Biến đổi sau dịch mã

Biến đổi sau dịch mã là những thay đổi hóa học cộng hóa trị được thực hiện trên một protein sau khi nó được tổng hợp. Bằng cách thêm các nhóm hóa học (như phosphate hoặc chuỗi đường), gắn các protein khác (như ubiquitin), hoặc cắt chuỗi, tế bào có thể thay đổi hoạt động, độ ổn định, vị trí và tương tác của protein. Những biến đổi này mở rộng đáng kể sự đa dạng chức năng của hệ protein vượt ra ngoài những gì bộ gen mã hóa trực tiếp.

Definition

Biến đổi sau dịch mã là những thay đổi cộng hóa trị được xúc tác bởi enzyme của một protein sau khi tổng hợp, bao gồm việc thêm các nhóm hóa học nhỏ, gắn đường hoặc các protein khác, và cắt phân giải protein, điều hòa hoạt động, định vị, độ ổn định và tương tác của protein.

Scope

Chủ đề này bao gồm các loại biến đổi sau dịch mã chính, bao gồm phosphoryl hóa, glycosyl hóa, ubiquityl hóa, acetyl hóa, methyl hóa, lipid hóa và xử lý phân giải protein, cũng như cách chúng điều hòa chức năng protein. Đây là một tài liệu tham khảo phân tử và không đưa ra lời khuyên lâm sàng.

Core questions

• Làm thế nào một tập hợp sản phẩm gen cố định có thể tạo ra một phạm vi chức năng protein lớn hơn nhiều?
• Những nhóm hóa học nào được thêm vào protein, và vào những axit amin nào?
• Làm thế nào các biến đổi có thể đảo ngược hoạt động như các công tắc phân tử?
• Làm thế nào một biến đổi thay đổi số phận của một protein trong tế bào?

Key concepts

• Đa dạng hóa hệ protein
• Phosphoryl hóa (kinase và phosphatase)
• Glycosyl hóa (liên kết N và liên kết O)
• Ubiquityl hóa
• Acetyl hóa và methyl hóa
• Lipid hóa
• Xử lý phân giải protein
• Biến đổi có thể đảo ngược như một công tắc phân tử

Mechanisms

Các enzyme chuyên biệt gắn hoặc loại bỏ các nhóm hóa học tại các chuỗi bên axit amin cụ thể. Phosphoryl hóa bởi kinase (và loại bỏ bởi phosphatase) cung cấp một công tắc có thể đảo ngược nhanh chóng để chuyển đổi hoạt động và tín hiệu. Glycosyl hóa thêm các chuỗi đường, chủ yếu trong lưới nội chất và bộ Golgi, định hình sự gấp cuộn, độ ổn định và nhận diện (Varki, 1993). Ubiquityl hóa gắn protein nhỏ ubiquitin để đánh dấu các chất nền cho các số phận bao gồm sự phân hủy (Hershko & Ciechanover, 1998). Acetyl hóa, methyl hóa, lipid hóa và xử lý phân giải protein tiếp tục điều chỉnh hoạt động, định vị và tương tác, để một sản phẩm gen duy nhất có thể tồn tại dưới nhiều dạng chức năng khác nhau (Walsh et al., 2005).

Clinical relevance

Bởi vì các biến đổi như phosphoryl hóa và ubiquityl hóa điều hòa tín hiệu, tăng trưởng và chu chuyển protein, sự rối loạn điều hòa của chúng được nghiên cứu trong nhiều bệnh, và các xét nghiệm phát hiện biến đổi được sử dụng trong nghiên cứu và chẩn đoán. Mục này mô tả các cơ chế và ý nghĩa chung của chúng và không phải là hướng dẫn chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.

History

Việc phát hiện ra phosphoryl hóa protein có thể đảo ngược vào giữa thế kỷ XX, được công nhận bởi Giải Nobel Sinh lý học hoặc Y học năm 1992, đã thiết lập biến đổi như một cơ chế kiểm soát. Việc mô tả đặc tính của glycosyl hóa và hệ thống ubiquitin (Hershko & Ciechanover, 1998) đã mở rộng bức tranh, và các khảo sát có hệ thống sau đó đã định hình sự đa dạng hóa học đầy đủ của các biến đổi như một nguồn chính của sự phức tạp của hệ protein (Walsh et al., 2005).

Key figures

• Christopher Walsh
• Edmond Fischer
• Edwin Krebs
• Aaron Ciechanover
• Avram Hershko

Seminal works

• walsh-2005
• hershko-1998

Frequently asked questions

Tại sao các biến đổi sau dịch mã lại quan trọng nếu gen đã quy định protein?

Gen quy định trình tự axit amin, nhưng các biến đổi thay đổi những gì protein đó làm, nơi nó đi và thời gian nó tồn tại. Chúng cho phép một sản phẩm gen có nhiều dạng chức năng và phản ứng nhanh chóng với các tín hiệu.

Các biến đổi sau dịch mã có vĩnh viễn không?

Nhiều biến đổi có thể đảo ngược. Ví dụ, phosphoryl hóa có thể được thêm vào và loại bỏ, hoạt động như một công tắc, trong khi những biến đổi khác như cắt phân giải protein thì không đảo ngược được.