Składnik uzupełniający 4
| składnik dopełniacza 4A (grupa krwi Rodgersa) | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identyfikatory | |||||||
| Symbol | C4A | ||||||
| gen NCBI | 720 | ||||||
| HGNC | 1323 | ||||||
| OMIM | 120810 | ||||||
| RefSeq | NM_007293 | ||||||
| UniProt | P0C0L4 | ||||||
| Inne dane | |||||||
| Umiejscowienie | Chr. 6 p21.3 | ||||||
| |||||||
składnik dopełniacza 4B (grupa krwi Chido) | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identyfikatory | |||||||
| Symbol | C4B | ||||||
| gen NCBI | 721 | ||||||
| HGNC | 1324 | ||||||
| OMIM | 120820 | ||||||
| RefSeq | NM_000592 | ||||||
| UniProt | P0C0L5 | ||||||
| Inne dane | |||||||
| Umiejscowienie | Chr. 6 p21.3 | ||||||
| |||||||
Składnik 4 dopełniacza ( C4 ) u ludzi jest białkiem zaangażowanym w skomplikowany układ dopełniacza , pochodzącym z układu antygenu ludzkich leukocytów (HLA). Pełni szereg krytycznych funkcji w zakresie odporności, tolerancji i autoimmunizacji wraz z innymi licznymi składnikami. Ponadto jest kluczowym czynnikiem w łączeniu szlaków rozpoznawania całego systemu inicjowanych przez kompleksy przeciwciało-antygen (Ab-Ag) z innymi białkami efektorowymi wrodzonej odpowiedzi immunologicznej. Na przykład nasilenie dysfunkcji układu dopełniacza może prowadzić do śmiertelnych chorób i infekcji. Złożone jego odmiany mogą również prowadzić do schizofrenii . Uważano, że białko C4 wywodzi się z prostego modelu allelicznego z dwoma locus, który jednak został zastąpiony znacznie bardziej wyrafinowanym wielomodułowym modelem RCCX , który zawiera długie i krótkie formy genów C4A lub C4B , zwykle w tandemowych kasetach RCCX z kopią zmienność liczby, która w pewnym stopniu odpowiada zmienności poziomów ich odpowiednich białek w populacji wraz z CYP21 w niektórych przypadkach, w zależności od liczby kaset i tego, czy zawiera funkcjonalny gen zamiast pseudogenów lub fragmentów. Model genetyczny C4A-C4B, pierwotnie zdefiniowany w kontekście układu grup krwi Chido/Rodgers, jest obecnie badany pod kątem możliwej roli w ryzyku i rozwoju schizofrenii .
Historia
Jedno z wcześniejszych badań genetycznych nad białkiem C4 zidentyfikowało dwie różne grupy, znalezione w ludzkiej surowicy, zwane grupami krwi Chido/Rogers (Ch/Rg). O'Neill i in. wykazali, że dwa różne loci C4 wyrażają różne antygeny Ch/Rg na błonach erytrocytów. Dokładniej, dwa białka, Ch i Rg, działają razem jako środowisko interakcji między kompleksem Ab-Ag i innymi składnikami dopełniacza. Co więcej, dwa loci są połączone z HLA lub ludzkim analogiem głównego kompleksu zgodności tkankowej (MHC) na krótkim ramieniu chromosomu 6, podczas gdy wcześniej uważano, że zostały wyrażone przez dwa kodominujące allele w jednym locus. W badaniach elektroforezy żelowej O'Neill i in. zidentyfikowali dwa warianty genetyczne: F, oznaczający obecność (F+) lub brak (f0/f0) czterech szybko poruszających się prążków, oraz S, oznaczający obecność (S+) lub brak (s0/s0) czterech wolno poruszających się prążków. Jednorodność lub heterogeniczność dwóch loci, z dodatkiem tych zerowych genów (f0, s0), pozwala na duplikację/brak duplikacji loci C4. Dlatego posiadanie oddzielnych loci dla C4, C4F i C4S (później zidentyfikowanych odpowiednio jako C4A lub C4B) prawdopodobnie odpowiada za wytwarzanie wielu form allelicznych, co prowadzi do dużej zmienności rozmiaru i liczby kopii . [ potrzebne źródło ]
Dwaj ważni współpracownicy, Carroll i Porter, w swoich badaniach klonowania ludzkiego genu C4 wykazali, że wszystkie sześć ich klonów zawierało ten sam gen C4. Białko C4 składa się z 3 podjednostek (α, β i γ) o masie cząsteczkowej (MW) odpowiednio ~ 95 000, 78 000 i 31 000 i wszystkie są połączone międzyłańcuchowymi mostkami dwusiarczkowymi. W badaniu przeprowadzonym przez Roosa i wsp. Stwierdzono, że łańcuchy α między C4A i C4B są nieco inne (masa cząsteczkowa odpowiednio ~ 96 000 i 94 000), co dowodzi, że w rzeczywistości istnieje różnica strukturalna między tymi dwoma wariantami. Ponadto zasugerowali, że brak aktywności C4 można przypisać różnicom strukturalnym między łańcuchami α. Niemniej jednak Carroll i Porter wykazali, że istnieje region o długości 1500 pz, który działa jako intron w sekwencji genomowej, który ich zdaniem jest znanym regionem C4d, produktem ubocznym aktywności C4. Carroll i in. później opublikował pracę, która scharakteryzowała strukturę i organizację genów C4, które znajdują się w regionie HLA klasy III i są połączone z C2 i czynnikiem B na chromosomie. Dzięki eksperymentom obejmującym mapowanie restrykcyjne, analizę sekwencji nukleotydów i hybrydyzację z C4A i C4B odkryli, że geny są w rzeczywistości dość podobne, chociaż mają swoje różnice. Na przykład wykryto polimorfizmy pojedynczych nukleotydów, co pozwoliło na określenie różnic klasowych między C4A i C4B. Ponadto różnice klasowe i alleliczne wpłynęłyby na działanie białek C4 z kompleksem immunologicznym. Wreszcie, poprzez nakładanie sklonowanych fragmentów cDNA, byli w stanie określić, że loci C4, o długości szacowanej na 16 kilozasad (kb), są oddalone od siebie o 10 kb i wyrównane 30 kb od locus czynnika B.
W tym samym roku badania pokrewne zidentyfikowały region chromosomu o długości 98 kb, w którym cztery geny klasy III (które wyrażają C4A, C4B, C2 i czynnik B) są ściśle powiązane, co nie pozwala na wystąpienie krzyżowania. Używając wariantów białek zwizualizowanych przez elektroforezę, cztery geny strukturalne zlokalizowano między HLA-B i HLA-D. Dokładniej, zweryfikowali proponowaną mapę molekularną, w której kolejność genów przebiegała od czynnika B , C4B, C4A i C2, przy czym C2 był najbliższy HLA-B. W innym badaniu Law i in. następnie zagłębili się głębiej, tym razem porównując właściwości zarówno C4A, jak i C4B, z których oba są istotnymi graczami w układzie odpornościowym człowieka. Dzięki metodom, które obejmują inkubację, różne poziomy pH i traktowanie metyloaminą, biochemicznie zilustrowali różne reaktywności genów C4. Dokładniej, wykazano, że C4B reaguje znacznie wydajniej i skuteczniej pomimo różnicy 7 kb między C4A i C4B. W całej surowicy allele C4B działały z szybkością kilka razy większą podczas aktywności hemolitycznej, w bezpośrednim porównaniu z allelami C4A. Biochemicznie odkryli również, że C4A reagował bardziej stabilnie z łańcuchami bocznymi aminokwasów i antygenami, które są grupami aminowymi, podczas gdy C4B reagował lepiej z grupami hydroksylowymi węglowodanów. Tak więc, po analizie różnych reaktywności, zaproponowali, że wyjątkowy polimorfizm genów C4 może przynieść pewne korzyści biologiczne (tj. aktywację dopełniacza z szerszym zakresem kompleksów Ab-Ag powstających podczas infekcji). Chociaż w tym momencie genomowa i pochodna sekwencja aminokwasowa C4A lub C4B nie została jeszcze określona. [ potrzebne źródło ]
Struktura
Wczesne badania znacznie poszerzyły wiedzę o kompleksie C4, kładąc podwaliny, które utorowały drogę do odkrycia genów i struktur białek. C. Yu z powodzeniem określił kompletną sekwencję genu C4A składnika ludzkiego dopełniacza. W odkryciach stwierdzono, że cały genom ma 41 eksonów, w sumie 1744 reszt (pomimo uniknięcia sekwencji dużego intronu 9). Białko C4 jest syntetyzowane w jednołańcuchowy prekursor, który następnie ulega rozszczepieniu proteolitycznemu na trzy łańcuchy (w kolejności, w jakiej są połączone, β-α-γ).
Łańcuch β składa się z 656 reszt kodowanych przez eksony 1-16. Najbardziej widocznym aspektem łańcucha β jest obecność dużego intronu o wielkości od sześciu do siedmiu kilozasad. Jest obecny w pierwszym locus (kodującym C4A) dla wszystkich genów C4, aw drugim locus (kodującym C4B) tylko w kilku genach C4. Łańcuch α składa się z reszt 661-1428, kodujących eksony 16-33. W obrębie tego łańcucha dwa miejsca rozszczepienia oznaczone eksonami 23 i 30 wytwarzają fragment C4d (gdzie znajduje się tioester, antygeny Ch/Rg i reszty izotypowe); ponadto większość miejsc polimorficznych skupia się w tym regionie. Łańcuch γ składa się z 291 reszt kodujących eksony 33-41. Niestety łańcuchowi γ nie przypisano żadnej określonej funkcji.
Badanie przeprowadzone przez Vaishnaw et al. starali się zidentyfikować kluczowy region i czynniki związane z wysiłkami związanymi z ekspresją genu C4. Ich badania zakończyły się stwierdzeniem, że miejsce wiążące Sp1 (umieszczone w -59 do -49) odgrywa ważną rolę w dokładnym rozpoczynaniu podstawowej transkrypcji C4. Wykorzystanie testów przesunięcia elektromobilności i analiz śladu DNazy I wykazało specyficzne korelacje DNA-białko promotora C4 w domenach czynnika jądrowego 1, dwóch bloków E (od -98 do -93 i od -78 do -73) oraz domen wiążących Sp1. Odkrycia te zostały później dodane w innym szeroko zakrojonym badaniu, w którym znaleziono trzecie miejsce E-box. Ponadto te same odkrycia postulowały, że dwie jednostki fizyczne w sekwencji genu mogą odgrywać rolę w poziomach ekspresji ludzkiego C4A i C4B, które obejmują zarówno obecność endogennego retrowirusa, który może mieć pozytywne lub negatywne wpływy regulacyjne wpływające na transkrypcję C4 i zmienne środowisko genetyczne (w zależności od tego, który modułowy składnik genetyczny jest obecny) w przeszłości pozycja -1524.
Aby zapewnić większy kontekst, w tym ostatnim badaniu wcześniej odnotowana struktura bimodularna (C4A-C4B) została zaktualizowana do czteromodułowej struktury składającej się z jednego do czterech oddzielnych segmentów, zawierającej jeden lub więcej modułów RP-C4-CYP21-TNX (RCCX ) . Rozmiar genu C4A lub C4B może wynosić 21 kb (długi, L) lub 14,6 kb (krótki, S). Również długi gen C4 w unikalny sposób zawiera retrowirusa HERV-K(C4) w swoim intronie 9, który narzuca transkrypcję dodatkowych 6,36 kb, stąd „dłuższy” ciąg genu. Zatem geny C4 mają złożony wzór zmienności wielkości genu, liczby kopii i polimorfizmów. Przykłady tych struktur mono-, bi-, tri- i quadri-modułowych obejmują: L lub S (monomoduły z jednym długim lub krótkim genem C4), LL lub LS lub SS (bimoduły z kombinacją homozygotycznych lub heterozygotycznych L lub S geny), LLL lub LLS lub LSS (trimodularny RCCX z trzema genami L lub S C4), LLLL (struktura czteromodułowa z czterema genami L lub S C4). Nie wszystkie grupy strukturalne mają ten sam procent wyglądu, być może nawet dalsze różnice w obrębie poszczególnych grup etnicznych. Na przykład badana populacja kaukaska wykazała 69% konfiguracji bimodularnej (C4A-C4B, C4A-C4A lub C4B-C4B) i 31% konfiguracji trimodularnej (równie podzielone między LLL jako C4A-C4A-C4B lub LSS jako C4A-C4B-C4B ). Jeśli chodzi o polimorfizm sekwencji białka C4, znaleziono łącznie 24 polimorficzne reszty. Wśród nich łańcuch β wyrażony jako pięć, ponieważ łańcuch α i łańcuch γ wytwarzały odpowiednio 18 i jeden. Te polimorfizmy można dalej podzielić na grupy: 1) cztery reszty izotypowe w określonych pozycjach, 2) determinanty antygenowe Ch/Rg w określonych pozycjach, 3) miejsca wiązania C5, 4) prywatne reszty alleliczne.
Ponadto w tym samym badaniu zidentyfikowano ekspresję transkryptów C4 ludzkiego dopełniacza w wielu tkankach. Wyniki analizy metodą Northern blot, przy użyciu sondy C4d i sondy RD jako kontroli pozytywnej, wykazały, że wątroba zawiera większość transkryptów w całym organizmie. Mimo to umiarkowane ilości zostały wyrażone w korze nadnerczy / rdzeniu, tarczycy i nerkach.
Funkcja i mechanizm
Jak zauważono, C4 (mieszanina C4A i C4B) uczestniczy we wszystkich trzech szlakach dopełniacza (klasyczny, alternatywny i lektynowy); ścieżka alternatywna jest „uruchamiana spontanicznie”, podczas gdy ścieżka klasyczna i lektynowa są wywoływane w odpowiedzi na rozpoznanie określonych drobnoustrojów. Wszystkie trzy szlaki zbiegają się na etapie, w którym białko dopełniacza C3 jest rozszczepiane na białka C3a i C3b, co skutkuje szlakiem litycznym i tworzeniem makrocząsteczkowego zespołu wielu białek, określanego jako kompleks atakujący błonę (MAC), który służy jako pory w błonie docelowego patogenu, co prowadzi do rozerwania inwazyjnej komórki i ostatecznej lizy.
W szlaku klasycznym składnik dopełniacza — dalej określany skrótem „C” poprzedzającym numer białka — określany jako C1s, proteaza serynowa , jest aktywowany na wcześniejszych etapach szlaku, co powoduje jego rozszczepienie natywnego, macierzystego ~200 kilodaltonów ( kDa) Białko C4 — złożone z trzech łańcuchów. C4 jest rozszczepiany przez proteazę na dwie części, peptyd C4a (mały przy ~ 9 kDa i anafilotoksyczny ) oraz białko C4b o wyższej masie cząsteczkowej, o masie około 190 kDa. Rozszczepienie C4 powoduje, że C4b ma tioestrową grupę funkcyjną [-SC (O) -]: praca w latach 80. nad C3, a następnie nad C4, wskazała na obecność w macierzystych strukturach C3 i C4 unikalnego białka modyfikacja, 15-atomowy (15-członowy) pierścień tionolaktonowy służący do połączenia tiolowego łańcucha bocznego aminokwasu cysteiny (Cys) w sekwencji -Cys-Gly-Glu-Glx- z grupą acylową łańcucha bocznego tego, co zaczęło się jako łańcuch boczny glutaminy (tutaj Glx), który znajdował się za trzema resztami aminokwasowymi poniżej (gdzie pozostałe atomy z 15 były atomami szkieletu i łańcucha bocznego); po rozszczepieniu ta unikalna tionolaktonu zostaje odsłonięta na powierzchni nowego białka C4b. Ze względu na bliskość powierzchni drobnoustroju, część uwolnionych białek C4b z tym reaktywnym tionolaktonem reaguje z nukleofilowych i innymi grupami na powierzchni komórki obcego drobnoustroju, powodując kowalencyjne przyłączenie nieco zmodyfikowanego białka C4b do powierzchni komórki, poprzez oryginalną resztę Glx C4.
C4b ma dalsze funkcje. Oddziałuje z białkiem C2; ta sama proteaza, o której była mowa wcześniej, C1s, rozszczepia następnie C2 na dwie części, określane jako C2a i C2b, przy czym C2b jest uwalniany, a C2a pozostaje w połączeniu z C4b; kompleks C4b-C2a dwóch białek wykazuje następnie dalszą aktywność proteazową związaną z układem w kierunku białka C3 (rozszczepianie), z późniejszym uwolnieniem obu białek, C4b i C2a, z ich kompleksu (po czym C4b może wiązać inne białko C2 i wykonać te czynności ponownie). Ponieważ C4b jest regenerowany i powstaje cykl, kompleks C4b-C2a o aktywności proteazy został nazwany konwertazą C3. Białko 4b można dalej rozszczepiać na 4c i 4d.
Znaczenie kliniczne
w grę wchodzą inne choroby (np. toczeń rumieniowaty układowy ), gen C4 jest również badany pod kątem roli, jaką może odgrywać w ryzyku i rozwoju schizofrenii. W Wu i in. wykorzystali reakcję łańcuchową polimerazy w czasie rzeczywistym (rt-PCR) jako test do określenia wariancji liczby kopii (CNV) lub różnorodności genetycznej C4. W związku z tym dzięki tym wynikom łatwiej będzie określić przyszłe prognozy, zaostrzenia i remisje. Wyniki zasadniczo pokazują warianty liczby kopii jako mechanizm wpływający na różnorodność genetyczną. Jak omówiono wcześniej, różne fenotypy, na które pozwala różnorodność genetyczna dopełniacza C4, obejmują szeroki zakres białek C4 osocza lub surowicy spośród dwóch izotypów - C4A i C4B - z wieloma allotypami białek, które mogą mieć unikalne funkcje fizjologiczne. CNV są źródłem wrodzonej różnorodności genetycznej i biorą udział w interakcji gen-środowisko. CNV (i powiązane polimorfizmy) odgrywają rolę w wypełnianiu luki w zrozumieniu genetycznych podstaw cech ilościowych i różnych podatności na choroby autoimmunologiczne i neurobiologiczne. [ potrzebne źródło ]
Zebrano i przeanalizowano istotne dane z całego świata, aby ustalić, że schizofrenia rzeczywiście ma silny związek genetyczny z regionem w locus MHC na ramieniu chromosomu 6.
Dane i informacje gromadzone w skali międzynarodowej mogą rzucić światło na tajemnice schizofrenii . Sekara i in. przeanalizowali polimorfizmy pojedynczego nukleotydu (SNP) 40 kohort w 22 krajach, co łącznie daje prawie 29 000 przypadków. Odkryli dwie cechy: 1) duża liczba SNP osiągająca tylko 2 Mb na końcu, 2) pik asocjacji wyśrodkowany w C4, co przewiduje, że poziomy ekspresji C4A są najsilniej skorelowane ze schizofrenią. Ponadto odkryli mechanizm, dzięki któremu schizofrenia może powstać z genetycznych predyspozycji ludzkiego dopełniacza C4. Jak pokazano na rycinie 1, cztery powszechne zmiany strukturalne odkryte w badaniach asocjacyjnych całego genomu (GWAS) wskazały na wysoką frekwencję schizofrenii. Być może wyższy poziom ekspresji białka C4 ze względu na wzór wariantów genu C4 pozwala na niepożądany wzrost przycinania synaptycznego (efekt wytwarzany przez białka efektorowe układu dopełniacza , w którym bierze udział C4).
Zobacz też
- Składnik uzupełniający 4A
- Składnik uzupełniający 4B
- Haplotyp HLA A1-B8-DR3-DQ2
- Układ uzupełniający
- Niedobór dopełniacza
Dalsza lektura
- Lewis RE, Cruse JM (2009). Ilustrowany słownik immunologii (wyd. 3). Boca Raton, Floryda: CRC Press. P. 125ff. ISBN 978-0-8493-7988-8 .
- Janeway CA, Travers P, Waldport M, Shlomchik MJ (2001). „Układ dopełniacza i odporność wrodzona” . Immunobiologia: układ odpornościowy w zdrowiu i chorobie . Nowy Jork, NY, USA: Garland Science.
- Truedsson L (listopad 2015). „Niedobory ścieżki klasycznej - krótki przegląd analityczny”. recenzja. Immunologia molekularna . 68 (1): 14–9. doi : 10.1016/j.molimm.2015.05.007 . PMID 26038300 .
- Abbas, AK; Lichtman, AH; Pillai, S. (2010). Immunologia komórkowa i molekularna (wyd. 6). Amsterdam, NLD: Elsevier. s. 272–288 . ISBN 978-1-4160-3123-9 .
- Klos A, Wende E, Wareham KJ, Monk PN (styczeń 2013). „Międzynarodowa Unia Farmakologii Podstawowej i Klinicznej. [Poprawione]. LXXXVII. Receptory C5a, C4a i C3a peptydu dopełniacza” . Recenzje farmakologiczne . 65 (1): 500–43. doi : 10.1124/pr.111.005223 . PMID 23383423 .
- Goldman AS, Prabhakar BS (1996). „System dopełniacza” . W Baron S (red.). Mikrobiologia medyczna Barona (wyd. 4). Galveston, TX, USA: Oddział Medyczny Uniwersytetu Teksańskiego w Galveston. ISBN 978-0-9631172-1-2 . [ potrzebna strona ]
- Grumach AS, Kirschfink M (październik 2014). „Czy niedobory dopełniacza są naprawdę rzadkie? Przegląd rozpowszechnienia, znaczenia klinicznego i nowoczesnego podejścia diagnostycznego”. recenzja. Immunologia molekularna . 61 (2): 110–7. doi : 10.1016/j.molimm.2014.06.030 . PMID 25037634 .
- Carroll MC, Campbell RD, Bentley DR, Porter RR (1984). „Mapa molekularna regionu ludzkiego głównego kompleksu zgodności tkankowej klasy III łączącego geny dopełniacza C4, C2 i czynnik B”. Natura . 307 (5948): 237–41. Bibcode : 1984Natur.307..237C . doi : 10.1038/307237a0 . PMID 6559257 . S2CID 12016613 .
- Carroll MC, Pas T, Palsdottir A, Porter RR (wrzesień 1984). „Struktura i organizacja genów C4” . Transakcje filozoficzne Royal Society of London. Seria B, nauki biologiczne . 306 (1129): 379–88. Bibcode : 1984RSPTB.306..379C . doi : 10.1098/rstb.1984.0098 . PMID 6149580 .
- Horton R, Gibson R, Coggill P, Miretti M, Allcock RJ, Almeida J i in. (styczeń 2008). „Analiza zmienności i adnotacja genów ośmiu haplotypów MHC: projekt haplotypów MHC” . Immunogenetyka . 60 (1): 1–18. doi : 10.1007/s00251-007-0262-2 . PMC 2206249 . PMID 18193213 .
- Prawo SK, Dodds AW, Porter RR (sierpień 1984). „Porównanie właściwości dwóch klas, C4A i C4B, ludzkiego składnika dopełniacza C4” . Dziennik EMBO . 3 (8): 1819–23. doi : 10.1002/j.1460-2075.1984.tb02052.x . PMC 557602 . PMID 6332733 .
- Isenman DE, Młody JR (czerwiec 1984). „Molekularne podstawy różnicy w aktywności hemolizy immunologicznej izotypów Chido i Rodgersa ludzkiego składnika dopełniacza C4”. Journal of Immunology . 132 (6): 3019–27. PMID 6609966 .
- Hakobyan S, Boyajyan A, Sim RB (luty 2005). „Aktywność dopełniacza szlaku klasycznego w schizofrenii”. Listy neurologiczne . 374 (1): 35–7. doi : 10.1016/j.neulet.2004.10.024 . PMID 15631892 . S2CID 38054964 .
- Stevens B, Allen NJ, Vazquez LE, Howell GR, Christopherson KS, Nouri N i in. (grudzień 2007). „Klasyczna kaskada dopełniacza pośredniczy w eliminacji synaps OUN” . komórka . 131 (6): 1164–78. doi : 10.1016/j.cell.2007.10.036 . PMID 18083105 . S2CID 2830592 .
- Feinberg I (1982). „Schizofrenia: spowodowana błędem w zaprogramowanej eliminacji synaptycznej w okresie dojrzewania?”. Dziennik badań psychiatrycznych . 17 (4): 319–34. doi : 10.1016/0022-3956(82)90038-3 . PMID 7187776 .
- Mayilyan KR, Dodds AW, Boyajyan AS, Soghoyan AF, Sim RB (2008). „Dopełnienie białka C4B w schizofrenii”. Światowy Dziennik Psychiatrii Biologicznej . 9 (3): 225–30. CiteSeerX 10.1.1.653.9445 . doi : 10.1080/15622970701227803 . PMID 17853297 . S2CID 9004105 .