Complemento componente 4 - Complement component 4

Il componente 4 del complemento ( C4 ), nell'uomo, è una proteina coinvolta nell'intricato sistema del complemento , originato dal sistema dell'antigene leucocitario umano (HLA). Serve una serie di funzioni critiche nell'immunità, tolleranza e autoimmunità con gli altri numerosi componenti. Inoltre, è un fattore cruciale nel connettere le vie di riconoscimento dell'intero sistema stimolate dai complessi antigene-anticorpo (Ab-Ag) alle altre proteine ​​effettrici della risposta immunitaria innata. Ad esempio, la gravità di un sistema di complemento disfunzionale può portare a malattie e infezioni fatali. Variazioni complesse di esso possono anche portare alla schizofrenia . Tuttavia, la proteina C4 deriva da un semplice modello allelico a due locus, i geni C4A - C4B , che consente un'abbondante variazione nei livelli delle rispettive proteine ​​all'interno di una popolazione. Originariamente definito nel contesto del sistema del gruppo sanguigno Chido/Rodgers, il modello genetico C4A-C4B è in fase di studio per il suo possibile ruolo nel rischio e nello sviluppo della schizofrenia .

Storia

Uno dei primi studi genetici sulla proteina C4 ha identificato due diversi gruppi, trovati all'interno di un siero umano, chiamati gruppi sanguigni di Chido/Rogers (Ch/Rg). O'Neil et al. hanno dimostrato che due differenti loci C4 esprimono i differenti antigeni Ch/Rg sulle membrane degli eritrociti. Più specificamente, le due proteine, Ch e Rg, funzionano insieme come mezzo per l'interazione tra il complesso Ab-Ag e altri componenti del complemento. Inoltre, i due loci sono legati all'HLA, o l'analogo umano del complesso maggiore di istocompatibilità (MHC) sul braccio corto del cromosoma 6, mentre in precedenza si riteneva che fossero espressi da due alleli codominanti in un unico locus. Negli studi di elettroforesi su gel, O'Neill et al. hanno individuato due varianti genetiche: F, che indica la presenza (F+) o l'assenza (f0/f0) di quattro bande a movimento rapido, e S, a significare la presenza (S+) o l'assenza (s0/s0) di quattro bande a movimento lento. L'omogeneità o eterogeneità dei due loci, con l'aggiunta di questi geni nulli (f0, s0), consente la duplicazione/non duplicazione dei loci C4. Pertanto, avere loci separati per C4, C4F e C4S (in seguito identificati come C4A o C4B, rispettivamente), probabilmente spiega la produzione di più forme alleliche, portando alla grande variazione di dimensioni e numero di copie .

Due importanti collaboratori, Carroll e Porter, nel loro studio sulla clonazione del gene C4 umano hanno mostrato che tutti e sei i loro cloni contenevano lo stesso gene C4. La proteina C4 è costituita da 3 subunità (α, β e γ) con pesi molecolari (MW) rispettivamente di ~ 95.000, 78.000 e 31.000 e sono tutte unite da ponti disolfuro intercatena. In uno studio di Roos et al., le catene α tra C4A e C4B sono risultate leggermente diverse (MW di ~ 96.000 e 94.000, rispettivamente), dimostrando che esiste effettivamente una differenza strutturale tra le due varianti. Inoltre, hanno implicato che una mancanza di attività C4 potrebbe essere attribuita alle differenze strutturali tra le catene α. Tuttavia, Carroll e Porter hanno dimostrato che esiste una regione di 1.500 bp che funge da introne nella sequenza genomica, che ritenevano essere la nota regione C4d, un sottoprodotto dell'attività C4. Carroll et al. lavoro pubblicato in seguito che ha caratterizzato la struttura e l'organizzazione dei geni C4, che sono situati nella regione HLA di classe III e collegati con C2 e fattore B sul cromosoma. Attraverso esperimenti che coinvolgono la mappatura delle restrizioni, l'analisi della sequenza nucleotidica e l'ibridazione con C4A e C4B, hanno scoperto che i geni sono in realtà abbastanza simili sebbene abbiano le loro differenze. Ad esempio, sono stati rilevati polimorfismi a singolo nucleotide, che hanno permesso loro di essere differenze di classe tra C4A e C4B. Inoltre, le differenze di classe e alleliche influenzerebbero le prestazioni delle proteine ​​C4 con il complesso immunitario. Infine, sovrapponendo i frammenti clonati di cDNA, sono stati in grado di determinare che i loci C4, lunghi circa 16 kilobase (kb), sono distanziati di 10 kb e allineati a 30 kb dal locus del fattore B.

Nello stesso anno, gli studi hanno identificato in modo correlato una regione di 98 kb del cromosoma, i quattro geni di classe III (che esprimono C4A, C4B, C2 e il fattore B) sono strettamente collegati, il che non consente il verificarsi di incroci. Utilizzando varianti proteiche visualizzate mediante elettroforesi, i quattro geni strutturali erano localizzati tra HLA-B e HLA-D. Più specificamente, hanno verificato la mappa molecolare proposta in cui l'ordine dei geni andava dal fattore B , C4B, C4A e C2 con C2 più vicino a HLA-B. In un altro studio, Law et al. poi ha continuato ad approfondire, questa volta confrontando le proprietà sia del C4A che del C4B, entrambi attori sostanziali nel sistema immunitario umano. Attraverso metodi che includono l'incubazione, diversi livelli di pH e il trattamento con metilammina, avevano illustrato biochimicamente le diverse reattività dei geni C4. Più specificamente, il C4B ha dimostrato di reagire in modo molto più efficiente ed efficace nonostante la differenza di 7 kb tra C4A e C4B. Nel siero intero, gli alleli C4B si sono esibiti a una velocità molte volte maggiore durante l'attività emolitica, in confronto diretto con gli alleli C4A. Dal punto di vista biochimico, hanno anche scoperto che C4A ha reagito in modo più stabile con le catene laterali di amminoacidi di un anticorpo e gli antigeni che sono gruppi amminici, mentre C4B ha reagito meglio con i gruppi idrossilici di carboidrati. Pertanto, dopo l'analisi delle diverse reattività, hanno proposto che l'eccezionale polimorfismo dei geni C4 possa portare alcuni vantaggi biologici (cioè l'attivazione del complemento con una gamma più ampia di complessi Ab-Ag formati sulle infezioni). Sebbene a questo punto nel tempo, la sequenza genomica e degli amminoacidi derivati ​​di C4A o C4B dovesse ancora essere determinata.

Struttura

I primi studi hanno ampliato notevolmente la conoscenza del complesso C4, gettando le basi che hanno aperto la strada alla scoperta delle strutture geniche e proteiche. C. Yu ha determinato con successo la sequenza completa del gene C4A del componente del complemento umano. Nei risultati, l'intero genoma è risultato avere 41 esoni, con un totale di 1744 residui (pur evitando la sequenza di un grande Intron 9). La proteina C4 è sintetizzata in un precursore a catena singola, che poi subisce la scissione proteolitica in tre catene (in ordine di come sono concatenate, β-α-γ).

La catena è costituita da 656 residui, codificati dagli esoni 1-16. L'aspetto più importante della catena è la presenza di un grande introne, di dimensioni comprese tra sei e sette kilobasi. È presente nel primo locus (codifica C4A) per tutti i geni C4 e nel secondo locus (codifica C4B) solo in alcuni geni C4. La catena α è costituita dai residui 661-1428, che codificano gli esoni 16-33. All'interno di questa catena, due siti di scissione contrassegnati dagli esoni 23 e 30 producono il frammento C4d (dove si trovano il tioestere, gli antigeni Ch/Rg ei residui isotipici); inoltre, la maggior parte dei siti polimorfici si raggruppa in questa regione. La catena consiste di 291 residui, che codificano per gli esoni 33-41. Sfortunatamente, nessuna funzione specifica è stata attribuita alla catena .

Lo studio completato da Vaishnaw et al. ha cercato di identificare la regione chiave ei fattori correlati agli sforzi di espressione genica del gene C4. La loro ricerca si è conclusa con il fatto che il sito di legame Sp1 (posizionato tra -59 e -49) svolge un ruolo importante nell'avvio accurato della trascrizione basale di C4. L'utilizzo di saggi di spostamento dell'elettromobilità e analisi dell'impronta di DNasi I ha dimostrato correlazioni specifiche DNA-proteina del promotore C4 al fattore nucleare 1, due E box (da -98 a -93 e da -78 a -73) e domini di legame Sp1. Questi risultati sono stati successivamente aggiunti in un altro ampio studio, che ha trovato un terzo sito di E box. Inoltre, gli stessi risultati hanno postulato che due entità fisiche all'interno della sequenza genica potrebbero avere un ruolo nei livelli di espressione di C4A e C4B umani, che includono la presenza sia del retrovirus endogeno che può avere influenze regolatorie positive o negative che influenzano la trascrizione C4 e l'ambiente genetico variabile (dipendente da quale componente modulare genetica è presente) passato posizione -1524.

Per fornire più contesto, in quest'ultimo studio, la struttura bimodulare precedentemente nota (C4A-C4B) è stata aggiornata a una struttura quadrimodulare da uno a quattro segmenti discreti, contenente uno o più moduli RP-C4-CYP21-TNX (RCCX). La dimensione del gene C4A o C4B può essere 21 kb (lungo, L) o 14,6 kb (corto, S). Inoltre, il gene C4 lungo contiene unicamente un retrovirus HERV-K(C4) nel suo introne 9 che impone la trascrizione di un extra di 6,36 kb, quindi la stringa di gene "più lunga". Pertanto, i geni C4 hanno un modello complesso di variazione nella dimensione del gene, nel numero di copie e nei polimorfismi. Esempi di queste strutture mono, bi, tri e quadrimodulari includono: L o S (monomodulare con un gene C4 lungo o corto), LL o LS o SS (bimodulare con una combinazione di omozigoti o eterozigoti L o S geni), LLL o LLS o LSS (RCCX trimodulare con tre geni L o S C4), LLLL (struttura quadrimodulare con quattro geni L o S C4). Non tutti i gruppi strutturali hanno la stessa percentuale di apparenza, forse anche ulteriori differenze all'interno di gruppi etnici separati. Ad esempio, la popolazione caucasica studiata ha mostrato una configurazione bimodulare del 69% (C4A-C4B, C4A-C4A o C4B-C4B) e una configurazione trimodulare del 31% (equamente suddivisa tra LLL come C4A-C4A-C4B o LSS come C4A-C4B-C4B ). Per quanto riguarda il polimorfismo della sequenza proteica C4, sono stati trovati un totale di 24 residui polimorfici. Tra questi, la catena espressa da cinque, poiché la catena α e la catena hanno prodotto rispettivamente 18 e uno. Questi polimorfismi possono essere ulteriormente classificati in gruppi: 1) quattro residui isotipici in posizioni specifiche, 2) determinanti antigenici Ch/Rg in posizioni specifiche, 3) siti di legame C5, 4) residui allelici privati.

Inoltre, lo stesso studio ha identificato l'espressione dei trascritti C4 del complemento umano in più tessuti. I risultati di un'analisi Northern blot, utilizzando una sonda C4d e una sonda RD come controllo positivo, hanno mostrato che il fegato contiene la maggior parte dei trascritti in tutto il corpo. Anche così, quantità moderate sono state espresse nella corteccia surrenale/midollare, nella tiroide e nel rene.

Funzione e meccanismo

Due vie della cascata del complemento. Componenti ed enzimi delle vie classiche e alternative della cascata del complemento, che fornisce un mezzo complementare per l'uomo e altri sistemi per difendersi da agenti patogeni estranei (vedi testo). Non sono mostrati elementi della via della lectina . Nota, mentre le lettere aggiunte in questa figura sono minuscole, sono sinonimi delle stesse designazioni che appaiono in maiuscolo nel testo.

Come notato, C4 (miscela di C4A e C4B) partecipa a tutte e tre le vie del complemento (classica, alternativa e lectina); la via alternativa è "attivata spontaneamente", mentre la via classica e quella della lectina sono stimolate in risposta al riconoscimento di particolari microbi. Tutti e tre i percorsi convergono in una fase in cui la proteina C3 del complemento viene scissa nelle proteine ​​C3a e C3b, che si traduce in una via litica e nella formazione di un assemblaggio macromolecolare di più proteine, chiamato complesso di attacco alla membrana (MAC), che funge da poro nella membrana dell'agente patogeno mirato, portando alla distruzione cellulare invadente e alla lisi finale.

Nella via classica, la componente del complemento, di seguito abbreviata con la "C" che precede il numero della proteina, denominata C1, una serina proteasi , viene attivata da fasi a monte della via, con conseguente scissione del genitore nativo ~ 200 kilodalton ( kDa) proteina C4, composta da tre catene. Il C4 viene scisso dalla proteasi in due parti, un peptide C4a (piccolo a ~9 kDa e anafilotossico ) e la proteina C4b a peso molecolare più elevato, a circa 190 kDa. La scissione del C4 risulta in C4b recante un gruppo funzionale tioestere [-SC(O)-]: lavori negli anni '80 su C3, e poi su C4, hanno indicato la presenza, all'interno delle strutture parentali C3 e C4, di una proteina unica modifica, un anello tionolattonico di 15 atomi (15 membri) che serve a collegare la catena laterale tiolica dell'amminoacido cisteina (Cys) in una sequenza -Cys-Gly-Glu-Glx- con un gruppo acilico della catena laterale di quello che iniziò come una glutammina catena laterale (Glx, qui) che risiedeva tre residui di ammino acidi a valle (dove i rimanenti atomi del 15 erano dorsale e catena laterale atomi); dopo la scissione, questa struttura ad anello tionolattone unica viene esposta sulla superficie della nuova proteina C4b. A causa della vicinanza alla superficie microbica, alcune porzioni delle proteine ​​C4b rilasciate, con questo tionolattone reattivo, reagiscono con le catene laterali di aminoacidi nucleofili e altri gruppi sulla superficie cellulare del microbio estraneo, determinando un attaccamento covalente della proteina C4b leggermente modificata al superficie cellulare, attraverso il residuo originale Glx di C4.

C4b ha ulteriori funzioni. Interagisce con la proteina C2; la stessa proteasi invocata in precedenza, C1s, scinde quindi C2 in due parti, denominate C2a e C2b, rilasciando C2b e C2a rimanendo in associazione con C4b; il complesso C4b-C2a delle due proteine ​​mostra quindi un'ulteriore attività proteasica associata al sistema verso la proteina C3 (scindendola), con successivo rilascio di entrambe le proteine, C4b e C2a, dal loro complesso (dopodiché C4b può legare un'altra proteina C2 e ripetere questi passaggi). Poiché C4b viene rigenerato e viene creato un ciclo, il complesso C4b-C2a con attività proteasica è stato chiamato C3 convertasi. La proteina 4b può essere ulteriormente scissa in 4c e 4d.

Significato clinico

Modello di geni strutturali comuni e loro possibile contributo allo sviluppo della schizofrenia (come ampiamente definito nell'articolo di Sekar et al.)

Sebbene siano state implicate altre malattie (ad esempio il lupus eritematoso sistemico ), anche il gene C4 è oggetto di indagine per il ruolo che può svolgere nel rischio e nello sviluppo della schizofrenia. Nel Wu et al. studio, hanno utilizzato la reazione a catena della polimerasi in tempo reale (rt-PCR) come test per determinare la varianza del numero di copie (CNV) o la diversità genetica di C4. Di conseguenza, con questi risultati, le previsioni future, i razzi e le remissioni diventeranno più facili da determinare. I risultati mostrano fondamentalmente varianti del numero di copie come meccanismo per influenzare la diversità genetica. Come discusso in precedenza, i diversi fenotipi consentiti dalla diversa varietà genetica del complemento C4 includono un'ampia gamma di proteine ​​C4 plasmatiche o sieriche tra due isotipi - C4A e C4B - con più allotipi proteici che possono avere funzioni fisiologiche uniche. I CNV sono fonti di diversità genetica intrinseca e sono coinvolti nell'interazione gene-ambiente. I CNV (e i polimorfismi associati) giocano un ruolo nel colmare il divario verso la comprensione delle basi genetiche dei tratti quantitativi e delle diverse suscettibilità alle malattie autoimmuni e neurobiologiche.

Sono stati raccolti e analizzati dati sostanziali da tutto il mondo per determinare che la schizofrenia, in effetti, ha una forte relazione genetica con una regione nel locus MHC sul braccio del cromosoma 6.

I dati e le informazioni raccolte a livello internazionale possono far luce sui misteri della schizofrenia . Sekar et al. hanno analizzato i polimorfismi a singolo nucleotide (SNP) di 40 coorti in 22 paesi, per un totale di quasi 29.000 casi. Hanno scoperto due caratteristiche: 1) un gran numero di SNP che raggiungono solo 2 Mb alla fine, 2) picco di associazione centrato su C4, predicendo che i livelli di espressione di C4A sono più fortemente correlati con la schizofrenia. Inoltre, hanno scoperto un meccanismo attraverso il quale la schizofrenia potrebbe derivare dalla predisposizione genetica del complemento umano C4. Come mostrato nella Figura 1, quattro variazioni strutturali comuni scoperte negli studi di associazione genome-wide (GWAS) hanno indicato l'elevata affluenza di schizofrenia. Possibilmente, i livelli più elevati di espressione della proteina C4 dovuti al pattern di varianti del gene C4, consentono l'aumento indesiderato della potatura sinaptica (un effetto prodotto dalle proteine ​​effettrici del sistema del complemento a cui partecipa la C4).

Guarda anche

• Componente complemento 4A
• Componente complemento 4B
• Aplotipo HLA A1-B8-DR3-DQ2
• Sistema complementare
• Carenza di complemento

Riferimenti

Ulteriori letture