Kasutaja:AngeLina/Külmašokivalgud

Allikas: Vikipeedia
Jump to navigation Jump to search

Külmašokivalgud (CSD, cold shock proteins) on valgud, mis omavad neile iseloomulikku aminohappelist järjestust, mida nimetatakse külmašokidomeeniks (CSD, cold shock domain). Külmašokidomeeni sisaldavad valgud ehk CSD-valgud on olemas nii prokarüootides kui ka eukarüootides. Bakteritel on üks CSD-valgude funktsioonidest kasvu soodustamine madalatel temperatuuridel. Samuti külmašokivalgud suurendavad nii prokarüootides, kui ka eukarüootides rakkude kestvust ioniseeritava radiatsiooni ja DNA-d kahjustavate keemiliste agentide suhtes[1]. Külmašokivalkude molekulmass on umbes 7 kDa. Eukarüootsetes organismides paiknevad need valgud mitokondorites, tuumas, tsütosoolis ja sisaldavad üht kuni viit külmašokidomeeni [2]. Prokarüootides leidub CSD-valkude geene bakteriaalse kromosoomi terminatsioonisaidi lähedal[1]. Vaatamata sellele, et CSD-valgud on laialdaselt levinud eluslooduses, alustades bakteritest ja lõpetades inimesega, ei ole arhebakterite genoomis CSD-valkude geene avastatud[1].

Külmašokivalkude funktsioonid[muuda | muuda lähteteksti]

Kõik uuritud CSD-valgud on võimelised seonduma erinevate nukleotiidsete järjestustega[3]. Tänu sellele, et CSD-valgud on võimelised seonduma erinevate nukleotiidsete järjestustega, suudavad CSD-valgud oluliselt alandada RNA ja DNA kaksikheeliksite sulamistemperatuuri. CSD-valgud on võimelised seonduda DNA-ga ja sellel juhul funktsioneerivad transkriptsioonifaktoritena (valgud, mis kontrollivad mRNA sünteesi DNA maatriksilt). Üks ülesannetest, mida CSD-valgud täidavad, on rakkude jagunemises ja diferentseerumises osalevate geenide ekspressiooni soodustamine või pärssimine, kodeerides selle jaoks erinevaid kaitsevalke. Samuti osalevad CSD-valgud DNA reparatsioonil, replikatsioonil ja rekombinatsioonil.

CSD-valkude struktuur[muuda | muuda lähteteksti]

Bakteriaalsed külmašokivalgud koosnevad ainult ühest külmašokidomeenist, millele on iseloomulikud kaks konsensusmotiivi: RNP-1 (K/N-G-F/Y-G-F-I/V) ja RNP-2 (V-F-V-H-F). Mitmele bakteriaalsele CSD-valgule on määratud ruumiline struktuur. Näiteks on tuvastatud CspA E. coli, CspB B. subtilis ja teised. CSD-valkude ruumilised struktuurid on omavahel väga sarnased ja koosnevad viiest ẞ-kihist[1].

Külmašokidomeeni struktuuri eripära seisneb selles, et RNP-konsensused on rikastatud aromaatsete aminohapetega, mis paiknevad valgu pinnal. Näiteks CspA-valgul on nendeks fenüülalaniin positsioonis 18 (Phe 18), Phe 20, Phe 31, histidiin positsioonis 33 ja Phe positsioonis 34, mille aromaatsed kõrvalahelad moodustavad valgu pinnal hüdrofoobse klastri suurusega ligikaudu 350Å (1Å = 10-10m). Hüdrofoobne piirkond CSD-valkude pinnal stabiliseerib külmašokidomeeni struktuuri[4].

CSD-valgud bakteritel[muuda | muuda lähteteksti]

Vaatamata sellele, et CSD-valgud on laialdaselt levinud eluslooduses, alustades bakteritest ja lõpetades inimesega, ei ole arhebakterite genoomis CSD-valkude geene avastatud. Samuti ei ole külmašokidomeeni sisaldavaid valke leitud pagaripärmis Saccharamyces cerevisiae. Külmašokivalgud aitavad bakteritel kohaneda madalatel temperatuuridel kasvamiseks.

Bakterikultuuride kasvatamisel laboritingimustes viib järsk temparatuuri alandamine kasvu ajutisele peatumisele. Sellele järgneb kohanemise periood ning bakterirakkude kasvu taastumine. Mida rohkem temperatuuri alandada, seda pikem on ka kohanemise periood ja seda aeglasem on järgnev kultuurikasv. Samuti on olemas miinimumtemperatuur, millest veel külmemas keskkonnas kohanemist ei toimu. Näiteks Escherichia coli optimaalne kasvutemperatuur on 37ºC, kohanemisprotsess indutseeritakse temperatuuril alla 20ºC ja miinimumtemperatuur on 8ºC. E. coli rakkudes on mitu geeni, mis kodeerivad külmašokivalke. Neid geene tähistatakse vastavalt cspA - cspI (Tabel 1).

Tabel 1. CSD-valkude geenid[1]
Geen Kodeeriva valgu pikkus
(aminohapete jääkide arv)
Identsus CspA
valgu suhtes
Valgu pI* Induktsioon
külmašoki puhul
Funktsioonid
cspA 70 - 5,5 jah 1) transkriptsiooni regulatsioon
2) translatsiooni regulatsioon
cspB 71 80% 7,6 jah Ei ole teada
cspC 69 69% 7,6 ei 1) transkriptsiooni regulatsioon
2) hoiab bakteriaalsed nukleotiidid
kondenseeritud seisundis
cspD 74 49% 5,8 ei Bakteriaalse DNA replikatsiooni
regulatsioon
cspF 70 44% 9,9 ei Ei ole teada
cspG 70 73% 5,6 jah Ei ole teada
cspH 70 47% 10,7 ei Ei ole teada
*pI- isoelektriline punkt ehk pH väärtus, mille juures aminohape ei esine lahuses katioonina ega anioonina
vaid omapärase sisesoolana, neutraalse dipolaarse vormina (dipolaarse ioonina ehk hübriidioonina)[5]

Külmašoki puhul aktiveeritakse kõige rohkem CspA, CspB, CspG ja CspI valkude sünteesi. Need valgud osalevad bakterirakkude kohanemisel madala temperatuuriga. Kõige tähtsamad on indutseeritavad geenid on cspA, cspB, cspG ja cspE geenid — nende kõrvaldamisel tekivad kohanemishäired.

Mis toimub kohanemisel?[muuda | muuda lähteteksti]

Temperatuuri alandamine pärsib paljusid rakusiseseid protsesse. On näidatud, et temperatuuri järsul alanemisel peatub süntees enamikel valkudest ja hakatakse aktiivselt sünteesima uusi madalmolekulaarsed külmašokivalke, mis aitavad bakteritel külmas keskkonnas ellu jääda. Peale peamiste CSD-valkude sünteesi hakatakse tootma ka teisi valke, mis osalevad bakterite kohanemisel. Nende seas on RNA-helikaas DeaD, RbfA, GyrA, H-NS, Hub, RecA valgud. Kohanemise tulemusena taastub järkjärgult ka nende valkude süntees, mida sünteesitakse optimaalse kasvutemperatuuri juures.

CSD-valgud käituvad paljude geenide transkriptsioonifaktoritena (tabel 2), vastutades bakterite kohanemise eest madalatel temperatuuridel kasvamiseks ja paljunemiseks. Temperatuuri alandamisel suurendab CspA-valk kahe külmašokivalgugeeni transkriptsiooni: hns[6] ja gyrA-geen, mis kodeerib DNA-hüraasi A fermenti subühikut[7] (DNA-hüraas on ferment, mis kuulub DNA-topoisomeraaside II perekonda[8]). Mõlemad valgud on väga vajalikud rakkude kohanemiseks. Külmašokivalgud stimuleerivad geenide transkriptsiooni, seondudes nende promootoritele. lisaks on need valgud võimelised soodustama geenide ekspressiooni, takistades enneaegset transkriptsiooni terminatsiooni (antiterminatsiooni)[1]. Kui alandada temperatuuri 37°C-lt kuni 15°C-ni kogunevad CSD-valgud, seonduvad kasvava RNA ahelaga ja toimivad transkriptsioonifaktoritena. Antiterminaatori funktsioone täidavad eelkõige CSD-valgud CspE ja CspA[9]. CspA ja teiste valkude süntees on reguleeritud posttranskriptsioonilisel tasandil. CSD-valkude sünteesi käivitamine on bakterite kohanemise esimene staadium. Mõne aja möödudes peatub indutseeritud CSD-valkude süntees ning taastub optimaalsele temperatuurile iseloomulike valkude süntees. Uuringud on näidanud, et külmašokivalkude sünteesi väljalülitamine toimub valkude mRNA degradatsiooni võimendamise tulemusel aklimatisatsiooni lõpus[1].

Tabel 2. Rakkude geenid, mis on reguleeritud CSD-valkude poolt[1].
Geen CSD-valkude mõju
MHC II (peamise koesobivuskompleksi geenid ) inhibeerimine
p53 (kasvaja supressori geen) inhibeerimine
GM-CSF (granulotsüütide ja makrofaagide kasvufaktori geen) inhibeerimine
VEGF (soonte endodermi kasvufaktori geen) inhibeerimine
PDGF (trombotsüütide kasvufaktori geen) aktiveerimine
PTP1B (signaalradade regulatsioonigeen) aktiveerimine
ErbB-2 (retseptori protoonkogeen) inhibeerimine

CSD-valgud eukarüootidel[muuda | muuda lähteteksti]

Esimesed eukarüootsed külmašokivalgud kirjeldati 1970-ndate aastate alguses. CSD-valkudest inimesel on YB-1-valk. Sellele valgule on iseloomulikud kolm domeeni, millest tsentraalne on külmašokidomeen. Eukarüootides CSD-valgud käituvad nagu DNA-seonduvad faktorid, mis mõjustavad mõnede geenide regulatoorsete elementidega. Külmašokivalgud täidavad eukarüootides erinavad funktsioonid: mRNA stabilisatsioon, transkriptsiooni regulatsioon, osalemine DNA reparatsioonis ja teised[1]. (Tabel 3)

Tabel 3. Eukarüootsed CSD-valgud[1]
Valk Organism Funktsioon
YB-1/DbpB Homo sapiens Inimene 1) transkriptisooni aktivatsioon/repression
2) osalemine DNA reparatsioonis
3) tuuma heterogeense RNA splaising
4) mRNA stabiliseerimine
5) translatsiooni regulatsioon
6) DNA replikatsioon
7) 3’-> 5’ DNA-eksonukleaasne aktiivsus
p50 Oryctolagus cuniculus Küülik 1) mRNA translatsiooni regulatsioon
2) mRNA stabiilsuse regulatsioon
DbpA Homo sapiens Inimene Transkriptsiooni regulatsioon
EF1A Rattus norvegicus Rott Transkriptsiooni regulatsioon
FRGY1 Xenopus laevis Konn Transkriptsiooni regulatsioon
MSY1, MSY2,MSY4 Mus musculus Hiir mRNA varumine, transkriptsiooni regulatsioon

CSD-valgud ja meditsiin[muuda | muuda lähteteksti]

Külmašokivalgu YB-1 transport rakutuuma põhjustab inimestel piimanäärmevähki, munasarja adenokartsinoomi ja kopsuvähki. Rakutuumas aktiveerib YB-1 valk mdr-1-geeni ekspressiooni, see omakorda on seotud p53-valgu geeniekspressiooni inhibeerimisega. On näidatud, et valgu p53 tase tõuseb oluliselt selliste välismõjude puhul, mis põhjustavad DNA kahjustusi. p53-valgu aktiivsuse tõus viib üldjuhul rakkude programmeeritud surmani (apoptoosini), mis takistab pahaloomuliste rakkude transformatsiooni[10]. YB-1 on võimeline takistama transkriptsiooni inhibeerima p53 valgu geeni promootorilt. p53 sünteesi inhibeerimine koos glükoproteiini P sünteesiga soodustab pahaloomulise kasvataja agressiivset käitumist. CSD-valgud on võimelised mõnedel juhtudel käituma ka kasvaja supressorina[1].

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. 1,00 1,01 1,02 1,03 1,04 1,05 1,06 1,07 1,08 1,09 1,10 Мультифункциональные белки с доменом холодового шока в регуляции экспрессии генов М. А. Скабкин, О. В. Скабкина, Л. П. Рвчинников Институт белка РАН, Пущино, Московская область, 2004
  2. Doniger J, Landsman D, Gonda MA, Wistow G (April 1992). "The product of unr, the highly conserved gene upstream of N-ras, contains multiple repeats similar to the cold-shock domain (CSD), a putative DNA-binding motif". New Biol. 4 (4): 389–95.
  3. Landsman D (June 1992). "RNP-1, an RNA-binding motif is conserved in the DNA-binding cold shock domain". Nucleic Acids Res. 20 (11): 2861–4.
  4. Hillier, B.J. Rodriguez, H.M. Gregoret, L.M. (1998) Coupling protein stability and protein function in Escherichia coli CspA. Fold Des., 3, 87-93
  5. Lisa loengukursuse “Farmatseutiline keem ia I” loengumaterjalidele farmaatsia II kursuse kevadsemestril, Autor teadmata, http://www.ut.ee/ARFA/fkeemia/Lisa_aminohapped.pdf
  6. La Teana, A., Brandi, A., Falconi, M., Spurio, R., Pon, C.L., Gualerzi, C.O. (1991) Identification of a cold shock transcriptional enhancer of the Escherichia coli gene encoding nucleoid protein H-NS. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 88, 10907–10911
  7. Jones, P.G., Krah, R., Tafuri, S.R., Wolffe, A.P. (1992) DNA gyrase, CS7.4, and the cold shock response in Escherichia coli. J. Bacteriol., 174, 5798–5802.
  8. «Англо-русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд-во ВНИРО, 1995 г
  9. Bae, W., Xia, B., Inouye, M., Severinov, K. (2000) Escherichia coli CspA-family RNA chaperones are transcription antiterminators. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97, 7784–7789
  10. Levine, A.J. (1997) p53, the cellular gatekeeper for growth and division. Cell. 88: 323-331