Prológus helyett polimorfizmus kapcsolodó-mutációk

Hasonló dokumentumok
Fehérjeszerkezet, és tekeredés

Peptid- és fehérjék másodlagos-, harmadlagos- és negyedleges szerkezete

Peptid- és fehérjék másodlagos-, harmadlagos- és negyedleges szerkezete

Fehérjeszerkezet, és tekeredés. Futó Kinga

A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER FUTÓ KINGA

Több oxigéntartalmú funkciós csoportot tartalmazó vegyületek

A fehérjék szerkezeti hierarchiája. Fehérje-szerkezetek! Klasszikus szerkezet-funkció paradigma. szekvencia. funkció. szerkezet! Myoglobin.

Nukleinsavak építőkövei

Fehérjék szerkezetének kialakulása II

Fehérjék szerkezetének kialakulása II. Semmelweis Egyetem. Osváth Szabolcs

Peptidek és fehérjék szerkezetvizsgálata spektroszkópia és in silico módszerekkel

3. Sejtalkotó molekulák III. Fehérjék, enzimműködés, fehérjeszintézis (transzkripció, transzláció, poszt szintetikus módosítások)

A fehérjék hierarchikus szerkezete

A nukleinsavak polimer vegyületek. Mint polimerek, monomerekből épülnek fel, melyeket nukleotidoknak nevezünk.

Biopolimer 12/7/09. Makromolekulák szerkezete. Fehérje szerkezet, és tekeredés. DNS. Polimerek. Kardos Roland DNS elsődleges szerkezete

FEHÉRJÉK A MÁGNESEKBEN. Bodor Andrea ELTE, Szerkezeti Kémiai és Biológiai Laboratórium. Alkímia Ma, Budapest,

Tartalom. A citoszkeleton meghatározása. Citoszkeleton. Mozgás a biológiában A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER 12/9/2016

Makromolekulák. Fehérjetekeredé. rjetekeredés. Biopolimer. Polimerek

A fehérjék hierarchikus szerkezete

Többgénes jellegek. 1. Klasszikus (poligénes) mennyiségi jellegek. 2.Szinte minden jelleg több gén irányítása alatt áll

MEDICINÁLIS ALAPISMERETEK AZ ÉLŐ SZERVEZETEK KÉMIAI ÉPÍTŐKÖVEI AZ AMINOSAVAK ÉS FEHÉRJÉK 1. kulcsszó cím: Aminosavak

TDK lehetőségek az MTA TTK Enzimológiai Intézetben

3. Sejtalkotó molekulák III.

A biológiai mozgás molekuláris mechanizmusai

A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER (Nyitrai Miklós, )

MedInProt Szinergia IV. program. Szerkezetvizsgáló módszer a rendezetlen fehérjék szerkezetének és kölcsönhatásainak jellemzésére

Szerkesztette: Vizkievicz András

Poligénes v. kantitatív öröklődés

Az agy betegségeinek molekuláris biológiája. 1. Prion betegség 2. Trinukleotid ripít betegségek 3. ALS 4. Parkinson kór 5.

ALKÍMIA MA Az anyagról mai szemmel, a régiek megszállottságával.

A citoszkeletális rendszer

A fehérjék szerkezete és az azt meghatározó kölcsönhatások

Bioinformatika 2 6. előadás

Hemoglobin - myoglobin. Konzultációs e-tananyag Szikla Károly

A citoszkeleton Eukarióta sejtváz

Az aminosavak peptidek és fehérjék koronázatlan királyai, kémiai Nobel-díjak:


Fehérjék felépítése és struktúrája. Aminosav oldalláncok. A fehérjék királis elemekből (α-l-aminosavakból) épülnek fel

A genetikai lelet értelmezése monogénes betegségekben

12/4/2014. Genetika 7-8 ea. DNS szerkezete, replikáció és a rekombináció Hershey & Chase 1953!!!

Nanotechnológia. Vonderviszt Ferenc. Veszprémi Egyetem Nanotechnológia Tanszék

TEMATIKA Biokémia és molekuláris biológia IB kurzus (bb5t1301)

Citoszkeleton. Sejtek rugalmassága. Polimer mechanika: Hooke-rugalmasság. A citoszkeleton filamentumai. Fogászati anyagtan fizikai alapjai 12.

(1) A T sejtek aktiválása (2) Az ön reaktív T sejtek toleranciája. α lánc. β lánc. V α. V β. C β. C α.

3. Általános egészségügyi ismeretek az egyes témákhoz kapcsolódóan

Peptidek és fehérjék 1. Fehérjék Fehérjetekeredés. Fehérje (protein) Fehérje (protein) Aminosavak. Aminosavak

A sejtek élete. 5. Robotoló törpék és óriások Az aminosavak és fehérjék R C NH 2. C COOH 5.1. A fehérjeépítőaminosavak általános

Fehérjeszerkezet, fehérjetekeredés

AZ ÉLET KÉMIÁJA... ÉLŐ ANYAG SZERVEZETI ALAPEGYSÉGE

A T sejt receptor (TCR) heterodimer

TARTALOM. Előszó 9 BEVEZETÉS A BIOLÓGIÁBA

Biokémiai kutatások ma

Bio-nanorendszerek. Vonderviszt Ferenc. Pannon Egyetem Nanotechnológia Tanszék

A fehérjék hierarchikus szerkezete. Szerkezeti hierarchia. A fehérjék építőkövei az aminosavak. Fehérjék felosztása

transzláció DNS RNS Fehérje A fehérjék jelenléte nélkülözhetetlen minden sejt számára: enzimek, szerkezeti fehérjék, transzportfehérjék

Gáspári Zoltán. Élő molekulák az élet molekulái

Intelligens molekulákkal a rák ellen

ALKÍMIA MA Az anyagról mai szemmel, a régiek megszállottságával.

A fehérjéket felépítő húsz standard aminosav Fehérjék szerkezetének kialakulása

Immunológia alapjai előadás. Az immunológiai felismerés molekuláris összetevői.

A fehérjéket felépítő húsz standard aminosav

Natív antigének felismerése. B sejt receptorok, immunglobulinok

BIOGÉN ELEMEK Azok a kémiai elemek, amelyek az élőlények számára létfontosságúak

Bioinformatika előad

Az X kromoszóma inaktívációja. A kromatin szerkezet befolyásolja a génexpressziót

Evolúcióelmélet és az evolúció mechanizmusai

Immunológia alapjai előadás Az immunológiai felismerés molekuláris összetevői. Az antigén fogalma. Antitestek, T- és B-sejt receptorok:

Immunológia alapjai. 10. előadás. Komplement rendszer

12. évfolyam esti, levelező

NUKLEINSAVAK. Nukleinsav: az élő szervezetek sejtmagvában és a citoplazmában található, az átöröklésben szerepet játszó, nagy molekulájú anyag

1. jelentésük. Nevüket az alkotó szén, hidrogén, oxigén 1 : 2 : 1 arányából hajdan elképzelt képletről [C n (H 2 O) m ] kapták.

Immunológia alapjai előadás. Az immunológiai felismerés molekuláris összetevői

11. évfolyam esti, levelező

Bevezetés a bioinformatikába. Harangi János DE, TEK, TTK Biokémiai Tanszék

VILÁGÍTÓ GYÓGYHATÁSÚ ALKALOIDOK

BIOMECHANIKA 2 Erőhatások eredete és következményei biológiai rendszerekben

Immunológia 4. A BCR diverzitás kialakulása

BIOMOLEKULÁK KÉMIÁJA. Novák-Nyitrai-Hazai

PAPP DÓRA. Amiloid szerkezetek stabilitásvizsgálata fehérjékben

ALKÍMIA MA Az anyagról mai szemmel, a régiek megszállottságával.

3. Kombinált, amelynek van helikális és kubikális szakasza, pl. a bakteriofágok és egyes rákkeltő RNS vírusok.

Biofizika I

A fehérjék harmadlagos vagy térszerkezete. Még a globuláris fehérjék térszerkezete is sokféle lehet.

11/15/10! A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER! Polimerizáció! Polimerizációs egyensúly! Erő iránya szerint:! 1. valódi egyensúly (aktin)" Polimer mechanika!

A citoszkeletális rendszer, a harántcsíkolt izom biofizikája.

2011. október 11. Szabad János

11. Dr. House. Biokémiai és sejtbiológiai módszerek alkalmazása az orvoslásban

Elválasztástechnikai és bioinformatikai kutatások. Dr. Harangi János DE, TTK, Biokémiai Tanszék

4. A humorális immunválasz október 12.

Sejtmozgás és adhézió Molekuláris biológia kurzus 8. hét. Kun Lídia Genetikai, Sejt és Immunbiológiai Intézet

Elektrosztatikus számítások. Elektrosztatikus számítások. Elektrosztatikus számítások. Elektrosztatikus számítások Definíciók

A citoszkeletális rendszer, motorfehérjék.

A gyakorlat elméleti háttere A DNS molekula a sejt információhordozója. A DNS nemzedékről nemzedékre megőrzi az élőlények genetikai örökségét.

A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER Bugyi Beáta PTE ÁOK, Biofizikai Intézet. 9. A sejtmozgás mechanizmusai

Antigén, Antigén prezentáció

Egy antifungális diszulfid fehérje szerkezeti dinamikája és hideg/meleg kitekeredése (avagy PAF, a hűvös sárkány)

CHO H H H OH H OH OH H CH2OH HC OH HC OH HC OH CH 2

Prenatalis diagnosztika lehetőségei mikor, hogyan, miért? Dr. Almássy Zsuzsanna Heim Pál Kórház, Budapest Toxikológia és Anyagcsere Osztály

Tubulin, mikrotubuláris rendszer és mikrotubulus asszociált fehérjék

A nukleinsavak polimer vegyületek. Mint polimerek, monomerekből épülnek fel, melyeket nukleotidoknak nevezünk.

Átírás:

Prológus helyett polimorfizmus kapcsolodó-mutációk egy vesebetegség öröklésének vizsgálata során rámutattak, hogy hogyan okozhatnak gyakori genetikai variánsok ritka betegséget. Jó hír ez, mivel segíthet megérteni a genetikai variánsok és a betegségek kapcsolatát. Vizsgálati eredményüknek köszönhetően sok eddig veszélyeztettnek gondolt mutáció-hordozó pár mentesül beteg gyermek születésének félelmétől.

A fehérjék Janus-arca: végzetes változások Perczel András és munkatársai MTA_ELTE Fehérjemodellező Kutatócsoport és ELTE Szerkezeti Kémia és Biológia Laboratóriuma Budapest, 2015, február 19. alkimia ma jubileumi 100. előadás 2

Janus-arc Kezdet és a vég istene (római mitológia) Nem szimmetrikus: történetiséget kódol Kezdetben az istenek apjának tartották. A január hónap róla kapta nevét.

Janus-arc: végzetes változások Kezdet és a vég istene (római mitológia) Ellentétre, ellentmondásra, a végzetre is utalhat A Janus-arcú megnevezést gyakran használják a kettősségre, a kétszínűségre.

A fehérjék Janus-arca: végzetes változások Prion Protein (PrP) egy Janus-arcú fehérje, melynek van nem-fertőző és fertőző (izo)formája. Stanley B. Prusiner (orvosi Nobel-díj 1997) a fertőzés egy új formájának, a prion felfedezésért. A kuru (nevető halál) felfedezésért Gajdusek és Blumberggel megkapja 1976-ban a fiziológiai és orvostudományi Nobel-díjat.

A Janus-arcú fehérje fertőző prion fertőzés egyedi mechanizmusú, mert nem tartalmaz: - örökítőanyagot (nukleinsavat), - nem baktérium, - nem vírus, - nem parazita, - nem gomba, Prusiner szerint a prion: - térszerkezete változik, - változásait átörökíti, - nukleinsav nélkül szaporodik

A fehérjék Janus-arca: a fertőző térszerkezet váltás prion okozza: - a szarvasmarhák agyvelőelfajulását (BSE) - a nyércek aleuti betegségét, - a juhok surlókórját, - az emberi CJ.-szindrómát - kurut (nevető halált)

A fehérjék Janus-arca: a fertőző térszerkezet váltás - A prion normális változata az emlős sejtek sokaságában megtalálható (főként az idegrendszer sejtjeiben). - A kóros prionfehérjék az idegsejtek felszínén található egészséges prionfehérjéket elrontják, saját képükre formálják azok térszerkezetét! Proteáz rezisztens fertőző fehérjék, amely az idegrendszer sajátos degeneratív megbetegedését hozza létre.

A férjék az élet hordozó molekulái Az első önreprodukcióra, önfenntartásra, önszabályozásra képes anyagi rendszerek kialakulása mintegy 4 milliárd évvel ezelőttre tehető. átmérő: 0,1-15 μm archeák (Archaebacteria), (görög αρχαία, ősi eredetű ) sejtmag nélküli, azaz prokarióta szervezetek.

A férjék az élet hordozói Az első önreprodukcióra, önfenntartásra, önszabályozásra képes anyagi rendszerek kialakulása mintegy 4 milliárd évvel ezelőttre tehető. átmérő: 0,1-15 μm archeák (Archaebacteria), (görög αρχαία, ősi eredetű ) sejtmag nélküli, azaz prokarióta szervezetek.

A férjék az élet hordozói a fehérjék sokrétű biopolimerek - katalizáló és szabályozó funkció (enzimek és hormonok) - jelző és jelátviteli funkció - szerkezeti funkciók (aktin, tubulin, kollagén, elasztin, keratin, stb.) - szállító funkció (hemoglobin/o 2, kazein/ca 2+, ioncsatornák,...) - motor-funkció (miozin, kinezin, ). Az élő rendszerekben a víz után a fehérje a legelterjedtebb molekulatípus.

A sokaság nem esetlegesség A Humán Genom Projekt (2006) keretében meghatározták és leírták nukleotidok szintjén az emberi DNS teljes könyvtárát. A 23 emberi kromoszóma mintegy 3 milliárd DNS bázispárból áll, ami körülbelül 20.000-30.000 ún. gént kódol, amelyek később fehérjévé íródhatnak át

A fehérjék lineáris polimerek Bármely fehérje mindössze 20 aminosavból felépülő lineáris polimer.

A feltekeredett fehérjeszerkezet David Phillips 1965-ben meghatározta a lizozim térszerkezetét

A hatásért a feltekeredett szerkezet felelős Sok fehérje önmagától tekeredik fel és globuláris struktúrát hoznak létre, amely téralkat összefügg annak biológiai funkcióival. (C.B.Anfinsen 1972). Ha tehát egy fehérje letekeredik (denaturálodik), akkor nem csak a térszerkezete, de biológiai funkciója is elvész!

A fehérjék végzetes amiloiddá alakulása A nyíltabb konformerek relatív gyakoriságának megnövekedése a fehérje amiloid-szerű aggregációjához majd csapadékképzéshez vezethet. Booth et al., Nature 385, 787 (1997) Példa: a lizozim egyes pont-mutációi kiválthatnak ilyen hatást.

Intermedierek és nyílt formák felderítése NMR spektroszkópiával P. Rovó, Chemistry a European Journal 2013, 19, 2628-40. G 11 -P 12 trans G 11 -P 12 cis G 11 -G 15 a-helix G 11 -G 15 3 10 -helix 17 17

Feltekeredés vagy aggregáció? natív forma felvétele (kódolt info.) A fehérjék egyedi globuláris téralkatuk mellett, jól strukturált, fibrilláris formává is alakulhatnak hibás feltekeredés, aggregáció (nem-kódolt info.) Az aggregáció amiloid -szerű szerkezetet eredményez, amely az Alzheimer-kórt kísérő struktúrákhoz hasonlít

Amiloid-szerű aggregátumok szerkezete Az amiloidstruktúrák ismétlődő -redőkből állnak, melyeket a főtengelyre merőleges -szálak építenek fel. Jimenez et al PNAS 2002 Nelson et al. Nature 2005 Sawaya et al. Nature 2007 D.Eisenberg & M.Jucker Cell 2012 Sunde & Blake, Adv. Prot. Chem. 1997 Az amiloid-szerű -redők kialakulása nincs a fehérje szekvenciába kódolva, független attól!

Amiloid struktúrák topológiája Két ortogonális sík, két betöltendő szerepkör: (a,c):= (a,b):= H-hidakkal stabilizált -rétegek az amiloid struktúrák ismertetőjegyei. Molekuláris ragasztó?

Ahogy ma látjuk Vajon az aggregáció természetes vagy abnormális folyamat? Lehetséges-e, hogy az amiloid -szerű fehérje aggregáció általánosan előforduló, a polimerlánc kémiai természetéből fakadó szükségszerű szerkezeti módosulat? Dobson, Trends Biochem. Sci. 1999

Ha az amiloidfibrillumok kialakulása nem az aminosav szekvencia szintjén kódolt, a kialakulásukat nem befolyásolhatják az aminosav oldalláncok. Tehát az aggregációt a gerincszerkezetet felépítő atomok kölcsönhatásai hozzák létre! H-hidas -réteg modellek (-Ala-Ala-Ala-Ala-Ala-Ala-) 2 Létezhetnek-e a -rétegeknél stabilabb téralkatok?

A β-redők moduláris felépülése - a -rétegek -szálakból épülnek fel, - két tipikus szerkezeti modul ismétlődik rendre. Pohl et al. JACS 2006

Modellezhetők-e a fehérjék QM szinten? 24

A β-redő építőelemek stabilitása S14 S10 A két építőelemet eltérő H-hidas motívum stabilizálja Natural Bond Orbitals

(kcal/mol) A β-redő építőelemek stabilitása Perczel et al. J.Comp.Chem. 2003 16 Perczel et al. JACS 2007 Pohl et al. PCCP2012 14 12 10 8 6 4 2 de dh dg 0 1,5 2,1 2,7 3,3 3,9 4,5 5,1 5,7 6,3 6,9 7,5-2 H-bond distance (A) RHF(B3Lyp)/6-311++G(d,p) = ~10 4 kcal/mol /BSSE korrigált RHF(B3Lyp)/6-311++G(d,p) = ~0 2 kcal/mol /BSSE korrigált

A β-redő építőelemek stabilitása polipeptid lánc hossza 0-5 0 2 4 6 8 DE (kcal/mol) -10-15 -20-25 -30-35 -40-45

DE (kcal/mol) 0 5-5 0-5 -10-10 -15-15 -20-20 -25-25 -30-30 -35 polipeptid lánc hossza 0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 6-1 G T S H E -redő stabilitás G + T S = H G folyamat hajtóereje S - információ felhalmozódás vagy információvesztés Előfordulhat-e az antiparallel -redőzött rétegnél stabilabb dimer struktúra?

-redő visz mindent! 0 -szál 20% destab. 21% 40 % ab initio számítások (vízben) PCM-B3LYP/6-31G(d) (e =78.39) 57 % 25 E (%) 50 100% 75 100 22 % 10% 47 % 59 % 20 % 11% 38 % 22 % 29 % 23 % A számításokat hosszabb láncokkal megismételve hasonló képet kaphatunk.

E (kcal/mol) Number of strands (j) Dimerizációtól az oligomerizációig A szupramolekuláris komplex stabilitása nő a -láncolatok hosszúságával, és a kölcsönhatásban részt vevő láncok számával is 0-30 -60-90 -120-150 -180 1 2 3 4 5 6 Number of residues (i) 1 2 3 4 5 S14 S10 S10 S14 S10 S14 S10 S14 S10 S14 S10 S14 Beke et al. JACS 2006 Pohl et al. JACS 2006 ab initio számítások B3LYP/6-31G(d) Perczel et al. JACS 2007

Dimerizációtól az oligomerizációig

A fehérjék Janus-arca: a fertőző térszerkezet váltás Fehérjék a konformációs betegségek hátterében: - Prion - Aβ, - a-szinuklein, - Tau, - amiloid polipeptide (IAPP) - kalcitonin, - β2-mikroglobulin, - transztiretin - szuperoxid diszmutáz, -

A legkedvezőbb szuper-struktúra Az amiloid-szerű szupramolekuláris mátrix kialakulása -redőkből energetikailag kedvező folyamat. Tehát az aggregáció valóban egy természetes és normális, energiavezérelt folyamat. A globuláris fehérjék ideig óráig nem veszik fel a legstabilabb amiloid téralkatukat, ám ami késik nem múlik!

A fehérje feltekeredés zsákutcája? A fehérjék Janus-arca: végzetes változások amyloid DG<0

Következtetések: - A polipeptid asszociátumok között komplexebb igen, de stabilabb nincs mint a -szál. -Az oldószer és a környezet figyelembevételén nem okoz jelentős különbséget! - A -szálak optimális pakolódása a selyemben, az amiloid-aggregátumokban igazán evidens. Minden vagyok, amit vártál, Minden vagyok, amit nem sejtsz, Minden vagyok, mi lehetnék. S minden vagy, mi lehetséges, Minden lehetsz, mire vágyok, Talán semmi, talán Minden. (VAJON MILYENNEK LÁTTÁL? ADY ENDRE)

Természetes védekező mechanizmusok Richardson and Richardson PNAS, 2002, 99, 2754 A magas β redő tartalmú fehérjékben, a szabad β éleik aggregáció elleni aktív védelemmel vannak ellátva: ellen-tervezés - β-hordó: zárt profil -β-hélix: a szabad β-élek védelme egy a-helix vagy egy hurok régió által

Természetes védekező mechanizmusok β-propeller: - töltött aminosavak gyakoriságának megnövelése alacsony-görbületű élekben (Lys), Richardson and Richardson PNAS, 2002, 99, 2754 -kitüremkedések beszúrása (β-bulge), - éles csavarodások beszúrása insertion (pl. Pro ahol φ~70 o ).

Természetes védekező mechanizmusok β-szendvics: - töltés (Lys, Arg, Glu, Asp), -kitüremkedés (β-bulge), - éles csavarulat (Pro [φ~70 o ] - másfajta csavar ( twist ) : Gly ahol φ~+150 Richardson and Richardson PNAS, 2002, 99, 2754

Epilógus helyett: kísérleti evidenciáink

Köszönetnyilvánítás