Inkluzní subjekty - Inclusion bodies

Inkluzní subjekty jsou agregáty bílkovin spojené s mnoha neurodegenerativní onemocnění, nahromaděné v mozkové buňky buď v cytoplazma nebo buněčné jádro.[1]

Zahrnovací orgány špatně složené proteiny jsou charakteristickými znaky mnoha neurodegenerativních onemocnění, včetně Lewy těla u demencí s Lewyho tělísky a Parkinsonova choroba, neuroserpinová inkluzní tělíska v familiární encefalopatie s inkluzními těly neuroserpinu, inkluzní orgány v Huntingtonova choroba, Inkluze Papp-Lantos v atrofie více systémů a různé inkluzní orgány v frontotemporální demence počítaje v to Vyberte těla.[2] Bunina těla v motorické neurony jsou základní vlastností Amyotrofní laterální skleróza.[3]

Další obvyklá buňka inkluze jsou často dočasné inkluze nahromaděných bílkovin, tuků, sekrečních granulí nebo jiných nerozpustných složek.[4]

Inklusní tělíska se také nacházejí v bakteriích jako částice agregovaného proteinu. Mají vyšší hustotu než mnoho jiných složek buněk, ale jsou porézní.[5]

Obvykle představují stránky virový násobení v a bakterie nebo a eukaryotický buňky a obvykle se skládají z virové kapsidové proteiny Inklusní tělíska obsahují velmi málo hostitelského proteinu, ribozomálních složek nebo fragmentů DNA / RNA. Často téměř výlučně obsahují nadměrně exprimovaný protein a agregaci a bylo hlášeno, že jsou reverzibilní. Bylo navrženo, že inkluzní tělíska jsou dynamické struktury tvořené nevyváženou rovnováhou mezi agregovanými a rozpustnými proteiny Escherichia coli. Roste množství informací, které naznačují, že k tvorbě inkluzních tělísek dochází v důsledku intracelulární akumulace částečně složených exprimovaných proteinů, které agregují prostřednictvím nekovalentní hydrofobní nebo iontové interakce nebo kombinace obou.[Citace je zapotřebí ]

Složení

Inklusní tělíska mají nejednotkovou lipidovou membránu. Klasicky se předpokládá, že obsahují inkluzní proteiny špatně složený protein. To však bylo zpochybněno, protože zelený fluorescenční protein někdy fluoreskuje v inkluzních tělískách, což naznačuje určitou podobnost s nativní strukturou a vědci obnovili složený protein z inkluzních tělísek.[6][7][8]

Mechanismus formování

Když geny z jednoho organismu jsou exprimovány v jiném organismu a výsledný protein někdy tvoří inkluzní tělíska. To často platí při překročení velkých evolučních vzdáleností: a cDNA izolovaný od Eukarya například a vyjádřeno jako a rekombinantní gen v prokaryot riskuje tvorbu neaktivních agregátů bílkovin známých jako inkluzní tělíska. Zatímco cDNA může správně kódovat překlad mRNA, protein že výsledky se objeví v cizím mikroprostředí. To má často fatální účinky, zejména pokud je to záměr klonování je produkovat biologicky aktivní protein. Například, eukaryotický systémy pro uhlohydrát modifikace a membránový transport nejsou nalezeny v prokaryoty. Vnitřní mikroprostředí a prokaryotický buňka (pH, osmolarita ) se může lišit od původního zdroje gen. Mechanismy skládání a protein může také chybět a hydrofobní zbytky které by normálně zůstaly pohřbeny, mohou být vystaveny a dostupné pro interakci s podobnými exponovanými místy na jiných mimoděložní bílkoviny. Procesní systémy pro štěpení a odstranění interních peptidy by také chyběl v bakterie. Počáteční pokusy o klonování inzulín v bakterie utrpěl všechny tyto deficity. Kromě toho jemné kontroly, které mohou udržovat koncentraci a protein low bude také chybět v a prokaryotická buňka, a nadměrná exprese může mít za následek vyplnění buňky mimoděložní protein, který, i kdyby byl správně složen, by byl sraženina nasycením svého prostředí.[Citace je zapotřebí ]

Ve virech

Cytoplazmatické inkluzní tělo viru psinky (krevní nátěr, Wrightova skvrna)

Příklady virových inkluzních těl u zvířat jsou

Cytoplazmatický eozinofilní (acidofilní) -

Jaderná eosinofilní (acidofilní) -

Nukleární bazofilní

Jaderná i cytoplazmatická

Příklady virových inkluzních tělísek v rostlinách[9] zahrnují agregace virových částic (jako jsou ty pro Virus mozaiky okurky[10]) a agregace virových proteinů (jako válcové inkluze potyvirů[11]). V závislosti na rostlině a rodině rostlinných virů lze tyto inkluze nalézt v epidermálních buňkách, mezofylových buňkách a stomatálních buňkách, když je rostlinná tkáň správně obarvena.[12]

V červených krvinkách

Normálně a červená krvinka neobsahuje inkluze v cytoplazmě. Může to však být patrné kvůli určitým hematologickým poruchám.

Existují tři druhy inkluzí erytrocytů:

  1. Vývojové organely
    1. Howell-Jolly těla: malé, kulaté fragmenty jádra vyplývající z karyorrhexis nebo jaderný rozpad pozdních retikulocyty a obarvíte červeno-modrou barvou Wrightova skvrna.
    2. Bazofilní ucpávky - tato tečkování jsou buď jemná nebo hrubá, tmavě modrá až fialová skvrnitá inkluze, která se objevuje v erytrocyty na zaschlou Wrightovu skvrnu.
    3. Pappenheimerova těla - jsou siderotický granule, které jsou malé, nepravidelné, tmavě zbarvené granule, které se objevují na okraji mláďat červená krvinka ve Wrightově skvrně.
    4. Polychromatofilní červené krvinky - mladé červené krvinky, které již nemají jádro, ale stále obsahují určitou RNA.
    5. Cabotovy kroužky - prstencová struktura a může se objevit v erytrocytech megaloblastická anémie nebo v těžké anémie, otrava olovem a v dyserythropoiesis, ve kterém erytrocyty jsou zničeny před propuštěním z kostní dřeň.
  2. Abnormální srážení hemoglobinu
    1. Heinzova těla - kulatá tělesa, refrakční vměstky nejsou viditelné na filmu Wrightovy skvrny. Nejlépe se identifikují supravitálním barvením základními barvivy.
    2. Hemoglobin H inkluze - alfa talasémie, v mnoha se objevují zeleno-modré inkluzní tělíska erytrocyty po čtyřech kapkách krve se inkubuje s 0,5 ml Brilliant krezylové modři po dobu 20 minut při 37 ° C.
  3. Zahrnutí prvoků
    1. Malárie
    2. Babesie

V bakteriích

Polyhydroxyalkanoáty (PHA) jsou produkovány bakteriemi jako inkluzní tělíska. Velikost granulí PHA je omezena na E-coli, kvůli jeho malé velikosti.[13] Inkluzní tělíska bakteriálních buněk nejsou intracelulárně tak hojná ve srovnání s eukaryotickými buňkami.

Izolace proteinů

70-80% exprimovaných rekombinantních proteinů E-coli jsou obsaženy v inkluzních tělech (tj. agregáty proteinů).[14] Čištění exprimovaných proteinů z inkluzních tělísek obvykle vyžaduje dva hlavní kroky: extrakci inkluzních tělísek z bakterií a následnou solubilizaci vyčištěných inkluzních tělísek. Solubilizace inkluzních těl často zahrnuje ošetření denaturačními činidly, jako je močovina nebo guanidinchlorid, ve vysokých koncentracích, aby došlo k de-agregaci zhroucených proteinů. Renaturace následuje po ošetření denaturačními látkami a často spočívá v dialýze a / nebo použití molekul, které podporují opětovné složení denaturovaných proteinů (včetně chaotopických látek)[15] a chaperony).[16]

Pseudo inkluze

Pseudo-inkluze jsou invaginace cytoplazmy do buněčná jádra, což může vyvolat vzhled intranukleárních inkluzí. Mohou se objevit v papilární karcinom štítné žlázy.[17]

Nemoci zahrnující inkluzní orgány

ChorobaOvlivněné buňky
Myositida s inkluzním tělemsvalové buňky
Amyotrofní laterální sklerózamotorické neurony
Demence s Lewyho tělymozkové neurony

Nemoci tělesného začlenění se liší od amyloid nemoci v těchto inkluzních tělech jsou nutně intracelulární agregáty proteinu, kde amyloid může být intracelulární nebo extracelulární. Amyloid také vyžaduje polymeraci proteinů tam, kde inkluzní tělíska nejsou.[18]

Prevence inkluzních tělísek v bakteriích

Inklusní tělíska jsou často vyrobena z denaturovaných agregátů neaktivních proteinů. Přestože renaturace inkluzních tělísek může někdy vést k solubilizaci a regeneraci aktivních proteinů, proces je stále velmi empirický, nejistý a s nízkou účinností. V průběhu let bylo vyvinuto několik technik, které zabraňují tvorbě inkluzních tělísek. Mezi tyto techniky patří:

  • Použití slabších promotorů ke zpomalení rychlosti exprese proteinu
  • Použití plazmidů s nízkým počtem kopií[19]
  • Společná exprese chaperonu (jako je GroES-GroEL a DnaK-DnaJ-GrpE)[20]
  • Použití konkrétních E-coli kmeny jako (AD494 a Origami)[21]
  • Fúze cílového proteinu na rozpustného partnera[22]
  • Snížení teploty výrazu

Viz také

Reference

  1. ^ Chung, Chang Geon; Lee, Hyosang; Lee, Sung Bae (1. září 2018). "Mechanismy toxicity proteinů u neurodegenerativních onemocnění". Buněčné a molekulární biologické vědy. 75 (17): 3159–3180. doi:10.1007 / s00018-018-2854-4. PMC  6063327. PMID  29947927.
  2. ^ Cruts M, Gijselinck I, van der Zee J, Engelborghs S, Wils H, Pirici D, Rademakers R, Vandenberghe R, Dermaut B, Martin JJ, van Duijn C, Peeters K, Sciot R, Santens P, De Pooter T, Mattheijssens M, Van den Broeck M, Cuijt I, Vennekens K, De Deyn PP, Kumar-Singh S, Van Broeckhoven C (2006-08-24). „Nulové mutace v progranulinu způsobují ubiquitin-pozitivní frontotemporální demenci spojenou s chromozomem 17q21“. Příroda. 442 (7105): 920–4. Bibcode:2006 Natur.442..920C. doi:10.1038 / nature05017. PMID  16862115. S2CID  4423699.
  3. ^ Hardiman, O; Al-Chalabi, A; Chio, A (5. října 2017). "Amyotrofní laterální skleróza" (PDF). Recenze přírody. Primery nemoci. 3: 17071. doi:10.1038 / nrdp.2017.71. PMID  28980624. S2CID  1002680.
  4. ^ Dorlandův ilustrovaný lékařský slovník (32. vydání). Philadelphia, PA: Saunders / Elsevier. 2012. s. 928. ISBN  9781416062578.
  5. ^ Singh, Surinder Mohan; Panda, Amulya Kumar (01.04.2005). "Solubilizace a opětovné složení bakteriálních inkluzních tělních proteinů". Journal of Bioscience and Bioengineering. 99 (4): 303–310. doi:10,1263 / jbb.99,303. PMID  16233795. S2CID  24807019. Inklusní tělíska jsou husté elektronově refrakční částice agregovaného proteinu nacházející se v cytoplazmatickém i periplazmatickém prostoru E-coli během vysoké úrovně exprese heterologního proteinu. Obecně se předpokládá, že vysoká úroveň exprese nepůvodního proteinu (vyšší než 2% buněčného proteinu) a vysoce hydrofobního proteinu je náchylnější k akumulaci jako inkluzních těl v E-coli. V případě proteinů, které mají disulfidové vazby, se předpokládá tvorba proteinových agregátů jako inkluzních tělísek, protože redukční prostředí bakteriálního cytosolu inhibuje tvorbu disulfidových vazeb. Průměr sférických bakteriálních inkluzních tělísek se pohybuje od 0,5–1,3 μm a proteinové agregáty mají v závislosti na lokalizaci buď amorfní, nebo parakrystalickou povahu. Inklusní tělíska mají vyšší hustotu (~ 1,3 mg ml − 1) než mnoho buněčných složek, a proto je lze po rozbití buněk snadno oddělit vysokorychlostní centrifugací. Inklusní tělíska, i když jsou husté částice, jsou vysoce hydratovaná a mají porézní architekturu.
  6. ^ Biochem Biophys Res Com 328 (2005) 189-197
  7. ^ Protein Eng 7 (1994) 131-136
  8. ^ Biochem Biophys Res Comm 312 (2003) 1383-1386
  9. ^ „Rostlinné viry nalezené na Floridě a jejich začlenění“. University of Florida. Archivovány od originálu 24. března 2012.CS1 maint: unfit url (odkaz)
  10. ^ „Zahrnutí okurkového mozaikového cucumoviru (CMV)“. University of Florida. Archivovány od originálu 19. února 2012.CS1 maint: unfit url (odkaz)
  11. ^ „Zahrnutí Potyviridae na Floridě“. University of Florida. Archivovány od originálu 19. února 2012.CS1 maint: unfit url (odkaz)
  12. ^ „Materiály a metody detekce virových inkluzí“. University of Florida. Archivovány od originálu 19. února 2012.CS1 maint: unfit url (odkaz)
  13. ^ Jiang XR, Wang H, Shen Chen GQ (2015). "Inženýrství bakteriálních tvarů pro lepší akumulaci tělesného začlenění". Metabolické inženýrství. 29: 227–237. doi:10.1016 / j.ymben.2015.03.017. PMID  25868707.
  14. ^ Yang, Zhong a kol. „Vysoce účinná produkce rozpustných proteinů z nerozpustných inkluzních tělísek pomocí dvoustupňové denaturační a refoldingové metody.“ PloS one 6.7 (2011): e22981.
  15. ^ Singh, Surinder Mohan; Panda, Amulya Kumar (duben 2005). "Solubilizace a opětovné složení bakteriálních inkluzních tělních proteinů". Journal of Bioscience and Bioengineering. 99 (4): 303–310. doi:10,1263 / jbb.99.303. ISSN  1389-1723. PMID  16233795. S2CID  24807019.
  16. ^ Rosenzweig, Rina; Nillegoda, Nadinath B .; Mayer, Matthias P .; Bukau, Bernd (listopad 2019). "Síť chaperonů Hsp70". Recenze přírody. Molekulární buněčná biologie. 20 (11): 665–680. doi:10.1038 / s41580-019-0133-3. ISSN  1471-0080. PMID  31253954. S2CID  195739183.
  17. ^ Kapitola 20 v: Mitchell, Richard Sheppard; Kumar, Vinay; Abbas, Abul K .; Fausto, Nelson (2007). Robbinsova základní patologie. Philadelphia: Saunders. ISBN  978-1-4160-2973-1. 8. vydání.
  18. ^ Ross; Poirier (2004). "Agregace proteinů a neurodegenerativní onemocnění". Přírodní medicína. 10 doplňků: S10-7. doi:10,1038 / nm1066. PMID  15272267. S2CID  205383483.
  19. ^ Dmowski, Michał; Jagura-Burdzy, Grazyna (2013). „Aktivní stabilní funkce údržby v plazmidech grampozitivních bakterií s nízkým počtem kopií II. Postsegregační zabíjení“. Polský žurnál mikrobiologie. 62 (1): 17–22. doi:10.33073 / pjm-2013-002. ISSN  1733-1331. PMID  23829073.
  20. ^ Polissi, A .; Goffin, L .; Georgopoulos, C. (srpen 1995). „Odezva na tepelný šok Escherichia coli a vývoj lambda bakteriofága“. Recenze mikrobiologie FEMS. 17 (1–2): 159–169. doi:10.1111 / j.1574-6976.1995.tb00198.x. ISSN  0168-6445. PMID  7669342.
  21. ^ Jiang, Shann-Tzong; Tzeng, Shinn-Shuenn; Wu, Wun-Tsai; Chen, Gen-Hung (2002-06-19). „Enhanced expression of chicken cystatin as a thioredoxin fusion form in Escherichia coli AD494 (DE3) pLysS and its effect on the prevence of surimi gel softening“. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 50 (13): 3731–3737. doi:10.1021 / jf020053v. ISSN  0021-8561. PMID  12059151.
  22. ^ Waugh, David S. (2016). „Pozoruhodná síla zvyšující rozpustnost proteinu vázajícího maltózu z Escherichia coli“. Postepy Biochemii. 62 (3): 377–382. ISSN  0032-5422. PMID  28132493.