Компонент дополнения 4 - Complement component 4

Компонент 4 комплемента ( C4 ) у людей представляет собой белок, участвующий в сложной системе комплемента , происходящий из системы человеческого лейкоцитарного антигена (HLA). Вместе с другими многочисленными компонентами он выполняет ряд важнейших функций иммунитета, толерантности и аутоиммунитета. Кроме того, это решающий фактор в соединении путей распознавания всей системы, инициируемых комплексами антитело-антиген (Ab-Ag), с другими эффекторными белками врожденного иммунного ответа. Например, серьезность дисфункциональной системы комплемента может привести к смертельным заболеваниям и инфекциям. Сложные его вариации также могут привести к шизофрении . Тем не менее, белок C4 происходит от простой аллельной модели с двумя локусами, генов C4A - C4B , которая допускает широкие вариации уровней соответствующих белков в популяции. Генетическая модель C4A-C4B, первоначально определенная в контексте системы групп крови Чидо / Роджерса, исследуется на предмет ее возможной роли в риске и развитии шизофрении .

История

Одно из более ранних генетических исследований белка C4 выявило две разные группы, обнаруженные в сыворотке крови человека, названные группами крови Чидо / Роджерса (Ch / Rg). О'Нил и др. продемонстрировали, что два разных локуса C4 экспрессируют разные антигены Ch / Rg на мембранах эритроцитов. Более конкретно, два белка, Ch и Rg, действуют вместе как среда для взаимодействия между комплексом Ab-Ag и другими компонентами комплемента. Более того, два локуса связаны с HLA или человеческим аналогом главного комплекса гистосовместимости (MHC) на коротком плече хромосомы 6, тогда как ранее считалось, что они экспрессируются двумя кодоминантными аллелями в одном локусе. В исследованиях гель-электрофореза O'Neill et al. идентифицировали два генетических варианта: F, обозначающий наличие (F +) или отсутствие (f0 / f0) четырех быстро движущихся полос, и S, обозначающий наличие (S +) или отсутствие (s0 / s0) четырех медленно движущихся полос. Гомогенность или гетерогенность двух локусов с добавлением этих нулевых (f0, s0) генов позволяет дублировать / не дублировать локусы C4. Следовательно, наличие отдельных локусов для C4, C4F и C4S (позже идентифицированных как C4A или C4B соответственно), возможно, является причиной образования множественных аллельных форм, что приводит к большим вариациям размера и числа копий .

Два важных участника, Кэрролл и Портер, в своем исследовании клонирования человеческого гена C4 показали, что все шесть их клонов содержат один и тот же ген C4. Белок C4 состоит из 3 субъединиц (α, β и γ) с молекулярными массами (MW) ~ 95 000, 78 000 и 31 000 соответственно, и все они соединены межцепочечными дисульфидными мостиками. В исследовании Roos et al. Было обнаружено, что α-цепи между C4A и C4B немного различаются (молекулярная масса ~ 96000 и 94000 соответственно), что доказывает, что на самом деле существует структурное различие между двумя вариантами. Более того, они предположили, что отсутствие активности C4 может быть связано со структурными различиями между α-цепями. Тем не менее, Кэрролл и Портер продемонстрировали, что существует область размером 1500 п.н., которая действует как интрон в геномной последовательности, которая, по их мнению, является известной областью C4d, побочным продуктом активности C4. Carroll et al. позже опубликованная работа, которая охарактеризовала структуру и организацию генов C4, которые расположены в области HLA класса III и связаны с C2 и фактором B на хромосоме. В ходе экспериментов, включающих рестрикционное картирование, анализ нуклеотидных последовательностей и гибридизацию с C4A и C4B, они обнаружили, что гены на самом деле довольно похожи, хотя и имеют свои различия. Например, были обнаружены однонуклеотидные полиморфизмы, что позволило им быть классовыми различиями между C4A и C4B. Кроме того, классовые и аллельные различия будут влиять на работу белков C4 с иммунным комплексом. Наконец, перекрывая клонированные фрагменты кДНК, они смогли определить, что локусы C4, приблизительно длиной 16 килобаз (т.п.н.), разнесены на 10 т.п.н. и выровнены на 30 т.п.н. от локуса фактора B.

В том же году исследования, связанные с этим, идентифицировали область хромосомы размером 98 т.п.н., четыре гена класса III (которые экспрессируют C4A, C4B, C2 и фактор B) тесно связаны, что не позволяет происходить кроссинговерам. Используя варианты белка, визуализированные с помощью электрофореза, четыре структурных гена были расположены между HLA-B и HLA-D. В частности, они проверили предложенную молекулярную карту, на которой порядок генов идет от фактора B , C4B, C4A и C2 с C2, ближайшим к HLA-B. В другом исследовании Law et al. затем продолжил копаться глубже, на этот раз сравнивая свойства как C4A, так и C4B, которые играют важную роль в системе иммунитета человека. С помощью методов, которые включают инкубацию, различные уровни pH и обработку метиламином, они биохимически проиллюстрировали различную реактивность генов C4. В частности, было показано, что C4B реагирует намного эффективнее и действеннее, несмотря на разницу в 7 kb между C4A и C4B. В цельной сыворотке аллели C4B выполнялись в несколько раз быстрее во время гемолитической активности по сравнению с аллелями C4A. Биохимически они также обнаружили, что C4A более устойчиво реагирует с аминокислотными боковыми цепями антитела и антигенами, которые являются аминогруппами, в то время как C4B лучше реагирует с гидроксильными группами углеводов. Таким образом, после анализа различной реактивности они предположили, что исключительный полиморфизм генов C4 может привести к некоторым биологическим преимуществам (т.е. активации комплемента с более широким спектром комплексов Ab-Ag, образующихся при инфекциях). Хотя на данный момент геномная и производная аминокислотная последовательность C4A или C4B еще не была определена.

Состав

Ранние исследования значительно расширили знания о комплексе C4, заложив основы, проложившие путь к открытию структур генов и белков. C. Yu успешно определила полную последовательность гена C4A компонента комплемента человека. В результате было обнаружено, что весь геном состоит из 41 экзона с общим количеством остатков 1744 (несмотря на то, что избегается последовательность большого интрона 9). Белок C4 синтезируется в одноцепочечный предшественник, который затем подвергается протеолитическому расщеплению на три цепи (в том порядке, в котором они связаны, β-α-γ).

Β-цепь состоит из 656 остатков, кодируемых экзонами 1-16. Наиболее заметным аспектом β-цепи является наличие большого интрона размером от шести до семи тысяч оснований. Он присутствует в первом локусе (кодирующем C4A) для всех генов C4 и во втором локусе (кодирующем C4B) только в нескольких генах C4. Α-цепь состоит из остатков 661-1428, кодирующих экзоны 16-33. Внутри этой цепи два сайта расщепления, отмеченные экзонами 23 и 30, дают фрагмент C4d (где расположены тиоэфир, антигены Ch / Rg и ​​изотипические остатки); более того, большая часть полиморфных сайтов группируется в этом регионе. Γ-цепь состоит из 291 остатка, кодирующего экзоны 33-41. К сожалению, γ-цепи не было приписано какой-либо конкретной функции.

Исследование, проведенное Vaishnaw et al. стремились идентифицировать ключевую область и факторы, связанные с усилиями экспрессии гена C4. Их исследование завершилось тем фактом, что сайт связывания Sp1 (расположенный от -59 до -49) играет важную роль в точном запуске базальной транскрипции C4. Использование анализов сдвига электромобильности и анализов следа ДНКазы I продемонстрировало специфические корреляции ДНК-протеина промотора C4 при ядерном факторе 1, двух E-боксе (от -98 до -93 и от -78 до -73) и доменов связывания Sp1. Эти результаты были позже добавлены в другое обширное исследование, в ходе которого был обнаружен третий сайт E-box. Кроме того, те же самые открытия постулировали, что два физических объекта в последовательности гена могут играть роль в уровнях экспрессии человеческих C4A и C4B, включая присутствие эндогенного ретровируса, который может оказывать положительное или отрицательное регуляторное влияние, влияющее на транскрипцию C4, и изменяющаяся генетическая среда (в зависимости от того, какой генетический модульный компонент присутствует) после положения -1524.

Чтобы обеспечить больше контекста, в последнем исследовании ранее отмеченная бимодульная структура (C4A-C4B) была обновлена ​​до квадримодульной структуры от одного до четырех дискретных сегментов, содержащих один или несколько модулей RP-C4-CYP21-TNX (RCCX). Размер гена C4A или C4B может составлять 21 т.п.н. (длинный, L) или 14,6 т.п.н. (короткий, S). Кроме того, длинный ген C4 однозначно содержит ретровирус HERV-K (C4) в своем интроне 9, который вызывает транскрипцию дополнительных 6,36 т.п.н., следовательно, «более длинную» строку гена. Таким образом, гены C4 имеют сложную структуру вариаций размера гена, числа копий и полиморфизма. Примеры этих моно-, би-, три- и квадри-модульных структур включают: L или S (мономодульные с одним длинным или коротким геном C4), LL или LS или SS (бимодульные с комбинацией гомозиготных или гетерозиготных L или S гены), LLL или LLS или LSS (тримодулярный RCCX с тремя генами L или S C4), LLLL (квадримодулярная структура с четырьмя генами L или S C4). Не все структурные группы имеют одинаковый процент появления, возможно, даже дальнейшие различия внутри отдельных этнических групп. Например, изучаемая европейская популяция показала 69% бимодулярную конфигурацию (C4A-C4B, C4A-C4A или C4B-C4B) и 31% тримодулярную конфигурацию (поровну разделенную между LLL как C4A-C4A-C4B или LSS как C4A-C4B-C4B). ). Что касается полиморфизма последовательности белка C4, всего было обнаружено 24 полиморфных остатка. Среди них β-цепь экспрессировалась из пяти, поскольку α-цепь и γ-цепь давали 18 и одну, соответственно. Эти полиморфизмы можно далее разделить на группы: 1) четыре изотипических остатка в определенных положениях, 2) антигенные детерминанты Ch / Rg в определенных положениях, 3) сайты связывания C5, 4) частные аллельные остатки.

Кроме того, в том же исследовании была выявлена ​​экспрессия транскриптов комплемента C4 человека во многих тканях. Результаты Нозерн-блоттинга с использованием зонда C4d и зонда RD в качестве положительного контроля показали, что печень содержит большинство транскриптов по всему телу. Даже в этом случае умеренные количества были выражены в коре / мозговом веществе надпочечников, щитовидной железе и почках.

Функция и механизм

Два пути каскада комплемента. Компоненты и ферменты классического и альтернативного путей каскада комплемента, который обеспечивает дополнительные средства защиты человека и других систем от чужеродных патогенов (см. Текст). Не показаны элементы лектинового пути. Обратите внимание: хотя добавленные буквы на этом рисунке являются строчными буквами, они являются синонимами тех же обозначений, которые появляются в тексте в верхнем регистре.

Как уже отмечалось, C4 (смесь C4A и C4B) участвует во всех трех путях комплемента (классический, альтернативный и лектиновый); альтернативный путь «запускается спонтанно», в то время как классический и лектиновый пути активируются в ответ на распознавание определенных микробов. Все три пути сходятся на этапе, на котором белок комплемента C3 расщепляется на белки C3a и C3b, что приводит к литическому пути и образованию макромолекулярной сборки из нескольких белков, называемой комплексом мембранной атаки (MAC), который служит поры в мембране целевого патогена, ведущие к разрушению клеток и возможному лизису.

В классического пути, компонент-далее сокращенно дополнение к «C» , предшествующий протеин number- называют C1s, серин - протеазы , активируется вверх по течению шагов пути, что приводит к ее расщеплению родного, родительского ~ 200 кДа ( кДа) белок C4 - состоящий из трех цепей. C4 расщепляется протеазой на две части: пептид C4a (небольшой при ~ 9 кДа и анафилотоксичный ) и белок C4b с более высокой молекулярной массой, примерно 190 кДа. Расщепление C4 приводит к C4b, несущему тиоэфирную функциональную группу [-SC (O) -]: работа в 1980-х годах над C3, а затем над C4, показала присутствие в родительских структурах C3 и C4 уникального белка. модификации, 15-атомное (15-членное) тионолактоновое кольцо, служащее для соединения тиоловой боковой цепи цистеина аминокислоты (Cys) в последовательности -Cys-Gly-Glu-Glx- с ацильной группой боковой цепи того, что начиналось как глутамина боковой цепи (Glx, здесь) , что проживали три аминокислотных остатков ниже по потоку (где остальные атомы 15 были магистральные и боковой цепью атомов); при расщеплении эта уникальная кольцевая структура тионолактона становится доступной на поверхности нового белка C4b. Из-за близости к микробной поверхности некоторая часть высвобожденных белков C4b с этим реактивным тионолактоном вступает в реакцию с боковыми цепями нуклеофильных аминокислот и другими группами на поверхности клетки чужеродного микроба, что приводит к ковалентному присоединению слегка модифицированного белка C4b к поверхности клетки. поверхность клетки через исходный остаток Glx C4.

C4b имеет дополнительные функции. Он взаимодействует с протеином C2; та же самая протеаза, вызванная ранее, C1s, затем расщепляет C2 на две части, обозначенные C2a и C2b, при этом C2b высвобождается, а C2a остается в ассоциации с C4b; комплекс C4b-C2a двух белков затем проявляет дополнительную системно-ассоциированную протеазную активность по отношению к белку C3 (расщепляя его) с последующим высвобождением обоих белков, C4b и C2a, из их комплекса (после чего C4b может связывать другой белок C2, и повторите эти шаги еще раз). Поскольку C4b регенерируется и создается цикл, комплекс C4b-C2a с протеазной активностью был назван C3-конвертазой. Белок 4b может быть далее расщеплен на 4c и 4d.

Клиническое значение

Модель общих структурных генов и их возможного вклада в развитие шизофрении (как подробно описано в статье Секара и др.)

Хотя были замешаны и другие заболевания (например, системная красная волчанка ), ген C4 также исследуется на предмет того, какую роль он может играть в риске и развитии шизофрении. В Wu et al. В исследовании они использовали полимеразную цепную реакцию в реальном времени (ОТ-ПЦР) в качестве анализа для определения дисперсии числа копий (CNV) или генетического разнообразия C4. Соответственно, с этими результатами, будущие прогнозы, вспышки и ремиссии станут более возможными для определения. Результаты в основном показывают варианты числа копий как механизм воздействия на генетическое разнообразие. Как обсуждалось ранее, различные фенотипы, допускаемые различным генетическим разнообразием комплемента C4, включают широкий спектр белков C4 плазмы или сыворотки из двух изотипов - C4A и C4B - с множественными аллотипами белков, которые могут иметь уникальные физиологические функции. CNV являются источниками генетического разнообразия и участвуют во взаимодействии генов и окружающей среды. CNV (и связанные с ними полиморфизмы) играют роль в заполнении пробела в понимании генетической основы количественных признаков и различной восприимчивости к аутоиммунным и нейробиологическим заболеваниям.

Существенные данные со всего мира были собраны и проанализированы, чтобы определить, что шизофрения действительно имеет сильную генетическую связь с областью в локусе MHC на плече 6 хромосомы.

Данные и информация, собранные на международном уровне, могут пролить свет на загадки шизофрении . Sekar et al. проанализировали однонуклеотидные полиморфизмы (SNP) 40 когорт в 22 странах, в общей сложности около 29 000 случаев. Они обнаружили две особенности: 1) большое количество SNP, достигающих всего 2 МБ на конце, 2) пик ассоциации с центром на C4, предсказывая, что уровни экспрессии C4A наиболее сильно коррелируют с шизофренией. Кроме того, они обнаружили механизм, с помощью которого шизофрения могла возникнуть из-за генетической предрасположенности человеческого комплемента C4. Как показано на Рисунке 1, четыре общих структурных вариации, обнаруженные в исследованиях полногеномных ассоциаций (GWAS), указывают на высокую частоту шизофрении. Возможно, более высокие уровни экспрессии белка C4, обусловленные паттерном вариантов гена C4, допускают нежелательное усиление синаптической отсечения (эффект, производимый эффекторными белками системы комплемента, в которой участвует C4).

Смотрите также

• Компонент комплемента 4А
• Компонент комплемента 4B
• HLA A1-B8-DR3-DQ2 гаплотип
• Система комплемента
• Дефицит комплемента

использованная литература

дальнейшее чтение