Komplementskomponent 4 - Complement component 4

Komplementskomponent 4 ( C4 ), hos mennesker, er et protein involvert i det intrikate komplementsystemet , som stammer fra det humane leukocyttantigen (HLA) -systemet. Det tjener en rekke kritiske funksjoner i immunitet, toleranse og autoimmunitet med de andre mange komponentene. Videre er det en avgjørende faktor for å koble gjenkjenningsveiene til det overordnede systemet som er igangsatt av antistoff-antigen (Ab-Ag) -komplekser til de andre effektorproteinene i den medfødte immunresponsen. For eksempel kan alvorlighetsgraden av et dysfunksjonelt komplementsystem føre til dødelige sykdommer og infeksjoner. Komplekse varianter av det kan også føre til schizofreni . Likevel stammer C4 -proteinet fra en enkel to -locus allelisk modell, C4A - C4B -genene, som gir mulighet for en stor variasjon i nivåene til deres respektive proteiner i en populasjon. Opprinnelig definert i sammenheng med Chido/Rodgers blodgruppesystem, er den genetiske modellen C4A-C4B under etterforskning for sin mulige rolle i risiko og utvikling av schizofreni .

Historie

En av de tidligere genetiske studiene på C4 -proteinet identifiserte to forskjellige grupper, funnet i et humant serum, kalt Chido/Rogers (Ch/Rg) blodgrupper. O'Neill et al. har vist at to forskjellige C4 -loci uttrykker de forskjellige Ch/Rg -antigenene på membranene til erytrocytter. Nærmere bestemt fungerer de to proteinene, Ch og Rg, sammen som et medium for interaksjon mellom Ab-Ag-komplekset og andre komplementkomponenter. Videre er de to loci knyttet til HLA, eller den menneskelige analogen til det store histokompatibilitetskomplekset (MHC) på den korte armen til kromosom 6, mens de tidligere ble antatt å ha blitt uttrykt av to kodominante alleler på et enkelt sted. I gelelektroforesestudier har O'Neill et al. har identifisert to genetiske varianter: F, som betyr tilstedeværelse (F+) eller fravær (f0/ f0) av fire bånd i rask bevegelse, og S, som betyr tilstedeværelse (S+) eller fravær (s0/ s0) av fire bånd som beveger seg sakte. Homogeniteten eller heterogeniteten til de to loci, med tillegg av disse null (f0, s0) genene, tillater duplisering/ikke-duplisering av C4 loci. Derfor kan det være mulig å ha separate loci for C4, C4F og C4S (senere identifisert som henholdsvis C4A eller C4B) for å produsere flere allelle former, noe som fører til variasjonen i stor størrelse og kopienummer .

To viktige bidragsytere, Carroll og Porter, i studien av kloning av det humane C4 -genet viste at alle seks av klonene deres inneholdt det samme C4 -genet. C4 -proteinet består av 3 underenheter (α, β og γ) som har molekylvekter (MW) på henholdsvis ~ 95.000, 78.000 og 31.000, og de er alle forbundet med disulfidbroer mellom kjeden. I en studie av Roos et al., Ble a-kjedene mellom C4A og C4B funnet å være litt forskjellige (MW på henholdsvis ~ 96.000 og 94.000), noe som viser at det faktisk er en strukturell forskjell mellom de to variantene. Videre impliserte de at mangel på C4-aktivitet kan tilskrives de strukturelle forskjellene mellom a-kjedene. Likevel demonstrerte Carroll og Porter at det er en 1500-bp region som fungerer som et intron i den genomiske sekvensen, som de trodde var den kjente C4d-regionen, et biprodukt av C4-aktivitet. Carroll et al. senere publisert arbeid som karakteriserte strukturen og organiseringen av C4 -genene, som er lokalisert i HLA klasse III -regionen og knyttet til C2 og faktor B på kromosomet. Gjennom eksperimenter som involverte restriksjonskartlegging, nukleotidsekvensanalyse og hybridisering med C4A og C4B, fant de ut at genene faktisk er ganske like selv om de har sine forskjeller. For eksempel ble enkeltnukleotidpolymorfier påvist, noe som tillot dem å være klasseforskjeller mellom C4A og C4B. Videre vil klasse- og allelforskjeller påvirke ytelsen til C4 -proteinene med immunkomplekset. Til slutt, ved å overlappe cDNA -klonede fragmenter, var de i stand til å bestemme at C4 -loci, en estimert 16 kilobase (kb) lang, er i avstand med 10 kb og justert 30 kb fra faktor B -locus.

Samme år identifiserte studier relatert til en 98 kb region av kromosomet som de fire klasse III-genene (som uttrykker C4A, C4B, C2 og faktor B) er nært knyttet sammen, noe som ikke tillater kryssninger. Ved å bruke proteinvarianter visualisert ved elektroforese, befant de fire strukturelle genene seg mellom HLA-B og HLA-D. Mer spesifikt bekreftet de det foreslåtte molekylære kartet der genrekkefølgen gikk fra faktor B , C4B, C4A og C2 med C2 nærmest HLA-B. I en annen studie, Law et al. fortsatte deretter å dykke dypere, denne gangen sammenlignet egenskapene til både C4A og C4B, som begge er betydelige aktører i det menneskelige immunitetssystemet. Gjennom metoder som inkluderer inkubasjon, forskjellige pH -nivåer og behandling med metylamin, hadde de biokjemisk illustrert de forskjellige reaktivitetene til C4 -genene. Mer spesifikt har C4B vist å reagere mye mer effektivt og effektivt til tross for 7 kb forskjellen mellom C4A og C4B. I hele serum utførte C4B -alleler med en hastighet som var flere ganger større under hemolytisk aktivitet, i direkte sammenligning med C4A -alleler. Biokjemisk fant de også at C4A reagerte mer jevnt med et antistoffs aminosyresidekjeder og antigener som er aminogrupper, mens C4B reagerte bedre med karbohydrathydroksylgrupper. Ved analyse av de varierende reaktivitetene foreslo de således at den eksepsjonelle polymorfismen til C4-gener kan ha noen biologiske fordeler (dvs. komplementaktivering med et mer omfattende utvalg av Ab-Ag-komplekser dannet ved infeksjoner). Selv om det på dette tidspunktet var den genomiske og avledede aminosyresekvensen til enten C4A eller C4B ennå ikke bestemt.

Struktur

De tidlige studiene utvidet kunnskapen om C4 -komplekset kraftig og la grunnlaget som banet vei for å oppdage genet og proteinstrukturer. C. Yu bestemte med hell hele sekvensen til det humane komplementkomponent C4A -genet. I funnene ble det funnet at hele genomet hadde 41 eksoner, med totalt 1744 rester (til tross for at sekvensen til en stor Intron 9 ble unngått). C4-proteinet syntetiseres til en enkeltkjede forløper, som deretter gjennomgår proteolytisk spaltning i tre kjeder (i rekkefølge etter hvordan de er lenket, β-α-γ).

Β-kjeden består av 656 rester, kodet av eksonene 1-16. Det mest fremtredende aspektet av β-kjeden er tilstedeværelsen av et stort intron, som varierer fra seks til sju kilobaser i størrelse. Det er tilstede på det første locuset (som koder for C4A) for alle C4 -gener og i det andre locuset (som koder for C4B) bare i noen få C4 -gener. Α-kjeden består av restene 661-1428, som koder for eksonene 16-33. Innenfor denne kjeden produserer to spaltingssteder merket med eksonene 23 og 30 C4d -fragmentet (hvor tioesteren, Ch/Rg -antigenene og isotypiske rester er lokalisert); Videre klynger de fleste av de polymorfe nettstedene i denne regionen. Y-kjeden består av 291 rester, som koder for eksonene 33-41. Dessverre har ingen spesifikk funksjon blitt tilskrevet y-kjeden.

Studien fullført av Vaishnaw et al. søkte å identifisere nøkkelregionen og faktorer knyttet til arbeidet med genuttrykk av C4 -genet. Forskningen deres avsluttet med det faktum at Sp1 -bindingsstedet (plassert på -59 til -49) spiller en viktig rolle i å starte basal transkripsjon av C4 nøyaktig. Utnyttelse av elektromobilitetskiftanalyser og DNase I -fotavtrykksanalyser demonstrerte spesifikke DNA -proteinkorrelasjoner av C4 -promotoren ved kjernefaktor 1, to E -bokser (-98 til -93 og -78 til -73) og Sp1 -bindingsdomener. Disse funnene ble senere lagt til i en annen omfattende studie, som fant et tredje E -bokssted. I tillegg antok de samme funnene at to fysiske enheter i gensekvensen kan ha en rolle i ekspresjonsnivåene av humant C4A og C4B, som inkluderer både tilstedeværelsen av det endogene retrovirus som kan ha positive eller negative regulatoriske påvirkninger som påvirker C4 -transkripsjon og det varierende genetiske miljøet (avhengig av hvilken genetisk modulkomponent som er tilstede) tidligere posisjon -1524.

For å gi mer kontekst, i den sistnevnte studien, har den tidligere noterte bimodulære strukturen (C4A-C4B) blitt oppdatert til en kvadrimodulær struktur med ett til fire diskrete segmenter, som inneholder en eller flere RP-C4-CYP21-TNX (RCCX) moduler. Størrelsen på enten C4A- eller C4B -genet kan være 21 kb (lang, L) eller 14,6 kb (kort, S). Det lange C4-genet inneholder også unikt et retrovirus HERV-K (C4) i intronet 9 som pålegger transkripsjon av en ekstra 6,36 kb, derav den "lengre" genstrengen. Dermed har C4 -gener et komplekst mønster av variasjon i genstørrelse, kopitall og polymorfismer. Eksempler på disse mono-, bi-, tri- og quadri-modulære strukturene inkluderer: L eller S (monomodulær med ett langt eller kort C4-gen), LL eller LS eller SS (bimodulær med en kombinasjon av homozygote eller heterozygote L eller S gener), LLL eller LLS eller LSS (trimodulære RCCX med tre L eller S C4 gener), LLLL (kvadrimodulær struktur med fire L eller S C4 gener). Ikke alle strukturelle grupper har samme prosentandel av utseende, muligens enda flere forskjeller innenfor separate etniske grupper. For eksempel viste den kaukasiske befolkningen som ble studert 69% bimodulær konfigurasjon (C4A-C4B, C4A-C4A eller C4B-C4B) og 31% trimodulær konfigurasjon (likt delt mellom LLL som C4A-C4A-C4B eller LSS som C4A-C4B-C4B ). Når det gjelder C4 proteinsekvenspolymorfisme, ble det funnet totalt 24 polymorfe rester. Blant dem uttrykte β-kjeden fem, idet a-kjeden og y-kjeden produserte henholdsvis 18 og en. Disse polymorfismene kan videre kategoriseres i grupper: 1) fire isotypiske rester ved spesifikke posisjoner, 2) Ch/Rg antigene determinanter ved spesifikke posisjoner, 3) C5 -bindingssteder, 4) private allelle rester.

I tillegg identifiserte den samme studien uttrykket for humane komplement C4 -transkripsjoner i flere vev. Resultatene av en Northern blot -analyse, ved bruk av en C4d -probe og RD -probe som positiv kontroll, viste at leveren inneholder de fleste transkripsjoner i hele kroppen. Likevel ble moderate mengder uttrykt i binyrene/medulla, skjoldbrusk og nyre.

Funksjon og mekanisme

To veier i komplementkaskaden. Komponenter og enzymer i de klassiske og alternative veiene til komplementkaskaden, som gir et komplementært middel for mennesker og andre systemer for å forsvare seg mot fremmede patogener (se tekst). Ikke vist er elementer av lektinveien . Vær oppmerksom på at mens de vedlagte bokstavene i denne figuren er små bokstaver, er de synonymt med de samme betegnelsene som vises med store bokstaver i teksten.

Som nevnt, deltar C4 (blanding av C4A og C4B) i alle tre komplementveiene (klassisk, alternativ og lektin); den alternative veien "utløses spontant", mens de klassiske og lektinveiene fremkalles som svar på gjenkjenning av bestemte mikrober. Alle tre banene konvergerer i et trinn der komplementprotein C3 spaltes til proteiner C3a og C3b, noe som resulterer i en lytisk vei og dannelse av en makromolekylær samling av flere proteiner, betegnet membranangrepskomplekset (MAC), som fungerer som en pore i membranen til det målrettede patogenet, noe som fører til invaderende celleforstyrrelse og eventuell lysering.

I den klassiske veien aktiveres komplementkomponenten - heretter forkortet med "C" før proteintallet - kalt C1s, en serinprotease , ved oppstrøms trinn i banen, noe som resulterer i spaltning av den opprinnelige, overordnede ~ 200 kilodalton ( kDa) C4 -protein - sammensatt av tre kjeder. C4 spaltes av proteasen i to deler, et peptid C4a (lite ved ~ 9 kDa, og anafylotoksisk ), og proteinet C4b med høyere molekylvekt, ved omtrent 190 kDa. Spaltningen av C4 resulterer i at C4b bærer en tioesterfunksjonell gruppe [-SC (O)-]: arbeid på 1980-tallet med C3, og deretter på C4, indikerte tilstedeværelsen, i de overordnede C3- og C4-strukturene, av et unikt protein modifikasjon, en 15-atom (15-leddet) tionolaktonring som tjener til å koble tiol-sidekjeden til aminosyren cystein (Cys) i en -Cys-Gly-Glu-Glx- sekvens med en sidekjede acylgruppe av det som begynte som en glutaminsidekjede (Glx, her) som lå i tre aminosyrerester nedstrøms (hvor de resterende atomene til de 15 var ryggrad og sidekjedeatomer); ved spaltning, blir denne unike tionolaktonringstrukturen eksponert på overflaten av det nye C4b -proteinet. På grunn av nærhet til den mikrobielle overflaten, reagerer en del av de frigjorte C4b -proteinene, med dette reaktive tionolaktonet, med nukleofile aminosyresidekjeder og andre grupper på den fremmede mikrobens celleoverflate, noe som resulterer i kovalent binding av det lett modifiserte C4b -proteinet til celleoverflaten, via den opprinnelige Glx -resten av C4.

C4b har flere funksjoner. Det samhandler med protein C2; den samme proteasen som ble påkalt tidligere, C1s, deretter klyver C2 i to deler, betegnet C2a og C2b, med C2b som frigjøres, og C2a forblir i forbindelse med C4b; C4b-C2a-komplekset av de to proteinene viser deretter en ytterligere systemassosiert proteaseaktivitet mot protein C3 (spaltning), med påfølgende frigjøring av begge proteiner, C4b og C2a, fra komplekset (hvorpå C4b kan binde et annet protein C2, og utfør disse trinnene igjen). Fordi C4b regenereres og en syklus opprettes, har C4b-C2a-komplekset med proteaseaktivitet blitt betegnet C3-konvertase. Protein 4b kan spaltes ytterligere i 4c og 4d.

Klinisk signifikans

Modell av vanlige strukturelle gener og deres mulige bidrag til utviklingen av schizofreni (som grundig definert i artikkelen Sekar et al.)

Selv om andre sykdommer (dvs. systemisk lupus erythematosus ) har vært implisert, blir C4 -genet også undersøkt for rollen det kan spille for risiko og utvikling av schizofreni. I Wu et al. studien, brukte de sanntids polymerasekjedereaksjonen (rt-PCR) som en analyse for å bestemme kopiantallvariansen (CNV) eller det genetiske mangfoldet av C4. Følgelig, med disse resultatene, vil fremtidige prognoser, bluss og remisjoner bli mer mulig å bestemme. Resultatene viser i utgangspunktet varianter av kopitall som en mekanisme for å påvirke genetisk mangfold. Som diskutert tidligere inkluderer de forskjellige fenotyper som den varierende genetiske varianten av komplement C4 tillater et bredt spekter av plasma- eller serum -C4 -proteiner blant to isotyper - C4A og C4B - med flere proteinallotyper som kan ha unike fysiologiske funksjoner. CNV er kilder til iboende genetisk mangfold og er engasjert i gen-miljø interaksjon. CNV (og tilhørende polymorfismer) spiller en rolle i å fylle gapet mot å forstå det genetiske grunnlaget for kvantitative egenskaper og de forskjellige følsomhetene for autoimmune og nevrobiologiske sykdommer.

Det er samlet inn og analysert betydelige data fra hele verden for å fastslå at schizofreni faktisk har et sterkt genetisk forhold til en region på MHC -stedet på kromosomarm 6.

Data og informasjon samlet internasjonalt kan belyse schizofreniens mysterier . Sekar et al. analyserte enkeltnukleotidpolymorfismer (SNP) av 40 kohorter i 22 land, totalt totalt opptil 29 000 tilfeller. De fant ut to funksjoner: 1) Et stort antall SNPer som bare nådde 2 Mb over enden, 2) foreningstoppen sentrert ved C4, forutsier at C4A -ekspresjonsnivåene er sterkest korrelert med schizofreni. I tillegg har de oppdaget en mekanisme der schizofreni kan oppstå fra den genetiske disposisjonen til det menneskelige komplementet C4. Som vist i figur 1, har fire vanlige strukturelle variasjoner som er oppdaget i genom-brede assosiasjonsstudier (GWAS) studier pekt på høy valgdeltakelse av schizofreni. Muligens tillater de høyere ekspresjonsnivåene av C4 -protein på grunn av mønster av varianter av C4 -genet, uønsket økning i synaptisk beskjæring (en effekt produsert av effektorproteinene i komplementsystemet som C4 deltar i).

Se også

• Komplementskomponent 4A
• Komplementskomponent 4B
• HLA A1-B8-DR3-DQ2 haplotype
• Komplementsystem
• Komplementmangel

Referanser

Videre lesning