity).

Когда сравнили транскриптомы исходных губок, растертых клеток и новообразованных клеточных агрегатов, то оказалось, что нейроглобин начинает активно экспрессироваться на стадии сборки, тогда как у одиночных клеток его экспрессия понижена (рис. 3).

Кроме нейроглобина начинают активно синтезироваться некоторые другие белки, задействованные в синтезе дыхательных ферментов, в частности ферритин (FTH1 на рис. 3).

Этот белок служит депо для катионов железа, которые по первому метаболическому требованию отдаются на построение гема и поступают в нейроглобин.

Также интересно, что в транскриптомах нашелся специальный белок, регулирующий метаболизм железа (Iron regulatory protein, IRP).

В отличие от других многоклеточных организмов, у губок он только один, но зато при образовании клеточных агрегатов его экспрессия утраивается.

Кроме того, в клеточных агрегатах замечена повышенная плотность митохондрий, что, очевидно, связано с необходимостью увеличить выработку энергии при морфогенезе (рис. 4).

Всё это вместе позволяет представить (естественно, с известной долей осторожности), как в позднем докембрии губки перешли к многоклеточности. В тех, еще низкокислородных, условиях требовался как можно более эффективный переносчик кислорода в клетках, и таким переносчиком стал нейроглобин.

Нейроглобин уже, по-видимому, имелся у хоанофлагеллят, предков губок. А губки рекрутировали его для построения каскадов дыхательных процессов. Это позволило губкам начать многоклеточную эволюцию одними из первых.

Вместе с нейроглобином началось совершенствование метаболической системы дыхательных ферментов — с этим связана и дупликация гена нейроглобина, и появление новых вариантов регуляторов железа, а с ними и многое другое.

Как и в других случаях, в обслуживании дыхания у многоклеточных нашлись и консервативные гены, очень схожие у всех животных, и очень пластичные, то есть сильно изменившиеся в ряду от губок до позвоночных и человека.

Данная работа видится весьма перспективной для реконструкции молекулярных событий появления многоклеточной жизни, а также для изучения эволюции дыхания у многоклеточных.

Источник: Alexander D. Finoshin, Kim I. Adameyko, Kirill V. Mikhailov, Oksana I. Kravchuk, Anton A. Georgiev, Nicolay G. Gornostaev, Igor A. Kosevich, Victor S. Mikhailov, Guzel R. Gazizova, Elena I. Shagimardanova, Oleg A. Gusev, Yulia V. Lyupina. Iron metabolic pathways in the processes of sponge plasticity // PLoS ONE. 2020. 15(2): e0228722.

Елена Наймарк

Источник: https://elementy.ru/novosti_nauki/433619/V_stanovlenii_mnogokletochnosti_vazhnuyu_rol_igraet_belok_neyroglobin

Механизмы экспрессии гена бета-глобина. Этапы синтеза b-глобина

Белок глобин

Поток информации, представленный по теме экспрессии генов, лучше всего рассмотреть на примере конкретного хорошо изученного гена, гена b-глобина.

Цепь b-глобина представляет собой полипептид из 146 аминокислот, закодированный геном, занимающим приблизительно 1,6 килобазы в коротком плече хромосомы 11. Ген имеет три экзона и два нитрона. Ген b-глобина, а также другие гены этой группы транскрибируются в направлении от центромеры к теломере.

Ориентация отличается у разных генов в геноме и зависит от того, на какой половине двойной спирали хромосомной ДНК находится кодирующая нить конкретного гена.

ДНК последовательность, необходимая для точной инициации транскрипции гена b-глобина, расположена в промоторе в пределах приблизительно 200 пар оснований выше стартового сайта транскрипции.

Как упомянуто ранее, реально транскрибируется участок от 3' до 5'-конца ДНК, служащий шаблоном, но соответствует и практически идентичен полученной РНК участок от 5' до 3'-конца нити ДНК, за исключением того, что тимин заменен на урацил.

По этой причине в научной литературе и базах данных гены обычно приводят по нити 5'-3'.

В соответствии с данным соглашением, полная последовательность приблизительно 2 килобаз хромосомы 11, включающая ген b-глобина. (Примечательно, что все эти нуклеотиды составляют только 0,000067% последовательности генома человека!) В этих 2 килобазах содержатся большинство, но не все элементы, требующиеся для кодирования и управления экспрессией гена бета-глобина.

Инициация транскрипции при синтезе бета-глобина

Промотор бета-глобина, подобно многим другим промоторам, состоит из серии сравнительно коротких функциональных элементов.

Они взаимодействуют со специфическими белками (в целом называющимися факторами транскрипции), регулирующими транскрипцию и включающими, в случае гена глобина, те белки, которые ограничивают экспрессию этого гена эритроидными клетками (место синтеза гемоглобина).

Одна важная последовательность промотора — блок TATA (ТАТА-бокс), консервативная область, богатая аденином и тимином и представленная приблизительно 25-30 парами оснований, расположенных выше стартовой точки транскрипции.

ТАТА-бокс важен для определения позиции инициатора транскрипции, располагающейся для гена бета-глобина приблизительно на 50 пар выше места начала трансляции. Таким образом, в этом гене присутствует примерно 50 пар оснований, которые транскрибируются, но не транслируются.

В других генах 5'-нетранслируемая область может быть значительно больше и даже может прерываться одним или более нитронами. Второй консервативный участок, так называемый блок CAT (на самом деле — ССААТ), — небольшое количество пар оснований, расположенных дальше по ходу гена.

Значение этих элементов для нормальной экспрессии гена доказывает резкое уменьшение уровня транскрипции, вызванное как экспериментальными, так и естественно происходящими мутациями в любом из них, а также в других управляющих последовательностях, даже расположенных выше этой области. У пациентов с бета-талассемией найдено множество мутаций в этих управляющих элементах.

Не все промоторы генов содержат описанные два специфических элемента. В частности, гены, экс-прессирующие в большинстве или во всех тканях (так называемые гены домашнего хозяйства), часто не имеют CAT и ТАТА-боксов, более типичных для тканеспецифичных генов.

Промоторы многих служебных генов часто содержат высокую пропорцию цитозина и гуанина по сравнению с окружающей ДНК.

Такие CG-богатые промоторы часто расположены в областях генома, называемых CpG островками из-за необыкновенно высокой концентрации динуклеотида 5'-CG-3', выделяющейся на фоне геномного пейзажа, в основном богатого AT.

Некоторые CG-богатые элементы, обнаруженные в таких промоторах, вероятно, служат точками прикрепления специфических факторов транскрипции. CpG-островки также важны как объекты модификации ДНК метилированием одного из атомов углерода в цитозине.

Выраженное метилирование ДНК в CpG-островках обычно связано подавлением транскрипции гена.

Этот тип инактивации гена обнаружен при многих видах рака и служит меткой нескольких важных регуляторов развития, например геномного импринтинга и инактивации Х-хромосомы.

Дополнительно к последовательностям, формирующим собственно промотор, существуют и другие элементы, которые могут значимо изменять эффективность транскрипции. Наиболее точно функцию активирующих последовательностей характеризует термин «энхансер» (от англ.

enhance — усиливать). Энхансеры могут действовать, стимулируя транскрипцию гена, на расстоянии (часто несколько килобаз и более) от него.

В отличие от промоторов, энхансеры не зависят ни от позиции, ни от ориентации, и могут располагаться как выше, так и ниже места начала транскрипции.

Элементы энхансера функционируют только в определенных типах клеток и, таким образом, совместно с другими факторами транскрипции устанавливают специфичность ткани или уровня экспрессии многих генов.

В случае гена бета-глобина несколько тканеспецифичных энхансеров присутствуют как в пределах гена, так и в его фланговых областях.

Взаимодействие энхансеров с конкретными белками приводит к повышению уровня транскрипции.

Для нормальной высокоуровневой экспрессии гена бета-глобина необходимо соответствующее хроматиновое окружение.

В частности, необходимы удаленные последовательности, называемые локус-контролирующими областями (LCR) и расположенные выше гена бета-глобина.

Как и следовало ожидать, мутации, нарушающие последовательности энхансера или локус-контролирующего участка, создают помехи или препятствуют экспрессии гена бета-глобина.

Сплайсинг РНК при синтезе бета-глобина

Первичная копия РНК гена бета-глобина содержит два интрона, приблизительно 100 и 850 базовых пар длиной, которые должны быть удалены. Этот процесс называется созреванием или сплайсингом (англ. splicing — сращивание).

Процесс сплайсинга — точный и эффективный: 95% копий бета-глобина обрабатываются безошибочно, формируя функционирующую глобиновую мРНК.

Реакции сплайсинга управляются специфическими последовательностями в первичной копии РНК как в 5', так и в 3'-концах интронов.

5'-Последовательность состоит из девяти нуклеотидов, два из которых [динуклеотид GT (GU в РНК), расположенный в интроне рядом с точкой сплайсинга], фактически не отличаются у различных генов.

3'-Последовательность состоит примерно из десятка нуклеотидов, из которой опять же два, AG, расположенные сразу возле 5'-границы интрона и экзона, обязательны для нормального сплайсинга. Точки сплайсинга не имеют отношения к рамке считывания конкретной мРНК. В некоторых случаях, например у первого интрона гена бета-глобина, интрон действительно разделяется специфическим кодоном.

Медицинское значение сплайсинга РНК состоит в том, что мутации в консервативных последовательностях на границе интронов и экзонов обычно нарушают сплайсинг РНК, с уменьшением объема нормальной зрелой бета-глобиновой мРНК; мутации в упомянутых GT или AG динуклеотидах всегда нарушают нормальный сплайсинг в интроне, содержащем мутацию. Показательны мутации в точках сплайсинга, выявленные у пациентов с бета-талассемией.

Альтернативный сплайсинг при синтезе бета-глобина

Как мы только что обсудили, при сплайсинге нитроны удаляются из первичной копии РНК, а оставшиеся экзоны сращиваются вместе, что приводит к формированию зрелой мРНК. Тем не менее у многих генов первичная копия может проходить многочисленные альтернативные пути сплайсинга, ведущие к синтезу родственных, но все же различных мРНК, создающих различные белковые продукты.

Альтернативному сплайсингу подвергается по крайней мере треть всех генов человека.

При этом считают, что на один ген в среднем приходится 2 или 3 альтернативные копии, что существенно расширяет информационное содержимое генома человека с его предполагаемыми 25 000 генов.

Особенно впечатляющий пример представляет ген калиевого канала, мутации в котором приводят к наследственной форме эпилепсии. Ген имеет 35 экзонов, восемь из которых подвергаются альтернативному сплайсингу.

С этого гена могут быть получены более 500 различных мРНК, кодирующих каналы с различными функциональными свойствами.

Полиаденилирование при синтезе бета-глобина

Зрелая мРНК бета-глобина содержит на 3'-конце между стоп-кодоном и полиадениловым хвостом приблизительно 130 нетранслируемых пар оснований.

Как и в других генах, расщепление 3'-конца мРНК и концевое прикрепление поли-(А)-последовательности управляется, по крайней мере частично, последовательностью из приблизительно 20 пар оснований AAUAAA перед точкой полиаденилирования.

Мутации в этой сигнальной последовательности у пациентов с бета-талассемией отражают ее значение для процесса расщепления и полиаденилирования 3'-конца мРНК.

Нетранслируемая последовательность 3'-конца у некоторых генов может быть очень длинной, вплоть до нескольких килобаз. Другие гены имеют множество альтернативных мест полиаденилирования, выбор между которыми может влиять на устойчивость результирующей мРНК и, таким образом, на относительный вклад каждого варианта мРНК.

– Также рекомендуем “Генетика иммуноглобулинов и рецепторов Т-клеток. Особенности экспрессии генов”

Оглавление темы “Гены человека”:

Источник: https://meduniver.com/Medical/genetika/ekspressia_beta-globina.html

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Белок глобин

Cтраница 1

Глобин – белок, входящий РІ состав гемоглобина РєСЂРѕРІРё. Последовательность ДНК, кодирующая этот белок, местами прерывается последовательностями, которые РЅРµ относятся Рє этому белку.

Такое явление типично для эукариотиче-ских клеток, т.е. клеток, имеющих ядро.

Р’ РЅРёС… области, кодирующие белки, прерываются РІ РѕРґРЅРѕРј или нескольких местах сегментами некодирующей ДНК, которые называют интронами.  [1]

Глобин поступает в конечном счете в азотистый резерв. Железо, соединившись с белком, образует ферритин и в таком виде накапливается в организме.

Превращение биливердина в билирубин сводится лишь к присоединению 2 атомов водорода ( фиг.

Печень РЅРµ только образует билирубин, РЅРѕ Рё выводит его СЃ помощью желчи РІ кишечный тракт.  [2]

Глобин – белок, входящий РІ состав гемоглобина РєСЂРѕРІРё. Последовательность ДНК, кодирующая этот белок, местами прерывается последовательностями, которые РЅРµ относятся Рє этому белку.

Такое явление типично для эукариотиче-ских клеток, т.е. клеток, имеющих ядро.

Р’ РЅРёС… области, кодирующие белки, прерываются РІ РѕРґРЅРѕРј или нескольких местах сегментами некодирующей ДНК, которые называют интронами.  [3]

Глобин – белковый компонент гемоглобина – РѕРґРЅРѕ время относили Рє гистонам, так как глобин, РїРѕРґРѕР±РЅРѕ гистонам, осаждается РёР· раствора РїСЂРё добавлении аммиака; однако позднее было показано, что исследованные препараты содержали денатурированный глобин. Нативный же глобин РЅРµ осаждается аммиаком. Глобин отличается РѕС‚ типичных гистонов также РїРѕ аминокислотному составу.  [4]

Глобин отличается РѕС‚ большинства РґСЂСѓРіРёС… белков высоким содержанием гистидина ( СЃРј. табл. 1), количество которого РІ разных препаратах глобина достигает 6 – 10 % РїРѕ сравнению СЃ 2 – 3 % РІ большинстве РґСЂСѓРіРёС… белков.

Нативный глобин растворим в широких пределах рН, денатурированный же глобин выпадает в осадок при слабой щелочной реакции; этим можно воспользоваться для отделения денатурированного глобина от нативного.

 [5]

Глобин аар2 имеет молекулярную массу 61 990 ( РїСЂРё определении СЃ помощью центрифуги 66 000 – 68 000) [52] Рё состоит РёР· 574 аминокислот.  [6]

Глобины – это мономерные или олигомерные гемсодержащие белки.  [7]

Белок глобин, РІРёРґРёРјРѕ, связан РІ гемоглобине через карбоксильную РіСЂСѓРїРїСѓ.  [8]

Белок глобин, РІРёРґРёРјРѕ, связан РІ гемоглобине через карбо ксильную РіСЂСѓРїРїСѓ.  [9]

РЎРІСЏР·СЊ глобина СЃ гемом, РїРѕ-РІРёРґРёРјРѕРјСѓ, координационная – азот гистидина ( РѕРґРЅРѕР№ РёР· аминокислот белка глобина) связан СЃ атомом железа молекулы тема.

Гем, координационно связанный СЃ глобином, образует гемоглобин, который координационно связывает РћР° Рё СЃ РєСЂРѕРІСЊСЋ разносит его РїРѕ всем клеткам организма.  [10]

Гем Рё глобин взаимно стабилизированы.  [12]

Содержание rei глобина часто измеряется РїРѕ объему абсорбированного РєСЂРѕРІ кислорода. Тейлор Рё Кориель показали, однако, что такой СЃРїРѕСЃ ненадежен как для определения гемоглобина.  [13]

Цепи аир глобина синтезируются на полисомах, образованных, как правило, пятью рибосомами.

Соединение тема с глобином может происходить или в процессе синтеза полипептидных цепей или после окончания синтеза глобина.

Ферменты синтеза тема аллостерические, ингибируются гемом и гемоглобином. Синтез пептидных цепей происходит только в присутствии тема.

РџСЂРё РЅРёР·РєРѕР№ концентрации тема синтез глобина замедляется. Отсюда синтез тема Рё глобина РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ координирование Рё РЅРё РѕРґРёРЅ РёР· этих компонентов РЅРµ образуется РІ избыточном или недостаточном количестве.  [14]

РћРґРЅР° молекула глобина состоит РёР· четырех единиц тема, причем СЃРІСЏР·СЊ, вероятно, осуществляется Р·Р° счет атома N-3 имидазольного цикла аминокислоты гистидина.  [15]

Страницы:      1    2    3

Источник: https://www.ngpedia.ru/id644197p1.html

МедЛечебник
Добавить комментарий