Componente 4 do complemento - Complement component 4

O componente 4 do complemento ( C4 ), em humanos, é uma proteína envolvida no intrincado sistema do complemento , originada do sistema do antígeno leucocitário humano (HLA). Ele atende a uma série de funções críticas em imunidade, tolerância e autoimunidade com os outros numerosos componentes. Além disso, é um fator crucial na conexão das vias de reconhecimento do sistema geral instigadas pelos complexos anticorpo-antígeno (Ab-Ag) às outras proteínas efetoras da resposta imune inata. Por exemplo, a gravidade de um sistema complemento disfuncional pode levar a doenças fatais e infecções. Variações complexas também podem levar à esquizofrenia . No entanto, as proteínas deriva C4 a partir de um simples modelo de duas locus de alica, a C4A - C4B genes, que permite uma variação abundante nos níveis das respectivas proteínas dentro de uma população. Definido originalmente no contexto do sistema de grupo sanguíneo Chido / Rodgers, o modelo genético C4A-C4B está sob investigação por seu possível papel no risco e desenvolvimento de esquizofrenia .

História

Um dos primeiros estudos genéticos sobre a proteína C4 identificou dois grupos diferentes, encontrados em um soro humano, chamados grupos sanguíneos Chido / Rogers (Ch / Rg). O'Neill et al. demonstraram que dois loci C4 diferentes expressam os diferentes antígenos Ch / Rg nas membranas dos eritrócitos. Mais especificamente, as duas proteínas, Ch e Rg, funcionam juntas como um meio para a interação entre o complexo Ab-Ag e outros componentes do complemento. Além disso, os dois loci estão ligados ao HLA, ou o análogo humano do complexo principal de histocompatibilidade (MHC) no braço curto do cromossomo 6, enquanto anteriormente se acreditava que eles eram expressos por dois alelos codominantes em um único locus. Em estudos de eletroforese em gel, O'Neill et al. identificaram duas variantes genéticas: F, significando a presença (F +) ou ausência (f0 / f0) de quatro bandas de movimento rápido, e S, significando a presença (S +) ou ausência (s0 / s0) de quatro bandas de movimento lento. A homogeneidade ou heterogeneidade dos dois loci, com a adição desses genes nulos (f0, s0), permite a duplicação / não duplicação dos loci C4. Portanto, ter loci separados para C4, C4F e C4S (posteriormente identificados como C4A ou C4B, respectivamente), possivelmente são responsáveis ​​pela produção de múltiplas formas alélicas, levando à grande variação de tamanho e número de cópias .

Dois contribuintes importantes, Carroll e Porter, em seu estudo de clonagem do gene C4 humano mostraram que todos os seis de seus clones continham o mesmo gene C4. A proteína C4 consiste em 3 subunidades (α, β e γ) com pesos moleculares (MWs) de ~ 95.000, 78.000 e 31.000, respectivamente e todas elas são unidas por pontes dissulfeto intercadeias. Em um estudo de Roos et al., As cadeias α entre C4A e C4B foram ligeiramente diferentes (MW de ~ 96.000 e 94.000, respectivamente), provando que há realmente uma diferença estrutural entre as duas variantes. Além disso, eles implicaram que uma falta de atividade C4 poderia ser atribuída às diferenças estruturais entre as cadeias α. No entanto, Carroll e Porter demonstraram que existe uma região de 1.500 bp que atua como um intron na sequência genômica, que eles acreditavam ser a conhecida região C4d, um subproduto da atividade C4. Carroll et al. posteriormente publicou um trabalho que caracterizou a estrutura e organização dos genes C4, que estão situados na região HLA de classe III e ligados ao C2 e ao fator B no cromossomo. Por meio de experimentos envolvendo mapeamento de restrição, análise de sequência de nucleotídeos e hibridização com C4A e C4B, eles descobriram que os genes são, na verdade, bastante semelhantes, embora tenham suas diferenças. Por exemplo, polimorfismos de nucleotídeo único foram detectados, o que permitiu que fossem diferenças de classe entre C4A e C4B. Além disso, as diferenças de classe e alélicas afetariam o desempenho das proteínas C4 com o complexo imune. Finalmente, por sobreposição de fragmentos clonados de cDNA, eles foram capazes de determinar que os loci C4, com um comprimento estimado de 16 quilobases (kb), estão espaçados por 10 kb e alinhados 30 kb do locus do fator B.

No mesmo ano, estudos identificaram de forma relacionada uma região de 98 kb do cromossomo em que os quatro genes da classe III (que expressam C4A, C4B, C2 e fator B) estão intimamente ligados, o que não permite que ocorram cruzamentos. Usando variantes de proteínas visualizadas por eletroforese, os quatro genes estruturais foram localizados entre HLA-B e HLA-D. Mais especificamente, eles verificaram o mapa molecular proposto no qual a ordem dos genes ia do fator B , C4B, C4A e C2 com o C2 mais próximo do HLA-B. Em outro estudo, Law et al. em seguida, continuou a se aprofundar, desta vez comparando as propriedades do C4A e do C4B, ambos atuantes importantes no sistema de imunidade humana. Por meio de métodos que incluem incubação, diferentes níveis de pH e tratamento com metilamina, eles ilustraram bioquimicamente as diferentes reatividades dos genes C4. Mais especificamente, o C4B mostrou reagir de forma muito mais eficiente e eficaz, apesar da diferença de 7 kb entre C4A e C4B. No soro total, os alelos C4B tiveram desempenho várias vezes maior durante a atividade hemolítica, em comparação direta com os alelos C4A. Bioquimicamente, eles também descobriram que o C4A reagiu de forma mais constante com as cadeias laterais de aminoácidos de um anticorpo e antígenos que são grupos amino, enquanto o C4B reagiu melhor com grupos hidroxila de carboidratos. Assim, após a análise das reatividades variáveis, eles propuseram que o polimorfismo excepcional dos genes C4 pode trazer algumas vantagens biológicas (ou seja, ativação do complemento com uma gama mais extensa de complexos Ab-Ag formados em infecções). Embora neste ponto no tempo, a sequência de aminoácidos genômica e derivada de C4A ou C4B ainda não tivesse sido determinada.

Estrutura

Os primeiros estudos expandiram amplamente o conhecimento do complexo C4, estabelecendo as bases que pavimentaram o caminho para a descoberta das estruturas de genes e proteínas. C. Yu determinou com sucesso a sequência completa do gene C4A do componente do complemento humano. Nas descobertas, descobriu-se que todo o genoma tinha 41 exões, com um total de 1744 resíduos (apesar de evitar a sequência de um grande intrão 9). A proteína C4 é sintetizada em um precursor de cadeia única, que então sofre clivagem proteolítica em três cadeias (na ordem em que são encadeadas, β-α-γ).

A cadeia β consiste em 656 resíduos, codificados pelos exões 1-16. O aspecto mais proeminente da cadeia β é a presença de um grande íntron, variando de seis a sete quilobases de tamanho. Está presente no primeiro locus (codificando para C4A) para todos os genes C4 e no segundo locus (codificando para C4B) apenas em alguns genes C4. A cadeia α consiste nos resíduos 661-1428, que codificam os exões 16-33. Dentro desta cadeia, dois locais de clivagem marcados pelos exões 23 e 30 produzem o fragmento C4d (onde o tioéster, os antígenos Ch / Rg e os resíduos isotípicos estão localizados); além disso, a maioria dos sítios polimórficos aglomeram-se nesta região. A cadeia γ consiste em 291 resíduos, codificando os exões 33-41. Infelizmente, nenhuma função específica foi atribuída à cadeia γ.

O estudo concluído por Vaishnaw et al. procurou identificar a região-chave e os fatores relacionados aos esforços de expressão gênica do gene C4. A pesquisa concluiu com o fato de que o local de ligação Sp1 (posicionado em -59 a -49) desempenha um papel importante no início da transcrição basal de C4 com precisão. A utilização de ensaios de mudança de eletromobilidade e análises de pegada de DNase I demonstraram correlações específicas de DNA-proteína do promotor C4 no fator nuclear 1, duas caixas E (-98 a -93 e -78 a -73) e domínios de ligação Sp1. Essas descobertas foram posteriormente adicionadas a outro estudo extenso, que encontrou um terceiro local da E box. Além disso, as mesmas descobertas postularam que duas entidades físicas dentro da sequência do gene poderiam ter um papel nos níveis de expressão de C4A e C4B humanos, que incluem a presença do retrovírus endógeno que pode ter influências regulatórias positivas ou negativas que afetam a transcrição de C4 e o ambiente genético variável (dependente de qual componente modular genético está presente) na posição anterior -1524.

Para fornecer mais contexto, no último estudo, a estrutura bimodular observada anteriormente (C4A-C4B) foi atualizada para uma estrutura quadrimodular de um a quatro segmentos discretos, contendo um ou mais módulos RP-C4-CYP21-TNX (RCCX). O tamanho do gene C4A ou C4B pode ser 21 kb (longo, L) ou 14,6 kb (curto, S). Além disso, o gene C4 longo contém exclusivamente um retrovírus HERV-K (C4) em seu íntron 9 que impõe a transcrição de 6,36 kb extras, daí a cadeia “mais longa” do gene. Assim, os genes C4 têm um padrão complexo de variação no tamanho do gene, número de cópias e polimorfismos. Exemplos dessas estruturas mono-, bi-, tri- e quadri-modulares incluem: L ou S (monomodular com um gene C4 longo ou curto), LL ou LS ou SS (bimodular com uma combinação de homozigoto ou heterozigoto L ou S genes), LLL ou LLS ou LSS (RCCX trimodular com três genes L ou S C4), LLLL (estrutura quadrimodular com quatro genes L ou S C4). Nem todos os grupos estruturais têm a mesma porcentagem de aparência, possivelmente ainda mais diferenças dentro de grupos étnicos separados. Por exemplo, a população caucasiana estudada mostrou 69% de configuração bimodular (C4A-C4B, C4A-C4A ou C4B-C4B) e 31% de configuração trimodular (igualmente dividida entre LLL como C4A-C4A-C4B ou LSS como C4A-C4B-C4B ) Em relação ao polimorfismo da sequência da proteína C4, foi encontrado um total de 24 resíduos polimórficos. Dentre eles, a cadeia β expressa em cinco, já a cadeia α e a cadeia γ produziram 18 e um, respectivamente. Estes polimorfismos podem ser ainda categorizados em grupos: 1) quatro resíduos isotípicos em posições específicas, 2) determinantes antigênicos Ch / Rg em posições específicas, 3) sítios de ligação C5, 4) resíduos alélicos privados.

Além disso, o mesmo estudo identificou a expressão de transcritos C4 do complemento humano em vários tecidos. Os resultados de uma análise de Northern blot, usando uma sonda C4d e uma sonda RD como controle positivo, mostraram que o fígado contém a maioria dos transcritos em todo o corpo. Mesmo assim, quantidades moderadas foram expressas no córtex adrenal / medula, tireóide e rim.

Função e mecanismo

Duas vias da cascata do complemento. Componentes e enzimas das vias clássicas e alternativas da cascata do complemento, que fornece um meio complementar para humanos e outros sistemas se defenderem contra patógenos estranhos (ver texto). Não são mostrados os elementos da via da lectina . Observe que, embora as letras anexadas nesta figura sejam minúsculas, elas são sinônimos das mesmas designações que aparecem em maiúsculas no texto.

Como observado, C4 (mistura de C4A e C4B) participa de todas as três vias do complemento (clássica, alternativa e lectina); a via alternativa é "desencadeada espontaneamente", enquanto as vias clássica e da lectina são eliciadas em resposta ao reconhecimento de micróbios específicos. Todas as três vias convergem em uma etapa na qual a proteína C3 do complemento é clivada nas proteínas C3a e C3b, o que resulta em uma via lítica e formação de um conjunto macromolecular de proteínas múltiplas, denominado complexo de ataque à membrana (MAC), que serve como um poro na membrana do patógeno alvo, levando ao rompimento da célula invasora e eventual lise.

Na via clássica, o componente do complemento - a seguir abreviado pelo "C" precedendo o número da proteína - denominado C1s, uma serina protease , é ativado por etapas a montante da via, resultando em sua clivagem do pai nativo de ~ 200 quilodalton ( kDa) Proteína C4 - composta por três cadeias. O C4 é clivado pela protease em duas partes, um peptídeo C4a (pequeno em ~ 9 kDa e anafilotóxico ) e a proteína C4b de maior peso molecular, em cerca de 190 kDa. A clivagem do C4 resulta em C4b portador de um grupo funcional tioéster [-SC (O) -]: trabalho na década de 1980 em C3, e depois em C4, indicou a presença, dentro das estruturas parentais C3 e C4, de uma proteína única modificação, um anel de tionolactona de 15 átomos (15 membros) que serve para conectar a cadeia lateral do tiol do aminoácido cisteína (Cys) em uma sequência -Cys-Gly-Glu-Glx- com um grupo acil da cadeia lateral do que começou como uma cadeia lateral de glutamina (Glx, aqui) que residia em três resíduos de aminoácidos a jusante (onde os átomos restantes dos 15 eram átomos da cadeia principal e da cadeia lateral); após a clivagem, esta estrutura de anel de tionolactona única fica exposta na superfície da nova proteína C4b. Por causa da proximidade com a superfície microbiana, alguma porção das proteínas C4b liberadas, com esta tionolactona reativa, reage com cadeias laterais de aminoácidos nucleofílicos e outros grupos na superfície da célula do micróbio estranho, resultando na fixação covalente da proteína C4b ligeiramente modificada ao superfície da célula, através do resíduo Glx original de C4.

C4b tem outras funções. Ele interage com a proteína C2; a mesma protease invocada anteriormente, C1s, então cliva C2 ​​em duas partes, denominadas C2a e C2b, com C2b sendo liberado e C2a permanecendo em associação com C4b; o complexo C4b-C2a das duas proteínas, então, exibe uma atividade de protease associada ao sistema adicional em relação à proteína C3 (clivando-a), com a liberação subsequente de ambas as proteínas, C4b e C2a, de seu complexo (em que C4b pode se ligar a outra proteína C2, e execute essas etapas novamente). Como o C4b é regenerado e um ciclo é criado, o complexo C4b-C2a com atividade de protease foi denominado C3 convertase. A proteína 4b pode ser posteriormente clivada em 4c e 4d.

Significado clínico

Modelo de genes estruturais comuns e sua possível contribuição para o desenvolvimento da esquizofrenia (conforme totalmente definido no artigo de Sekar et al.)

Embora outras doenças (isto é, lúpus eritematoso sistêmico ) tenham sido implicadas, o gene C4 também está sendo investigado quanto ao papel que pode desempenhar no risco e desenvolvimento de esquizofrenia. No Wu et al. estudo, eles utilizaram a reação em cadeia da polimerase em tempo real (rt-PCR) como um ensaio para determinar a variação do número de cópias (CNV) ou diversidade genética de C4. Conseqüentemente, com esses resultados, prognósticos futuros, crises e remissões se tornarão mais viáveis ​​de determinar. Os resultados mostram basicamente as variantes do número de cópias como um mecanismo para afetar a diversidade genética. Como discutido antes, os diferentes fenótipos permitidos pela variedade genética variável do complemento C4 incluem uma ampla gama de proteínas C4 plasmáticas ou séricas entre dois isotipos - C4A e C4B - com vários alotipos de proteínas que podem ter funções fisiológicas exclusivas. Os CNVs são fontes de diversidade genética inerente e estão envolvidos na interação gene-ambiente. CNVs (e polimorfismos associados) desempenham um papel no preenchimento da lacuna no sentido de compreender a base genética de características quantitativas e as diferentes suscetibilidades a doenças autoimunes e neurobiológicas.

Dados substanciais de todo o mundo foram coletados e analisados ​​para determinar que a esquizofrenia, de fato, tem uma forte relação genética com uma região no locus MHC no braço do cromossomo 6.

Dados e informações coletados internacionalmente podem lançar luz sobre os mistérios da esquizofrenia . Sekar et al. analisaram polimorfismos de nucleotídeo único (SNP) de 40 coortes em 22 países, totalizando quase 29.000 casos. Eles descobriram duas características: 1) Um grande número de SNPs atingindo apenas 2Mb no final, 2) pico de associação centrado em C4, prevendo que os níveis de expressão de C4A estão mais fortemente correlacionados com a esquizofrenia. Além disso, eles descobriram um mecanismo pelo qual a esquizofrenia pode surgir da predisposição genética do complemento humano C4. Conforme mostrado na Figura 1, quatro variações estruturais comuns descobertas em estudos de associação do genoma (GWAS) apontaram para o alto índice de esquizofrenia. Possivelmente, os níveis mais elevados de expressão da proteína C4, devido ao padrão de variantes do gene C4, permitem o aumento indesejado da poda sináptica (efeito produzido pelas proteínas efetoras do sistema complemento em que o C4 participa).

Veja também

• Componente complementar 4A
• Componente complementar 4B
• Haplótipo HLA A1-B8-DR3-DQ2
• Sistema de complemento
• Deficiência de complemento

Referências

Leitura adicional