Tamamlayıcı bileşen 4 - Complement component 4

İnsanlarda tamamlayıcı bileşen 4 ( C4 ), insan lökosit antijeni (HLA) sisteminden kaynaklanan karmaşık kompleman sisteminde yer alan bir proteindir . Diğer sayısız bileşenle birlikte bağışıklık, tolerans ve otoimmünitede bir dizi kritik işleve hizmet eder. Ayrıca, antikor-antijen (Ab-Ag) kompleksleri tarafından başlatılan genel sistemin tanıma yollarının, doğuştan gelen bağışıklık tepkisinin diğer efektör proteinlerine bağlanmasında çok önemli bir faktördür. Örneğin, işlevsiz bir tamamlayıcı sistemin ciddiyeti, ölümcül hastalıklara ve enfeksiyonlara yol açabilir. Bunun karmaşık varyasyonları da şizofreniye yol açabilir . Yine de, C4 proteini, bir popülasyon içindeki ilgili proteinlerinin seviyelerinde bol miktarda varyasyona izin veren C4A - C4B genleri olan basit bir iki lokuslu alelik modelden türetilir . Başlangıçta Chido/Rodgers kan grubu sistemi bağlamında tanımlanan C4A-C4B genetik modeli, şizofreni riski ve gelişimindeki olası rolü nedeniyle araştırılmaktadır .

Tarih

C4 proteini üzerinde yapılan daha önceki genetik çalışmalardan biri, bir insan serumunda bulunan ve Chido/Rogers (Ch/Rg) kan grupları olarak adlandırılan iki farklı grup tanımladı. O'Neill et al. iki farklı C4 lokusunun eritrosit zarları üzerinde farklı Ch/Rg antijenlerini eksprese ettiğini göstermişlerdir. Daha spesifik olarak, iki protein, Ch ve Rg, Ab-Ag kompleksi ve diğer tamamlayıcı bileşenler arasındaki etkileşim için bir ortam olarak birlikte işlev görür. Ayrıca, iki lokus, HLA'ya veya kromozom 6'nın kısa kolundaki ana histo-uyumluluk kompleksinin (MHC) insan analoğuna bağlıdır , oysa daha önce bunların tek bir lokusta iki kodominant alel tarafından eksprese edildiğine inanılırdı. Jel elektroforez çalışmalarında, O'Neill ve ark. iki genetik varyant tanımladılar: F, dört hızlı hareket eden bandın varlığını (F+) veya yokluğunu (f0/ f0) ve S, dört yavaş hareket eden bandın varlığını (S+) veya yokluğunu (s0/s0) belirtir. Bu boş (f0, s0) genlerin eklenmesiyle birlikte iki lokusun homojenliği veya heterojenliği, C4 lokuslarının çoğaltılmasına/duplikasyonun yapılmamasına izin verir. Bu nedenle, C4, C4F ve C4S (daha sonra sırasıyla C4A veya C4B olarak tanımlanır) için ayrı lokuslara sahip olmak, büyük boyut ve kopya sayısı varyasyonuna yol açan, muhtemelen çoklu alelik formların üretilmesinden sorumludur .

İki önemli katkıda bulunan Carroll ve Porter, insan C4 genini klonlama çalışmalarında, klonlarının altısının hepsinin aynı C4 genini içerdiğini gösterdi. C4 proteini, sırasıyla ~95.000, 78.000 ve 31.000 moleküler ağırlıklara (MW) sahip 3 alt birimden (a, β ve y) oluşur ve bunların tümü zincirler arası disülfid köprüleriyle birleştirilir. Roos ve arkadaşları tarafından yapılan bir çalışmada, C4A ve C4B arasındaki a-zincirlerinin biraz farklı olduğu (sırasıyla ~96.000 ve 94.000 MW) bulundu ve bu, iki varyant arasında aslında yapısal bir fark olduğunu kanıtladı. Ayrıca, C4 aktivitesinin eksikliğinin, a zincirleri arasındaki yapısal farklılıklara atfedilebileceğini belirttiler. Bununla birlikte, Carroll ve Porter , C4 aktivitesinin bir yan ürünü olan bilinen C4d bölgesi olduğuna inandıkları genomik dizide bir intron görevi gören 1.500-bp'lik bir bölge olduğunu gösterdiler. Carroll et al. HLA sınıf III bölgesinde yer alan ve kromozom üzerindeki C2 ve faktör B ile bağlantılı olan C4 genlerinin yapısını ve organizasyonunu karakterize eden daha sonra yayınlanmış bir çalışma. Kısıtlama haritalama, nükleotid dizi analizi ve C4A ve C4B ile hibridizasyonu içeren deneyler yoluyla, farklılıkları olsa da genlerin aslında oldukça benzer olduğunu buldular. Örneğin, C4A ve C4B arasında sınıf farklılıkları olmasına izin veren tek nükleotid polimorfizmleri tespit edildi. Ayrıca, sınıf ve alelik farklılıklar, bağışıklık kompleksi ile C4 proteinlerinin performansını etkileyecektir. Son olarak, cDNA klonlanmış fragmanları üst üste bindirerek, tahminen 16 kilobaz (kb) uzunluğundaki C4 lokuslarının faktör B lokusundan 10 kb aralıklı ve 30 kb hizalı olduğunu belirleyebildiler.

Aynı yıl, araştırmalar, kromozomun 98 kb'lik bir bölgesini, dört sınıf III genin (C4A, C4B, C2 ve faktör B'yi ifade eden) yakından bağlantılı olduğunu belirlemiştir, bu da çapraz geçişlerin oluşmasına izin vermez. Elektroforez ile görselleştirilen protein varyantları kullanılarak, dört yapısal gen HLA-B ve HLA-D arasına yerleştirildi. Daha spesifik olarak, gen düzeninin faktör B , C4B, C4A ve C2'den, C2'nin HLA-B'ye en yakın olduğu önerilen moleküler haritayı doğruladılar . Başka bir çalışmada, Law ve ark. daha sonra daha derine inmeye devam etti, bu sefer her ikisi de insan bağışıklık sisteminde önemli oyuncular olan hem C4A hem de C4B'nin özelliklerini karşılaştırdı. İnkübasyon, farklı pH seviyeleri ve metilamin ile muameleyi içeren yöntemlerle, C4 genlerinin farklı reaktivitelerini biyokimyasal olarak göstermişlerdi. Daha spesifik olarak, C4A ve C4B arasındaki 7 kb'lik farka rağmen C4B'nin çok daha verimli ve etkili tepki verdiği gösterilmiştir. Tam serumda, C4B alelleri, hemolitik aktivite sırasında, C4A alelleriyle doğrudan karşılaştırıldığında birkaç kat daha yüksek bir oranda performans gösterdi. Biyokimyasal olarak ayrıca, C4A'nın bir antikorun amino asit yan zincirleri ve amino grupları olan antijenleri ile daha istikrarlı bir şekilde reaksiyona girdiğini, C4B'nin ise karbonhidrat hidroksil gruplarıyla daha iyi reaksiyona girdiğini buldular. Bu nedenle, değişen reaktivitelerin analizi üzerine, C4 genlerinin istisnai polimorfizminin bazı biyolojik avantajlar (yani enfeksiyonlar üzerine oluşan daha geniş bir Ab-Ag kompleksleri yelpazesi ile komplement aktivasyonu) getirebileceğini öne sürdüler. Zamanın bu noktasında olsa da, C4A veya C4B'nin genomik ve türetilmiş amino asit dizisi henüz belirlenmemişti.

Yapı

İlk çalışmalar, gen ve protein yapılarını keşfetmenin yolunu açan temelleri ortaya koyarak C4 kompleksi hakkındaki bilgileri büyük ölçüde genişletti. C. Yu, insan kompleman bileşeni C4A geninin tam dizisini başarıyla belirledi. Bulgularda, tüm genomun (büyük bir Intron 9 dizisinden kaçınılmasına rağmen) toplam 1744 kalıntı ile 41 eksona sahip olduğu bulundu. C4 proteini, tek zincirli bir öncüde sentezlenir, bu daha sonra proteolitik bölünmeye uğrayarak üç zincire (zincirlenme sırasına göre, β-a-y) uğrar.

β-zinciri, 1-16 eksonları tarafından kodlanan 656 kalıntıdan oluşur. β-zincirinin en belirgin yönü, boyutu altı ila yedi kilobaz arasında değişen büyük bir intronun varlığıdır. Tüm C4 genleri için birinci lokusta (C4A'yı kodlayan) ve ikinci lokusta (C4B'yi kodlayan) sadece birkaç C4 geninde bulunur. α-zinciri, 16-33 eksonlarını kodlayan 661-1428 artıklarından oluşur. Bu zincir içinde, ekson 23 ve 30 ile işaretlenmiş iki bölünme bölgesi C4d fragmanını üretir (tiyoester, Ch/Rg antijenleri ve izotipik kalıntıların bulunduğu yer); dahası, polimorfik sitelerin çoğu bu bölgede kümelenir. y-zinciri, 33-41 eksonlarını kodlayan 291 kalıntıdan oluşur. Ne yazık ki, y-zincirine özel bir işlev atfedilmemiştir.

Vaishnaw ve ark. C4 geninin gen ekspresyonu çabalarıyla ilgili anahtar bölgeyi ve faktörleri belirlemeye çalıştı. Araştırmaları, Sp1 bağlanma bölgesinin (-59 ila -49) C4'ün bazal transkripsiyonunun doğru bir şekilde başlatılmasında önemli bir rol oynadığı gerçeğiyle sonuçlandı. Elektromobilite kaydırma deneylerinin ve DNase I ayak izi analizlerinin kullanılması, nükleer faktör 1'de, iki E kutusunda (-98 ila -93 ve -78 ila -73) ve Sp1 bağlanma alanlarında C4 promotörünün spesifik DNA-protein korelasyonlarını gösterdi. Bu bulgular daha sonra üçüncü bir E kutusu sitesi bulunan başka bir kapsamlı çalışmaya eklendi. Ek olarak, aynı bulgular, gen sekansı içindeki iki fiziksel varlığın, insan C4A ve C4B'nin ekspresyon seviyelerinde bir rolü olabileceğini ve bunların her ikisinin de C4 transkripsiyonunu etkileyen pozitif veya negatif düzenleyici etkilere sahip olabilen endojen retrovirüsün varlığını ve değişen genetik ortam (hangi genetik modüler bileşenin mevcut olduğuna bağlı olarak) geçmiş pozisyon -1524.

Daha fazla bağlam sağlamak için, ikinci çalışmada, daha önce belirtilen bimodüler yapı (C4A-C4B), bir veya daha fazla RP-C4-CYP21-TNX (RCCX) modülü içeren bir ila dört ayrı segmentten oluşan dörtlü bir yapıya güncellenmiştir. C4A veya C4B geninin boyutu 21 kb (uzun, L) veya 14.6 kb (kısa, S) olabilir. Ayrıca, uzun C4 geni, intron 9'da ekstra 6.36 kb'lik bir transkripsiyon uygulayan bir retrovirüs HERV-K(C4) içerir, dolayısıyla "daha uzun" gen dizisi. Bu nedenle, C4 genleri, gen boyutu, kopya sayısı ve polimorfizmlerde karmaşık bir varyasyon modeline sahiptir. Bu mono-, bi-, tri- ve dörtlü-modüler yapıların örnekleri şunları içerir: L veya S (bir uzun veya kısa C4 geni ile monomodüler), LL veya LS veya SS (homozigot veya heterozigoz L veya S kombinasyonu ile bimodüler) genleri), LLL veya LLS veya LSS (üç L veya S C4 genli trimodüler RCCX), LLLL (dört L veya S C4 genli dörtlü yapı). Tüm yapısal gruplar aynı görünüm yüzdesine sahip değildir, muhtemelen ayrı etnik gruplar arasında daha da fazla farklılıklar vardır. Örneğin, incelenen Kafkas popülasyonu %69 bimodüler konfigürasyon (C4A-C4B, C4A-C4A veya C4B-C4B) ve %31 trimodüler konfigürasyon (C4A-C4A-C4B olarak LLL veya C4A-C4B-C4B olarak LSS arasında eşit olarak bölünmüş) gösterdi ). C4 protein dizisi polimorfizmi ile ilgili olarak toplam 24 polimorfik kalıntı bulundu. Bunlar arasında, α-zinciri ve γ-zinciri sırasıyla 18 ve bir ürettiği için beş olarak ifade edilen β-zinciri. Bu polimorfizmler ayrıca gruplara ayrılabilir: 1) spesifik pozisyonlarda dört izotipik kalıntı, 2) spesifik pozisyonlarda Ch/Rg antijenik belirleyicileri, 3) C5 bağlanma sahaları, 4) özel alelik kalıntılar.

Ek olarak, aynı çalışma, birçok dokuda insan kompleman C4 transkriptlerinin ekspresyonunu tanımladı. Pozitif kontrol olarak bir C4d probu ve RD probu kullanan bir Northern blot analizinin sonuçları, karaciğerin vücuttaki transkriptlerin çoğunu içerdiğini gösterdi. Buna rağmen, adrenal korteks/medulla, tiroid ve böbrekte ılımlı miktarlar ifade edildi.

İşlev ve mekanizma

Kompleman kaskadının iki yolu. İnsan ve diğer sistemlerin yabancı patojenlere karşı savunması için tamamlayıcı bir araç sağlayan kompleman kaskadının klasik ve alternatif yollarının bileşenleri ve enzimleri (metne bakınız). Gösterilenler, lektin yolunun elemanlarıdır . Bu şekilde eklenen harfler küçük harflerle yazılmış olsa da, metinde büyük harflerle görünen aynı adlandırmalarla eş anlamlıdırlar.

Belirtildiği gibi, C4 (C4A ve C4B karışımı), tamamlayıcı yolların üçüne de (klasik, alternatif ve lektin) katılır; alternatif yol "kendiliğinden tetiklenir", klasik ve lektin yolları ise belirli mikropların tanınmasına yanıt olarak ortaya çıkar. Üç yolun tümü, tamamlayıcı protein C3'ün C3a ve C3b proteinlerine bölündüğü bir aşamada birleşir, bu da litik bir yola ve membran saldırı kompleksi (MAC) olarak adlandırılan çoklu proteinlerin makromoleküler bir birleşiminin oluşumuna neden olur. hedeflenen patojenin zarındaki gözenek, istilacı hücre bozulmasına ve sonunda lizise yol açar.

Olarak , klasik sentezleme yolu, tamamlayıcı bileşen-bundan sonra bir numaralı Vadeli protein önceki "C" ile kısaltılan C1S, bir serin proteaz , doğal, ana ~ 200 kendi bölünmesi ile sonuçlanır yolunun yukarı akış adımlar etkinleştirilir kilodalton ( kDa) C4 proteini—üç zincirden oluşur. C4, proteaz tarafından iki parçaya bölünür, bir peptit C4a (~9 kDa'da küçük ve anafilotoksik ) ve yaklaşık 190 kDa'da daha yüksek moleküler ağırlıklı protein C4b. C4'ün bölünmesi, bir tiyoester fonksiyonel grubu [-SC(O)-] taşıyan C4b ile sonuçlanır : 1980'lerde C3 ve ardından C4 üzerinde yapılan çalışmalar, ana C3 ve C4 yapıları içinde benzersiz bir proteinin varlığını gösterdi. değişiklik uygulaması, sırasıyla 15-atomu (15-elemanlı) thionolactone bir yan zinciri olan bir Cys-GIy-Glu-Glx- dizisindeki amino asit sisteyin (Cys), tiyol yan zincirine bağlamak için hizmet eden bir halka asil grubu olarak başlayan ve akış aşağısında üç amino asit kalıntısı bulunan bir glutamin yan zinciri (burada Glx) (15'in geri kalan atomlarının omurga ve yan zincir atomları olduğu); bölünme üzerine, bu benzersiz tionolakton halka yapısı, yeni C4b proteininin yüzeyinde açığa çıkar. Mikrobiyal yüzeye yakınlığı nedeniyle, salınan C4b proteinlerinin bir kısmı, bu reaktif tionolakton ile , yabancı mikrobun hücre yüzeyindeki nükleofilik amino asit yan zincirleri ve diğer gruplarla reaksiyona girerek , hafifçe modifiye edilmiş C4b proteininin hücre yüzeyine kovalent bağlanmasıyla sonuçlanır. C4'ün orijinal Glx kalıntısı yoluyla hücre yüzeyi.

C4b'nin başka işlevleri vardır. Protein C2 ile etkileşime girer; daha önce çağrılan aynı proteaz, C1s, daha sonra C2'yi iki parçaya böler, C2a ve C2b olarak adlandırılır, C2b salınır ve C2a C4b ile birlikte kalır; iki proteinin C4b-C2a kompleksi daha sonra protein C3'e karşı sistemle ilişkili başka bir proteaz aktivitesi sergiler (bunu parçalayarak), ardından her iki proteinin, C4b ve C2a'nın komplekslerinden salınması (bunun üzerine C4b, başka bir protein C2'yi bağlayabilir ve bu adımları tekrar uygulayın). C4b rejenere edildiğinden ve bir döngü oluşturulduğundan, proteaz aktivitesine sahip C4b-C2a kompleksi, C3 dönüştürücü olarak adlandırılmıştır . Protein 4b ayrıca 4c ve 4d'ye bölünebilir.

Klinik önemi

Ortak yapısal genlerin modeli ve bunların şizofreni gelişimine olası katkıları (Sekar ve ark. makalesinde ayrıntılı olarak tanımlandığı gibi)

Diğer hastalıklar (yani sistemik lupus eritematozus ) suçlanmış olsa da, C4 geni de şizofreni riski ve gelişiminde oynayabileceği rol için araştırılmaktadır. Wu et al. çalışmasında, kopya sayısı varyansını (CNV) veya C4'ün genetik çeşitliliğini belirlemek için bir tahlil olarak gerçek zamanlı polimeraz zincir reaksiyonunu (rt-PCR) kullandılar. Buna göre, bu sonuçlarla gelecekteki prognozların, alevlenmelerin ve remisyonların belirlenmesi daha uygun hale gelecektir. Sonuçlar, temel olarak, genetik çeşitliliği etkilemek için bir mekanizma olarak kopya sayısı değişkenlerini göstermektedir. Daha önce tartışıldığı gibi, kompleman C4'ün değişen genetik çeşitliliği tarafından izin verilen farklı fenotipler, benzersiz fizyolojik fonksiyonlara sahip olabilen çoklu protein allotipleri ile iki izotip (C4A ve C4B) arasında geniş bir plazma veya serum C4 proteinleri yelpazesini içerir. CNV'ler, doğal genetik çeşitliliğin kaynaklarıdır ve gen-çevre etkileşimi ile meşgul olurlar. CNV'ler (ve ilişkili polimorfizmler), nicel özelliklerin genetik temelini ve otoimmün ve nörobiyolojik hastalıklara karşı farklı duyarlılıkları anlamaya yönelik boşluğu doldurmada rol oynar.

Şizofreninin aslında kromozom 6'daki MHC lokusundaki bir bölge ile güçlü bir genetik ilişkisi olduğunu belirlemek için dünyanın her yerinden önemli veriler toplandı ve analiz edildi.

Uluslararası olarak toplanan veriler ve bilgiler şizofreninin gizemlerine ışık tutabilir . Sekar et al. 22 ülkede 40 kohortun tek nükleotid polimorfizmlerini (SNP) analiz etti ve toplamda yaklaşık 29.000 vaka ekledi. İki özellik buldular: 1) Sonda sadece 2 Mb'ye ulaşan çok sayıda SNP, 2) C4 merkezli ilişki zirvesi, C4A ekspresyon seviyelerinin en güçlü şekilde şizofreni ile ilişkili olduğunu tahmin ediyor. Ek olarak, şizofreninin insan kompleman C4'ün genetik yatkınlığından kaynaklanabileceği bir mekanizma keşfettiler. Şekil 1'de gösterildiği gibi , genom çapında ilişkilendirme çalışmaları (GWAS) çalışmalarında keşfedilen dört yaygın yapısal varyasyon , şizofreninin yüksek katılımına işaret etmiştir. Muhtemelen, C4 geninin varyantlarının paterni nedeniyle C4 proteininin daha yüksek ekspresyon seviyeleri, sinaptik budamada ( C4'ün yer aldığı kompleman sisteminin efektör proteinleri tarafından üretilen bir etki) istenmeyen artışa izin verir .

Ayrıca bakınız

• Tamamlayıcı bileşen 4A
• Tamamlayıcı bileşen 4B
• HLA A1-B8-DR3-DQ2 haplotipi
• tamamlayıcı sistem
• Kompleman eksikliği

Referanslar

daha fazla okuma