Məlumat

Bütün insan ribosomları birlikdə saatda neçə zülal istehsal edir?

Bütün insan ribosomları birlikdə saatda neçə zülal istehsal edir?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Normal şəraitdə insan orqanizmində saatda təxminən neçə zülal (zəncir) sintez olunur? (Və insan bədənində neçə ribosom var?)


Zülal sintezi sürətinə gəldikdə, burada bioenergetikadan bir qiymətləndirmə cəhdi var:

  • İnsan bədənində ATP dövriyyəsi təxminən 100 mol / gün hesab olunur.

  • Protein sintezi məməli hüceyrəsində ATP istehlakının təxminən 1/4 hissəsini tələb edir və bir amin turşusunun uzadılması üçün təxminən 5 ATP tələb olunur, beləliklə, gündə təxminən 5 mol amin turşusu uzanır, bu da $1,2 cdot 10^{23} saatda $ amin turşuları.

  • Orta insan zülalı təxminən 400 amin turşusundan ibarətdir ki, bu da saatda təxminən $3 cdot 10^{20}$ zülal verir.${}^1$

Düşünürəm ki, bu, ən azı böyüklük sırası daxilində düzgün olmalıdır. (Hesablamada bəzi addımlarda səhv etməsəm, gec olacaq :) Ən qeyri-müəyyən amil yəqin ki, zülal sintezi üçün fraksiya ATP tələbidir.


${}^1$ Aşağıdakı fərziyyələrlə düzgündür. Nəzərə alın ki, proteom müəyyən (hər hansı) uzunluq payına malikdir $p(n)$ burada $n = 1,2,3 öqtə $ amin turşularında zülal uzunluğu, $sum_n p(n) = 1$. $r(n)$ uzunluğu $n$ olan bütün zülalların ümumi sintez sürəti olsun. Əgər bu sürətin zülal bolluğu ilə mütənasib olduğunu fərz etsək, $r(n) = t p(n)$, burada $t = sum_n r(n)$ ümumi zülal sintez sürətidir, onda aminlərin ümumi sürəti. Vahid vaxtda olan turşular

$r_{AA} = sum_n n r(n) = t sum_n n p(n) = t mu$

burada $mu$ orta protein uzunluğudur. Beləliklə, axtarılan ümumi protein sintez sürəti $t = r_{AA} / mu$-dır.


İlk sualınız üçün məncə @Michael_A bu sualın niyə cavablandırıla bilmədiyini izah etdi.

İkincisi üçün isə bscb.org-dan sitat gətirirəm:

Ribosomlar sitoplazmada "sərbəst" olur və ya kobud ER əmələ gətirmək üçün endoplazmatik retikuluma (ER) bağlanır. Bir məməli hüceyrəsində 10 milyona qədər ribosom ola bilər (E. Coli-nin tək bir hüceyrəsi təxminən 20.000 ribosom və bu, ümumi hüceyrə kütləsinin təxminən 25% -ni təşkil edir). Eyni mRNT zəncirinə bir neçə ribosom bağlana bilər, bu quruluş polisom adlanır. Ribosomların yalnız müvəqqəti varlığı var. Bir polipeptidi sintez etdikdə iki alt bölmə ayrılır və ya yenidən istifadə olunur, ya da parçalanır.


Ribosomlar

Mücərrəd

Ribosomlar bütün hüceyrələrdə protein sintezi və ya tərcüməsi üçün yer olan makromolekulyar birləşmələrdir. Ribosomlarda zülal sintezinin əsas mərhələsi peptidil transferidir ki, burada böyüyən polipeptidin messenger RNT (mRNT) kodonlarının ardıcıllığına uyğun olaraq hər uzanma dövründə bir amin turşusu ilə uzadılır. Ribosomda mRNT və transfer RNT (tRNA) molekulları üçün üç bağlama yeri var. Ribosomlar ribosomal RNT (rRNT) molekullarından və dəyişən sayda ribosom zülallarından ibarət olan böyük və kiçik alt bölmədən ibarət iki alt hissədən ibarətdir. Bir neçə faktor zülalları ribosoma keçici olaraq bağlanaraq protein sintezinin müxtəlif mərhələlərini katalizləyir. Genetik kodun tərcüməsinin düzgünlüyü funksional zülalların istehsalı və hüceyrənin canlılığı üçün kritik əhəmiyyət kəsb edir. Escherichia coli istinad orqanizmdir. Ribosomlarda zülal sintezi digər orqanizmlərdə yaxından əlaqəli bir nümunəyə uyğundur. Aydın şəkildə müəyyən edilmiş mühüm fərqlər göstəriləcəkdir.


Ribozomal zülallar: ədədlər və əlaqəli gen ifadə dəyişiklikləri ilə mutant fenotiplər

Ribosomal zülallar yüksək dərəcədə qorunur, çoxu universal olaraq orqanizmlər arasında belədir. Bütün ribosom zülalları eyni molekulyar maşının, ribosomun struktur hissələridir. Bununla belə, ribosom zülalları fərdi olaraq mutasiyaya məruz qaldıqda, onlar çox vaxt fərqli və maraqlı fenotiplərə, o cümlədən xüsusi insan patologiyalarına səbəb olur. Bu baxış bir neçə eukariotda hər bir ribosomal protein mutantının bütün bildirilmiş fenotiplərini toplamaq və təhlil etmək cəhdidir (Saccharomyces cerevisiae, Caenorhabditis elegans, Drosophila melanogaster, Danio rerio, Musculus, Homo sapiens). Bu fenotiplər müxtəlif fenotiplər və fərdi ribosomal zülal genlərinin töhfələri arasında əlaqəni aşkar etmək üçün qərəzsiz hesablama yanaşmaları ilə işlənmişdir. Ribosomal zülal mutantlarında gen ifadəsi dəyişikliklərinin icmalı, həmçinin ribosom profilləşdirmə tədqiqatlarına diqqət yetirilir. Mövcud məlumatlar müşahidə olunan fenotiplərin əksəriyyətini hesablaya bilən nümunələrə işarə edir. Burada təqdim olunan məlumatlar, həmçinin ribosom zülallarında mutasiyalar nəticəsində yaranan fenotiplərin molekulyar əsasları haqqında gələcək tədqiqatlara məlumat verə bilər.

1. Ümumi baxış

Ribosomlar, messencer RNT (mRNA) üzərindəki genetik məlumatdan göstərişə əsasən zülalları sintez edən mürəkkəb molekulyar maşınlardır [1-4]. Hüceyrələrdə və orqanizmlərdə müşahidə olunan fenotiplərin əksəriyyəti ribosomların əmələ gətirdiyi polipeptidlərin funksiyasından irəli gəlir. Beləliklə, ribosomlar bütün növlərdə genotip-fenotip əlaqəsinin kritik qovşağındadır. Tamamilə yığılmış ribosomların böyük və kiçik alt bölmələri var. Eukariotlardakı kiçik və böyük subunitlər sedimantasiya xüsusiyyətlərinə görə müvafiq olaraq 40S və 60S alt bölmələri adlanır. 80S tam yığılmış ribosomlara aiddir. Hər bir alt bölmə bir (40S-də) və ya üç (60S-də), ribosomal RNT (rRNT) molekulundan və 80S ribosomlarında çoxlu (79 maya, heyvanlarda 80) zülaldan ibarət olan ribonukleoprotein hissəciyidir. Ribosomal zülallar ribosomların struktur, katalitik olmayan komponentləridir [5,6]. Bakterial ribosomlar oxşar quruluşa malikdir, lakin onlar daha kiçikdir və daha az proteinə malikdirlər.

Ribozomal zülalların əksəriyyəti ribosom funksiyası və həyatı üçün vacibdir. Qönçələnən mayada cəmi 79 sitoplazmik ribosom zülalından 15-i vacib deyil [7]. Bəzi hallarda birdən çox gen ribosomal zülalı kodlaya bilər. Məsələn, qönçələnmə mayasında Saccharomyces cerevisiae, 59 ribosom zülalları hər bir halda bir cüt çox oxşar paraloq genlər tərəfindən kodlanır. Aşağıda təsvir ediləcəyi kimi (şəkil 1), ribosom zülallarında mutasiyaları daşıyan hüceyrələr, iştirak edən lokus və allellərdən asılı olaraq geniş spektrli fenotiplər nümayiş etdirirlər. Bu araşdırmanın məqsədi sistematik olaraq bu fenotipləri nəzərdən keçirmək və onların necə meydana gələ biləcəyini araşdırmaqdır.

Şəkil 1. Bu icmalda araşdırılan orqanizmlərin hər birində ribosom zülallarında funksiya itkisi mutasiyalarından yaranan ən ümumi fenotiplərin xülasəsi. İkinci sütunda fenotipləri təsvir edilmiş mutant genlərin sayı, üçüncü sütunda isə həmin orqanizmdə hər hansı ribosomal zülal genində mutasiyalarla aşkar edilmiş fenotiplərin ümumi sayı göstərilir.

Bu araşdırmada diqqət altı eukaryotik orqanizm, üç onurğasız (qönçələnmə maya, qurd, milçək) və üç onurğalı (balıq, siçan, insan) üzərindədir. Növbəti bölmələr aşağıdakıları təsvir edəcəkdir: (i) altı orqanizmin hər birində ribosomal protein mutant funksiyasını itirən fenotiplərin tam matrisinin yaradılması (ii) həmin fenotipləri və əsası dəstəkləyən genləri müəyyən etmək və qruplaşdırmaq üçün hesablama yanaşması. onlar (iii) mayada ribosomal zülalların funksiyalarının artması fenotiplərinin oxşar təhlili (iv) bəzi hallarda ribosomal zülal mutantlarının artan proliferasiya ilə, o cümlədən xərçənglə əlaqələndirən sübutların müzakirəsi və (v) müşahidə olunan fenotiplərin tədqiqi gen ifadəsindəki dəyişikliklər kontekstində, xüsusən də genotip-fenotip əlaqələrini bağlaya bilən translyasiya səviyyəsində. Nəhayət, qeyd etmək lazımdır ki, burada yaradılan bütün məlumat dəstləri ribosomal zülal pozğunluqlarının əlamətdar xassələrinin və nəticələrinin sonrakı təhlillərini stimullaşdırmaq ümidi ilə əlavə edilmiş fayllarda təqdim olunur.

2. Məlumatların daxil edilməsi

Sorğu edilən ribosom zülallarının gen adları elektron əlavə materialda, S1 faylında, hər növ üçün ayrıca cədvəllərdə verilmişdir. Növlər üzrə müqayisələri asanlaşdırmaq üçün hər bir gen adının yanında genin kodlaşdırdığı ribosom zülalının yeni vahid adı göstərilir [8]. Qeyd edək ki, maya ribosomlarında eL28 zülalı yoxdur. Hər bir genin adı, hər bir növ üçün yaxşı seçilmiş verilənlər bazasını sorğulamaq, həmin orqanizmdə həmin gen üçün bütün mövcud fenotipləri toplamaq üçün istifadə edilmişdir: SGD for S. cerevisiae ([9], https://www.yeastgenome.org/) WormBase üçün Caenorhabditis elegans ([10], https://wormbase.org/) üçün FlyBase Drosophila melanogaster ([11], https://flybase.org/) üçün ZFIN Danio rerio ([12], https://zfin.org/) üçün MGI Musculus ([13] http://www.informatics.jax.org/) üçün OMIM Homo sapiens ([14], https://omim.org/). Əksər hallarda, ribosomal protein mutant fenotiplərini təsvir edən ilkin hesabatlar nə burada qeyd edilib, nə də nəticələnən fenotipik matrislərdə giriş kimi istifadə olunmayıb. Bunun əvəzinə, toplanmış fenotiplər yalnız onları müşayiət edən deskriptorlarla birlikdə hər bir verilənlər bazasına daxil edilmiş fenotiplər idi. Bütün bu növlər üzrə ədəbiyyat geniş olduğundan, bu, fenotipik matrisləri qurmaq üçün yeganə praktik, qərəzsiz və standartlaşdırılmış üsul idi. Beləliklə, bu icmalı hazırlayarkən sorğulanmış məlumat bazalarında olmayan əlavə fenotiplərin mövcud ola biləcəyi mümkündür. Buna baxmayaraq, belə çatışmayan hallar mövcud olsa belə, hər bir orqanizmin verilənlər bazasında artıq çoxlu sayda məlumat nöqtələri olduğuna görə, onların təhlillərin nəticələrinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərməsi ehtimalı azdır.

Hər bir növ üçün fenotipik matris, əvvəllər təsvir edildiyi kimi, hər bir genlə əlaqəli bildirilmiş fenotipləri təsvir edən yüklənmiş fərdi mətn fayllarından yığılmışdır [15]. Hər bir matris vərəqdə göstərilir (növlər_fenotiplər) hər bir növ üçün ayrıca əlavə faylın (məsələn, maya fenotipik matrisi elektron əlavə materialdadır, fayl2/vərəq 'maya_fenotipləri' elektron əlavə materialda olan qurdlar üçün fayl, 3/vərəq 'qurd_fenotipləri' və s.). Maya üçün, funksiya qazanan fenotiplər üçün ayrıca fenotipik matris qurulmuşdur və bu hesabatda daha sonra ayrıca təsvir ediləcəkdir.

3. Ribosomal zülal mutantlarının ümumi xassələri

Bütün növlərdə ribosom zülal genlərində funksiya itkisi mutasiyaları nəticəsində yaranan fenotiplərin icmalı Şəkil 1-də verilmişdir. Müşahidə olunan fenotiplərin sayı xeyli idi, lakin onların hamısı ribosomal zülal mutantlarının əksəriyyətində müşahidə edilməmişdir. Əldə olan bütün bu məlumatlarla ilk iki açıq sual: funksiyasını itirmiş ribosomal protein mutantlarında ən çox yayılmış fenotiplər hansılardır və növlər arasında ümumi nümunələr varmı?

Mayada ribosomal zülalları kodlayan 137 gen 111 funksiya itkisi fenotipinə səbəb olur (elektron əlavə material, fayl 2/vərəq 'maya_fenotipləri'). Bu təkhüceyrəli orqanizmdə ən çox yayılmış üç fenotip, bütün bildirilmiş funksiya itkisi mutantlarının müvafiq olaraq 90%, 89% və 80% -ində müşahidə olunan rəqabət qabiliyyətinin azalması, kimyəvi maddələrə qarşı müqavimətin azalması və vegetativ böyümənin azalmasıdır. Qurdlarda, 77 lokus mutasiyaya məruz qaldıqda müşahidə edilən 151 fenotipdən bütün ribosomal zülal mutantlarının 84%-dən çoxunda sürfə tutulması, embrion ölümcüllük və ana sterilliyi bildirilmişdir (elektron əlavə material, fayl 3/vərəq “qurd fenotipləri”). Milçəklərdə ən çox yayılmış fenotiplər maya və qurdlarda olduğu kimi mutantların böyük bir hissəsi tərəfindən paylaşılmır. Buna baxmayaraq, sürfə mərhələsində ölümcüllük, qismən ölümcüllük və Minute fenotipləri bütün ribosom zülal mutantlarının müvafiq olaraq 49%, 40% və 35% -ində müşahidə edilmişdir (elektron əlavə material, file4/sheet “fly_phenotypes”). Minute fenotipi geniş şəkildə tədqiq edilmişdir Drosophila, və uzun müddətdir ki, hüceyrənin avtonom, gecikmiş hüceyrə dövrünün irəliləməsi və hüceyrə böyüməsinin pozulması nəticəsində hüceyrə ölçüsünün daha kiçik olmasına səbəb olduğu çoxdan qəbul edilmişdir [16]. Ribozomal zülal çatışmazlığı dərəcəsi və Minute fenotipinin gücü arasında doza-cavab əlaqəsi mövcuddur [17-19]. Zebra balığında ribosomal protein genlərinin təxminən yarısında mutantlar var ki, bu da 200-dən çox fərqli fenotipə səbəb olur (şəkil 1). Bu mutantların dörddə üçündən çoxunda ən çox yayılmış fenotiplər baş ölçüsünün azalması, sarı uzantısının qalınlığının azalması və daha kiçik gözlərdir (elektron əlavə material, fayl 5/vərəq 'balıq_fenotipləri'). Siçanlarda yalnız 23 ribosomal protein geni üçün mutantlar var (şəkil 1). Bu siçanlarda 289 fərqli fenotip müşahidə edilsə də, bu mutantların təxminən dörddə birində aşkar edilən ən çox yayılmışlar bədən çəkisinin azalması, quyruğun bükülməsi və doğuşdan əvvəl ölümcüldür (elektron əlavə material, file6/sheet 'mouse_phenotypes'). Bu hərtərəfli məlumatı bütünlükdə nəzərdən keçirdikdə aydın olur ki, mayadan siçanlara qədər ribosomal protein genlərində funksiya itkisi mutasiyalarının ən çox ehtimal olunan nəticələri aşağıdakılardır: azalmış və ya gecikmiş hüceyrə proliferasiyası Hüceyrə, orqan və ya orqanizm ölçüsündə azalma, inkişaf gecikməsi, həbs və ya ölümcül (şəkil 1 elektron əlavə material, fayl 2-6).

İnsanlarda 24 ribosom protein genindəki mutasiyalar xəstəliklə əlaqələndirilir (şəkil 1). Bu lokusların 18-də mutasiya olan xəstələrdə Diamond-Blackfan anemiyasının müxtəlif növləri inkişaf edir (elektron əlavə material, fayl7/vərəq “insan_fenotipləri”). Qalan ribosomal zülal lokusları zəif saç hüceyrələrinin proliferasiyası (hipotrikoz), zəif sümük böyüməsi (displaziyalara və boy qısalığına səbəb olur), daha qısa kəllə (braxisefaliya), dalağın olmaması (aspleniya), inkişaf ləngiməsi, refrakter makrositik anemiya, zehni ilə əlaqələndirilir. ləngimə və ya autizm. Ribosomal zülal mutasiyaları Diamond-Blackfan anemiyasının fərqli növləri ilə əlaqəli olsa da, bütün hallarda sümük iliyinin düzgün inkişaf etməməsi və kifayət qədər qırmızı qan hüceyrələri istehsal etməməsi var [20]. Yuxarıda müzakirə edilən digər model sistemlərində müşahidə edilən ən ümumi fenotiplərə uyğun gələn əlavə anormallıqlar [20] var. Məsələn, Diamond-Blackfan xəstələrinin təxminən yarısında fiziki anormallıqlar var. Bu anormallıqlar qeyri-adi kiçik baş (mikrosefaliya), kiçik alt çənə (mikroqnatiya) və digər qüsurlar kimi özünü göstərir. Təsirə məruz qalan şəxslərin təxminən üçdə biri də yavaş böyüyür və qısa boylu olur. Beləliklə, insanlarda, yuxarıda müzakirə edilən müxtəlif orqanizmlərdə olduğu kimi, ribosomal zülalların funksiyasını itirmə mutasiyalarının tipik fenotipik təzahürləri, mahiyyət etibarilə, hipoproliferasiyanın nəticələridir.

Ribozomal zülal mutantlarının ən çox yayılmış fenotiplərinin uyğunluğu mayadan insanlara nə qədər qənaətbəxş olsa da, bu baxış əsas biologiyanı çox sadələşdirir. “Bir ribosomal protein mutantını görmüsünüz, hamısını görmüsünüz” qənaətinə gəlmək səhv olardı. Axı, hər bir orqanizmdə əlavə fenotiplərin belə geniş spektri hələ də mövcuddur (elektron əlavə material, fayl 2-7). Bu fenotiplərin görünən çoxluğu əlavə suallar doğurur, məsələn: bu mürəkkəbliyi azaltmaq üçün müxtəlif qruplarda birləşən fenotipləri müəyyən etmək olarmı? Əgər belədirsə, bu təsnifatı idarə edən ribosomal protein genləri hansılardır? Bu suallara cavab vermək ribosomal zülal mutantları arasında fenotip-fenotip və gen-fenotip birləşmələri haqqında yeni anlayışlar təklif edə bilər.

4. Ribosomal zülal fenotiplərinin çoxlu yazışma analizi

Fərqli fenotipləri fərqli dəyişənlər kimi nəzərdən keçirərək, əlaqəli fenotipik dəyişənləri sadələşdirmək üçün geniş istifadə olunan çoxdəyişənli statistik üsulları tətbiq etmək olar. Müşahidə olunan fenotipik dəyişənlərin bir-biri ilə korrelyasiya dərəcəsinin ölçülməsi onların azaldılmasına əsas verir. Əgər iki və ya daha çox fenotipik dəyişən bəzi xüsusiyyətləri bölüşürsə, onda əlaqənin böyüklüyünə və istiqamətinə əsaslanaraq müşahidə edilən mürəkkəblik sadələşdirilə bilər. Yuxarıda göstərilən prinsipləri həyata keçirən üsullara faktor təhlili və əsas komponent təhlili daxildir [21]. Kateqorik məlumatlar üçün (məsələn, fenotipin mövcudluğu və ya olmaması) əlaqəli yanaşma, verilənlər bazası daxilində fenotipik dəyişənlərdə əsas strukturları aşkar etmək və qruplaşdırmaq üçün yazışma təhlili [22] yanaşmasıdır [15]. Nəticədə verilənlərin daxili strukturunun daha aşağı ölçülü görünüşü əldə edilir. Bu cür yanaşmalar hər bir mutantın ən azı bir neçə fenotip nümayiş etdirdiyi verilənlər bazalarına tətbiq edilə bilər. Bu, insanlar istisna olmaqla, yuxarıda müzakirə etdiyimiz model orqanizmlərdəki ribosomal protein mutantları üçün belədir. İnsanlarda demək olar ki, bütün ribosomal protein mutantları ilə əlaqəli fenotipik terminlər hər mutant üçün unikaldır. üçün RPL10, iki əlaqəli xəstəlik var: autizm və spondiloepimetafizar displazi (elektron əlavə material, fayl7/vərəq 'insan_fenotipləri'). Qeyd edək ki, anemiyalar ribosomal zülal mutant xəstələri arasında geniş yayılmış olsa da, hər bir lokus ayrıca fenotipik dəyişənlər kimi saxlanılan unikal Diamond-Blackfan anemiyasına (elektron əlavə material, fayl7/vərəq “insan_fenotipləri”) gətirib çıxarır. Beləliklə, fenotipik dəyişən və ribosomal zülal lokusu arasında bir-bir uyğunluq var ki, bu da insan məlumat dəstinin ölçüsünü azaltmaq cəhdini istisna edir.

Digər növlərin hər biri üçün ribosomal zülal mutant fenotipləri üçün başqa yerdə təsvir olunduğu kimi çoxlu yazışma analizi (MCA) aparılmışdır [15]. Proses Şəkil 2-də ümumiləşdirilmişdir. Hər növdə ilk 20 ölçü üzrə dispersiya faizi Şəkil 3-də scree diaqramlarında göstərilmişdir. Növbəti paraqraflarda hər növ üçün aşağıdakılar təsvir olunacaq: (i) sayı Müşahidə olunan fenotiplərdə ən çox müxtəlifliyi izah edən ölçülər/klasterlər (ii) hər ölçüyə ən çox töhfə verən fenotiplər (müzakirə özbaşına seçilmiş korrelyasiya kəsimi ≥ 0,4 olan fenotiplərlə məhdudlaşacaq) və (iii) hər bir ölçüyə ən çox töhfə verən fərdi genlər (yenə də müzakirə ≥ 0,4 korrelyasiyaya malik genlərlə məhdudlaşacaq). Hər bir orqanizm üçün bütün məlumatlar müvafiq əlavə fayllarda tapıla bilər. Hər bir orqanizm üçün ayrıca displeylər (rəqəmlər 4-9) həm xüsusi fenotipik dəyişənlər tərəfindən əhəmiyyətli dərəcədə idarə olunan ölçüləri göstərir. spesifik ribosomal protein genləri ilə (yəni hər iki halda 0,4-dən çox korrelyasiya). Bütövlükdə, bu yanaşma məlumatdakı fərqlər haqqında dəyərli fikirlər təqdim edə və ribosomal protein mutant fenotiplərinin çaşdırıcı mürəkkəbliyini azalda bilər.

Şəkil 2. Ribosomal zülal (RP) mutantları arasında müşahidə olunan fenotiplərin mürəkkəbliyini azaltmaq və xüsusi qruplara ən çox töhfə verən genləri müəyyən etmək prosesinin sxematik təsviri.

Şəkil 3. Hər bir orqanizmdə hər bir ölçü ilə izah edilən variasiya faizini göstərən, hər növdə ilk 20 ölçü üçün scree planları. Bütün ölçülərin tam siyahısı üçün '*_eigen' ilə işarələnmiş vərəqlərdə hər bir orqanizm üçün elektron əlavə material faylına baxın.

Şəkil 4. Mayada funksiyasını itirmiş ribosomal zülal mutantları arasında xüsusi ölçülər/klasterlərlə ən əhəmiyyətli əlaqəni göstərən fenotiplər. Bu qruplaşmaları idarə edən ribosomal zülallar hər bir halda göstərilmişdir.

Şəkil 5. Qurdlarda funksiyasını itirmiş ribosom zülal mutantları arasında xüsusi ölçülər/klasterlərlə ən əhəmiyyətli əlaqəni göstərən fenotiplər. Bu qruplaşmaları idarə edən ribosomal zülallar hər bir halda göstərilmişdir. Göstərilən bütün zülalların əhəmiyyətli töhfələri var (korrelyasiya əmsalları > 0,4).

Şəkil 6. Milçəklərdə funksiyasını itirmiş ribosom zülal mutantları arasında xüsusi ölçülər/klasterlər ilə ən əhəmiyyətli əlaqəni göstərən fenotiplər. Bu qruplaşmaları idarə edən ribosomal zülallar hər bir halda göstərilmişdir.

Şəkil 7. Zebra balığında funksiyasını itirmiş ribosom zülal mutantları arasında xüsusi ölçülər/klasterlərlə ən əhəmiyyətli əlaqəni göstərən fenotiplər. Bu qruplaşmaları idarə edən ribosomal zülallar hər bir halda göstərilmişdir. Göstərilən bütün zülalların əhəmiyyətli töhfələri var (korrelyasiya əmsalları >0.4).

Şəkil 8. Siçanlarda funksiyasını itirmiş ribosomal zülal mutantları arasında xüsusi ölçülər/klasterlər ilə ən əhəmiyyətli əlaqəni göstərən fenotiplər. Bu qruplaşmaları idarə edən ribosomal zülallar hər bir halda göstərilmişdir.

Şəkil 9. Mayada funksiya qazanan ribosomal zülal mutantları arasında xüsusi ölçülər/klasterlərlə ən əhəmiyyətli əlaqəni göstərən fenotiplər. Bu qruplaşmaları idarə edən ribosomal zülallar hər bir halda göstərilmişdir. Göstərilən bütün zülalların əhəmiyyətli töhfələri var (korrelyasiya əmsalları >0.4).

4.1. Saccharomyces cerevisiae

Mayada 111 funksiya itkisi fenotipi 11 ölçüyə endirilə bilər. Birlikdə bu 11 ölçü fenotipik dəyişənlərdəki fərqin 72%-ni təşkil edirdi (elektron əlavə material, fayl 2/vərəq 'maya_eigen'). Ölçülərin əksəriyyətində (elektron əlavə materialda sadalanan fayl2/vərəqlər 'maya_Dim') əlaqəli fenotiplər geniş şəkildə dağılmışdır və verilmiş ölçü ilə güclü şəkildə əlaqələndirilməmişdir (yəni korrelyasiya əmsalları 0,4-dən az idi). Nəzərə alın ki, bu orqanizmdə ən çox yayılmış fenotiplər (məsələn, azaldılmış fitness rəqəmi 1) ribosomal protein mutantlarının 80%-dən çoxunda nümayiş etdirilir. Buna baxmayaraq, artan avtofagiya və feromona həssaslığın 2-ci Ölçü ilə əhəmiyyətli dərəcədə əlaqəli olduğunu qeyd etdik (R 2 = 0.58 elektron əlavə materiala baxın, fayl2/vərəq 'maya_Dim2'). Ölçü 2 bütün 111 fenotip arasında variasiyanın 13%-ni təşkil edir. Feromona qarşı artan həssaslıq, ehtimal ki, ribosomal zülal mutantlarında [24] müşahidə edilən uzunmüddətli G1 fazasını [23] əks etdirir. Otofagiya qida maddələrinin məhdud olduğu və ya digər stresslər zamanı müəyyən dərəcədə yayılmasını təmin etmək üçün lazım olan resursları əldə etmək strategiyasıdır [25]. Beləliklə, qida çatışmazlığı, stres mühitini genetik olaraq əks etdirə bilən ribosomal zülal pozğunluqlarında artan autofagiya gözləmək ağlabatandır.

Yuxarıda göstərilən çoxsaylı yazışmaların təhlilinin dəyərli nəticəsi, hər ölçüdə müxtəlif fenotipik dəyişənlərin qruplaşdırılmasını idarə edən mutant geni göstərir (elektron əlavə materialda, fayl2/vərəq 'yeast_genes_cos2' siyahıda verilmişdir). Maraqlıdır ki, Asc1p ribosom zülalındakı mutasiyalar (vahid nomenklaturada RACK1) artan autofagiya və feromon həssaslığının üstünlük təşkil etdiyi Ölçü 2-də qruplaşmaya səbəb olur (şəkil 4). Asc1p/RACK1 dayandırılmış ribosomlarda çərçivənin dəyişdirilməsinin qarşısını alır [26]. Ribosomların dayandırılması çox vaxt amin turşularının tədarükü məhdud olduqda baş verir [27]. RACK1 olmayan hüceyrələrdə ribosomların düzgün fasilə verə bilməməsi autofagiyaya səbəb olan şərtləri təqlid edə bilər.

X-şüalarına qarşı müqavimətin azalması 4-cü Ölçü ilə güclü şəkildə əlaqələndirildi (R 2 = 0.69 elektron əlavə materiala baxın, fayl2/vərəq 'maya_Dim4'). Bu ölçü bütün ribosomal zülal mutant fenotipləri (elektron əlavə material, fayl2/vərəq 'maya_eigen') arasındakı fərqin yalnız 7%-ni təşkil edir və eL20-dəki mutasiyalar bu qruplaşmaya səbəb oldu (şəkil 4). Maraqlıdır ki, bu töhfə paraloqa xas idi (elektron əlavə material, file2/sheet ‘yeast_genes_cos2’), RPL20A (R 2 = 0,77), lakin ondan deyil RPL20B (R 2 = 0,0009). Paraloqa xas fenotiplər məsələsinə daha sonra qayıdacağıq.

4.2. Caenorhabditis elegans

Qurdlarda 151 funksiya itkisi fenotipi də 11 ölçüyə endirilib ki, bu da variasiyanın 76%-ni təşkil edir (elektron əlavə material, file3/sheet 'worm_eigen'). Ölçülərin ən azı üçü xüsusi fenotiplər tərəfindən güclü şəkildə idarə edilmişdir (şəkil 5). Məsələn, bütün fenotipik dəyişənlər arasında fərqin 22%-ni təşkil edən bu metazoa orqanizmində birinci ölçü kiçik hüceyrələr və nüvələr, kiçik və ya olmayan toxumalar da daxil olmaqla, hüceyrə, toxuma və hipoproliferasiyanın orqanizm təzahürlərinin qarışığıdır. , və mərkəzi gövdə oxunun daralması (şəkil 5 elektron əlavə material, fayl3/vərəq 'worm_Dim1'). Nəhayət, bu fenotipik qruplarla ən əhəmiyyətli şəkildə əlaqəli olan ribosomal zülal genləri (şəkil 5), əsasən böyük ribosomal alt bölmənin zülallarını kodlaşdırdı (uL13, eL28, eL43, uL4, uL23 elektron əlavə material, file3/sheet 'worm_genes_cos).

4.3. Drosophila melanogaster

Milçəklərdə 43 funksiya itkisi fenotipini səkkiz ölçüdə qruplaşdırmaq variasiyanın 78%-ni izah etdi (elektron əlavə material, file4/sheet 'fly_eigen'). Qurdlarda olduğu kimi, müxtəlif qruplarda qüsurlu hüceyrə böyüməsi, hüceyrə dövrü, aşağı məhsuldarlıq və ya ölümcüllük kimi hipoproliferativ təzahürlər üstünlük təşkil edirdi (şəkil 6). İstisna ümumi fenotipik variasiyanın 6%-ni təşkil edən 7-ci Ölçü idi ki, bu da bəzilərinin, lakin hamısının deyil, uL10 allellərinin rəngarəngliyi (elektron əlavə material, file4/sheet ‘fly_Dim7’) yatırmaq qabiliyyətinin üstünlük təşkil etdiyidir. Qeyd etmək lazımdır ki, hüceyrə dövrü qüsurları RpS2/uS5 mutantının idarə etdiyi Ölçü 5-də üstünlük təşkil edirdi (elektron əlavə material, fayl4/vərəq “fly_Dim5”).

4.4. Danio rerio

Balıqlarda ribosomal protein mutantlarında müşahidə olunan fenotipik dəyişənlərin sayı əhəmiyyətli dərəcədə genişlənir (şəkil 1), onurğalıların biologiyasının əlavə mürəkkəbliyini əks etdirir. Bununla belə, diqqətəlayiqdir ki, bütün bu fenotiplər variasiyanın 86%-ni tutmaqla cəmi beş ölçüyə endirilə bilər (elektron əlavə material, file5/sheet 'fish_eigen'). Hər bir ölçü ilə daha çox əlaqəli olan fenotiplərin və genlərin ətraflı siyahısı elektron əlavə materialda, fayl 5-də verilmişdir. Onlar həmçinin Şəkil 7-də sxematik şəkildə ümumiləşdirilmişdir. İndiyə qədər müzakirə edilən digər model sistemlərdə nümayiş olunan tipik hipoproliferativ fenotiplər balıqlarda da özünü göstərir.

Bundan əlavə, pozulmuş qəti hematopoez və qüsurlu neyrokranium morfogenezi Ölçü 5 ilə sıx əlaqəli idi (şəkil 7 elektron əlavə material, fayl5/vərəq 'fish_Dim5'). Yuxarıda müzakirə edildiyi kimi, bunlar Diamond-Blackfan anemiyası olan insan xəstələrində də müşahidə olunan fenotiplərdir (elektron əlavə material, file7/sheet “insan_fenotipləri”). Balıqlarda bu qruplaşmanı idarə edən gen rpl5a/uL18 (elektron əlavə material, fayl5/vərəq 'fish_Dim5'). İnsan ortoloqunda mutasiyalar, RPL5/uL18, Diamond-Blackfan tip 6 anemiyasına səbəb olur. Nəhayət, qeyd etmək lazımdır ki, hüceyrə səviyyəsində artan otofagiya mayada ölçülərdən biri üçün göründüyü kimi balıqlarda 3-cü Ölçü ilə əhəmiyyətli dərəcədə əlaqələndirilir (şəkil 7). (şəkil 3). Ümumilikdə, yuxarıdakı müşahidələr bir çox növdə ribosomal zülal pozğunluqlarının fenotipik təzahürlərinin qorunub saxlanmasına dair əlamətdar nümunələr təklif edir.

4.5. Musculus

Siçanlarda heyrətamiz 289 fərqli fenotipik dəyişən göstərən 23 ribosomal zülal mutantları var (şəkil 1 elektron əlavə material, fayl 6/vərəq 'siçan_fenotipləri'). Bununla belə, bütün bu fenotipləri müşahidə olunan dispersiyanın 83%-ni izah edən yalnız üç ölçüdə qruplaşdırmaq olar (elektron əlavə material, file6/sheet 'mouse_eigen'). Hər bir ölçü ilə ən əhəmiyyətli şəkildə əlaqəli olan fenotiplər və genlər elektron əlavə materialda, fayl6 və sxematik şəkildə Şəkil 8-də göstərilmişdir. Yuxarıda balıq və insanlar üçün müzakirə edildiyi kimi, siçan ribosom zülal mutantlarında da skelet anomaliyaları nəzərə çarpır.

5. Mayada ribosom zülallarının funksiya qazanma fenotipləri

Mayada 75 ribosomal protein geninin həddindən artıq ifadəsi ilə əlaqəli 24 bildirilmiş fenotip var (elektron əlavə material, fayl 2/vərəq 'maya_gof_fenotipləri'). Ən çox yayılmış fenotiplər vegetativ böyümə sürətindəki dəyişikliklər idi artıb 32 gen üçün lakin azalıb başqa 19 nəfər üçün. Dörd gen üçün (RPL24B, RPL34A, RPL37B, RPS22B), vegetativ inkişafın ya artdığı, ya da azaldığı barədə ziddiyyətli məlumatlar var idi (elektron əlavə material, fayl 2/vərəq 'maya_gof_fenotipləri'). Ribozomal zülalların həddindən artıq ifadəsi ilə əlaqəli 24 fenotip üç ölçüdə qruplaşdırıla bilər ki, bu da müşahidə edilən variasiyanın 61%-ni izah edir (elektron əlavə material, fayl 2/vərəq “yeast_gof_eigen”). Ümumi variasiyanın 43%-ni təşkil edən 1-ci ölçü G2-də anormal morfologiya və hüceyrə dövrünün irəliləməsi ilə şərtlənir. Maya çoxaldıqda, ektopik ribosomal zülal ifadəsindən, xüsusən RPS7A/eS7-dən təsirlənən qütbləşmiş böyümə və qönçələnmənin xarakterik nümunələrini göstərir (şəkil 9 elektron əlavə material, fayl 2/vərəq 'yeast_gof_genes_cos2'). Həm böyük, həm də kiçik ribosomal alt bölmələrin zülallarını kodlayan çoxsaylı genlər artan vegetativ böyümə ilə xarakterizə olunan 2-ci Ölçüyə töhfə verdi (şəkil 9). Mayanın invaziv böyüməsi də qütblü böyümə ilə əlaqələndirilir [28]. İnvaziv böyümənin olmaması 3-cü Ölçüdə qruplaşmaya səbəb oldu (şəkil 9). Beləliklə, ribosomal zülallar mayada həddindən artıq ifadə edildikdə, dəyişdirilmiş qütblü böyümənin ümumi nümunəsi var.

6. Ribozomal zülal mutantlarında həddindən artıq çoxalma

Ən azı bəzi ribosomal zülalların mayada həddindən artıq ifadə edildiyi zaman müşahidə olunan proliferasiyanın artması maraq doğurur, həm də çaşdırıcıdır. Bu təsirlərin ribosomal çıxışın, yoxsa bəzi naməlum, ekstra-ribosom funksiyasının əksi olduğu bilinmir. Hüceyrə artımının artması ribosom funksiyaları və daha çox zülal sintezi ilə əlaqəli olsa belə, bir çox hissədən ibarət nəhəng molekulyar maşının tək komponentinin həddindən artıq ifadəsinin daha çox belə maşınların meydana gəlməsinə səbəb ola biləcəyi aydın deyil. Ancaq son bir hesabatda siçanların həddindən artıq ifadə edildiyi qarşıya qoyuldu RPL 15 (eL15) yalnız hüceyrə dövrü tənzimləyiciləri də daxil olmaqla digər genlərin tərcüməsini təkmilləşdirmədi, həm də döş xərçəngi olan siçanlarda uzaq metastazları təşviq etdi [29].

Artan proliferasiya və xərçəng də funksiya itirən ribosomal zülal mutasiyaları ilə əlaqələndirilmişdir. Yuxarıda müzakirə edildiyi kimi, erkən həyatın ribosomopatiyaları, Diamond-Blackfan anemiyalarında qüsurlu hematopoez kimi hipoproliferasiya ilə uyğun gəlir [30]. Paradoksal olaraq, sonrakı həyatda bu xəstələrin bəziləri xərçəngə meyllidirlər [30,31]. T-hüceyrəli kəskin limfoblastik leykemiyanın ilkin insan nümunələrinin 10 faizində funksiya itkisi mutasiyaları var. RPL 22/eL22 [32]. RPL 22 mutasiyalar həmçinin mikrosatellit-sabit olmayan kolorektal [33] və endometrial xərçənglərdə [33,34] müvafiq olaraq 77% və 50% tezliyində rast gəlinir. Bundan əlavə, xərçənglə əlaqəli mutasiyalar təsvir edilmişdir RPL5 (uL18) [35], RPL10 (uL16) [35], RPL11 (uL5) [36], RPS15 (US19) [37,38], RPS20 (US10) [39] və RPS14 (uS11) [40,41]. Ribosomal zülallarda xərçənglə əlaqəli mutasiyalar hipomorfikdir və ribosomların biogenezini pozur [30]. Hətta bir missense R98S mutasiyası RPL10 (uL16) T-hüceyrəli lösemidə müşahidə edildi, maya və məməli hüceyrələrə daxil edildikdə ribosom biogenezini pozduğu və hüceyrə proliferasiyasını gecikdirdiyi göstərildi [35]. Zebra balığı [42] və milçəklərdə [43-45] ribosomal zülalların haploinkafi olmayan şiş bastırıcıları kimi fəaliyyət göstərə biləcəyinə dair sübutlar bildirilmişdir. However, these results do not necessarily support a direct, negative role of ribosome biogenesis in cell division. Indeed, such effects in flies were owing to cell non-autonomous routes [46–48]. Overall, in the context of their role in protein synthesis, most of the evidence suggests that the initial phenotype upon loss-of-function perturbations of ribosomal proteins is hypo-proliferative. How then could ribosomal protein perturbations account for uncontrolled cell proliferation in cancer? There are at least three possibilities, which are not exclusive of each other:

Ribosomal protein perturbations reduce the concentration of active ribosomes [49–51], which then disproportionately affects translation of specific transcripts [51,52]. Ribosomal proteins themselves may not be direct negative regulators of cell division, but in ribosomal protein mutants, translation of some mRNAs, perhaps some with tumour suppressor roles, could be repressed more so than other transcripts, setting the stage for cancer. The mathematical background for this type of regulation was articulated long ago by Lodish [53]. Briefly, the Lodish model predicts mRNA-specific effects because of the nonlinear relationship between translational efficiency and the available ribosomes. In decreasing ribosome content, e.g. upon perturbations of ribosomal proteins in ribosomopathies, mRNAs with features (e.g. secondary structure, upstream open reading frames) that impede ribosome access to the main start codon of an mRNA will have a disproportionately lower translational efficiency than other mRNAs. The proposition that mRNA-specific cases of translational control, as predicted by the Lodish model, may underpin at least some of the phenotypes in ribosomopathies [51,52], is reasonable and straightforward.

Ribosomal proteins could have extra-ribosomal, non-translational functions [54,55]. Disruption of ribosome biogenesis induces nucleolar stress because free ribosomal proteins accumulate. Loss of Rpl22 may lead to cancer in mice by activating the stress-induced NF-κB pathway, which in turn triggers the stemness factor Lin28B [32]. When ribosome assembly is disrupted, some of the released ribosomal proteins could bind other targets. For example, Rpl5, Rpl11 and Rpl23 have been reported to stabilize the p53 protein, by inhibiting the Mdm2 ubiquitin ligase that degrades p53 [55]. It is not clear, however, how this extra-ribosomal role could promote cancer, as stabilization of the p53 tumour suppressor would probably be hypo-proliferative. A recent study in human cells lacking Rps25/eS25 reported that cellular adaptation to ribosomal protein loss, rather than direct translation control, can drive phenotypes assumed to result from preferential translation [56]. In that scenario, upon eS25 loss, the cellular ribosome pool was under a stress relating to its biogenesis and turnover, eliciting a specific cellular state change, which itself drives phenotypes [56].

Lastly, impairing ribosomal proteins could alter the composition of active ribosomes [57,58]. Translation of mRNAs that rely on ‘specialized’ ribosomes has been reported, especially in neurons [59]. However, there are no examples of transcripts whose translation is carried out by ‘specialized’ ribosomes affected in cancers owing to ribosomal protein perturbations.

Regardless of the validity of each of the above models, until recently, there was very little information about gene expression changes in ribosomal protein mutants and, specifically, about the translational efficiency of hamısı mRNAs in those settings. Without such knowledge, it is difficult to bridge the genotype-phenotype relationship in ribosomal protein mutants mechanistically. However, in the last 2–3 years, some answers have emerged, based on recent findings from ribosome profiling in ribosomal protein mutants, which will be discussed in the next section.

7. Gene expression changes in ribosomal protein mutants

Before discussing ribosome profiling experiments in ribosomal protein mutants, it should be noted that a few changes in the expression of specific gene products in some of those mutants have been catalogued in zebrafish. These data are in the electronic supplementary material, file5/sheet ‘fish_gene_expression’. It covers the reported changes at the levels of 36 loci in three mutants (rpl11, rpl5a, rps19), which may offer some insight into the phenotypes observed. In these cases, however, how the changes in gene expression came about was not clear.

Ribosome profiling incorporates next-generation sequencing to quantify all the pieces of mRNAs bound to ribosomes [60–62]. From the accompanying RNAseq data, for each mRNA species, one can compute from the observed steady-state levels of that mRNA as a reference, if the fraction that is bound to ribosomes is higher than expected, or lower, indicating an increased, or decreased, translational efficiency, respectively. In human cells, Khajuria and colleagues mimicked a Diamond-Blackfan setting by suppressing RPS19 (eS19), RPL5 (uL18), RPS24 (eS24) and RPL11 (uL5) [51]. In all cases, haematopoietic cells had lower levels of ribosomes, but the composition of the ribosomes did not change. The consequences of RPL5RPS19 suppression were then analysed by ribosome profiling. Changes in transcription and translation were similar between RPL5RPS19 mutants, arguing that Diamond-Blackfan anemias lead to a common set of molecular changes in human haematopoietic cells. Importantly, translation of a subset of transcripts that are normally upregulated at the early stages of erythroid lineage-specification, including GATA1—which encodes a transcription factor that triggers the differentiation of immature blood cells, was disproportionately reduced when RPL5RPS19 were repressed [51]. Translation of mRNAs encoding ribosomal proteins was also lower in these settings [51].

A similar general conclusion that lower ribosome levels result in specific and dose-dependent changes in gene expression was also reached by an elegant study in yeast [50]. These authors analysed by ribosome profiling 14 rpl and 9 rps mutants, each lacking one of the paralogues that encode the corresponding ribosomal protein. The primary phenotypic readout used in that study was the rate of vegetative growth. Remarkably, the patterns of gene expression changes matched the growth rate of each mutant [50]. In other words, if an rpl and an rps deletion have a similar effect on the growth rate, then the associated gene expression changes would also be similar. Unlike the situation in human cells, Cheng and colleagues found that the translation of genes involved in ribosome biogenesis was increased (not decreased), especially in rps mutants [50].

Besides general effects on the growth rate, more nuanced and specific effects must also exist, for several reasons. First, the spectrum of the phenotypes observed in ribosomal protein mutants is varied and complex. Second, the growth rate is a simple, quantitative parameter, but using growth rate changes alone as a criterion to evaluate ribosomal protein phenotypes runs the risk of ‘missing the trees for the forest’. Different cellular pathways may be affected by different ribosomal protein mutants, but these different inputs may be missed if they have comparable impacts on growth rate. For example, some ribosomal protein mutants often exhibit an equivalent G1 cell cycle delay, but for different reasons [63]. At least some phenotypes strongly associated with ribosomal protein mutations do not correlate at all with dose-dependent effects on growth rate. Such an example is replicative longevity. Mutations in ribosomal proteins of the large (60S) subunit promote longevity in yeast [7,49,64,65]. Arasındakı əlaqə rpl mutants and longevity is complex. For example, the Rpl22 double paralogue deletion is viable, but not long-lived [7]. The single rpl22aΔ mutant is long-lived, but rpl22bΔ cells are not long-lived [7], and there is no relationship between the growth rate of rpl mutants and their longevity [66].

Yet another demonstration of the power of ribosome profiling to provide the mechanistic underpinning of translational effects and their phenotypic consequences comes from studies that examined paralogue pairs in yeast, including the Rpl22 pair [66]. The authors found a small set (less than 100) of mRNAs that were differentially translated. These mRNAs were significantly enriched for transcripts that encode enzymes of one-carbon metabolism. Metabolomic measurements supported the conclusion that one-carbon metabolism is specifically downregulated in cells lacking Rpl22Ap, but not Rpl22B, accounting for all the phenotypes of rpl22aΔ cells, including in longevity [66]. As in the previous studies mentioned above [50,51], there was no change in bulk ribosome composition in rpl22 mutants [66]. In agreement with Cheng və b. [50], compared to wild-type cells, translation of transcripts encoding other ribosomal proteins was increased in the paralogue deletants, even though overall protein synthesis was reduced [66]. It seems that yeast cells attempt to offset their reduced protein synthesis capacity by increasing the levels of individual components of the ribosome. But these efforts do not globally restore the protein synthesis defect, presumably because the production of ribosomal components is unbalanced.

8. Concluding remarks

The general picture that emerges from the detailed profiling studies is straightforward: loss-of-function ribosomal protein mutants → fewer ribosomes → lower protein synthesis → general hypo-proliferation and dose-dependent, disproportionate translational control of a subset of mRNAs. This is a broad view that corresponds very well with the most common phenotypes summarized earlier from yeast to humans (figure 1). Additional, more specific effects that are uncoupled from the growth rate can also be accounted for by translational control of relevant transcripts [66]. The stress associated with the lower ribosome pool in ribosomal protein mutants may also trigger secondary changes, leading to stress-associated phenotypes, with no direct translational basis [56]. Nonetheless, from the evidence collected thus far, it appears that the varied phenotypic landscape of ribosomal protein mutants, from the general to more peculiar phenotypes, mainly comes about from the canonical roles of ribosomal proteins in ribosomes. The profiling studies did not support additional mechanisms of specialized ribosomes with altered composition or extra-ribosomal functions, but it was also not explicitly evaluated. Hence, these conclusions need to be tested further and in more detail. Applying these methodologies to the analysis of more ribosomal protein mutants that display phenotypes of interest, will undoubtedly advance our knowledge in the relationship between genotype and phenotype in ribosomal protein perturbations, illuminating their fascinating biology and the broader roles of translational control.


Sources of protein

All food made from meat, poultry, seafood, beans and peas, eggs, processed soy products, nuts and seeds are considered part of the protein group, according to the USDA. Most people eat enough food in this group, but they should select leaner and more varied selections.

Besides animal sources, there are several alternative sources of protein, including soy, hemp and whey. Crandall said that all are good options and it comes down to personal preference. For example, whey protein is better for building and regenerating muscle mass, so people looking to bulk up or who exercise a lot may prefer it.

Whey protein is a by-product of the cheese-making process and therefore not vegan. It is typically found in supplements, such as protein powders, according to Medical News Today. It is usually used to promote lean muscle mass and is also associated with weight loss, according to a 2008 study published in Nutrition & Metabolism. There are 20 grams of protein per scoop of whey protein.

Hemp protein comes from the hemp plant, which does not have THC (the active ingredient in marijuana), according to the North American Industrial Hemp Council. Hemp is available as seeds, a powder and milk. There are 5.3 grams of protein per tablespoon of hemp seeds, about 5 grams per scoop of hemp powder and 5 grams per cup.

Soy protein comes from soybeans and is available in many different forms, including milk, tofu, various meat substitutes, flour, oil, tempeh, miso nuts and edamame, according to the University of California San Francisco Medical Center. Crandall said that soy is a good source of protein.

“Soy has been shown to have a little more phytoestrogens in it from isoflavones, which really helps to increase antioxidants,” she said. “But a lot of people are hesitant to do soy because of a myth that associates it with breast cancer. But that myth has been minimized based off of a large body of evidence that supports the actual anticancer properties that soy has.” She pointed to a 2012 study published by the American Institute for Cancer Research.

To get the maximum benefits from soy, Crandall recommended eating whole sources, like edamame. Processed forms like tofu are the next best option, followed by protein powders and drinks.


What happens in your body when you eat protein

It’s not like you eat a piece of chicken and that protein goes directly to your biceps. Dietary protein gets broken down and reassembled into the various kinds of proteins that exist in the body. No matter what kind of protein you’re eating—plant or animal, complete or incomplete—your body’s first objective is to break it back down into all the different amino acid units it was assembled from, Dr. Tewksbury explains, through the digestive process.

Then those little singular amino acids get reconfigured (by the liver) into whatever kind of protein your body needs. For instance, some proteins in the body make up antibodies that help the immune system fight bacteria and viruses. Others help with DNA synthesis, chemical reactions, or transporting other molecules, the National Institute of General Medical Sciences explains.


Ribosomes – Structure and Functions

Ribosomlar are a cell structure that makes protein. Protein is needed for many cell functions such as repairing damage or directing chemical processes. Ribosomes can be found floating within the cytoplasm or attached to the endoplasmic reticulum.

The location of the ribosomes in a cell determines what kind of protein it makes. If the ribosomes are floating freely throughout the cell, it will make proteins that will be utilized within the cell itself. When ribosomes are attached to endoplasmic reticulum, it is referred to as rough endoplasmic reticulum or rough ER. Proteins made on the rough ER are used for usage inside the cell or outside the cell.


MÜZAKİRƏ

Increasing evidence has shown that some lncRNAs encode proteins bearing biological functions ( 11, 12). This strengthens a debating question that the human genome may contain more coding genes than we usually believe. These missing coding genes may somehow be systematically omitted by the conventional annotation algorisms in error. If so, finding these missing coding genes may represent a discovery of a biological treasury never being known. This finding may also re-define the conventional annotation of human genome and fundamentally update the basic biology of human coding genes.

With our established full-length translating mRNA (RNC-seq) analysis, our systematical screening revealed that at least 1300 lncRNAs bound to ribosome may be coding genes ( 7, 41). Based on the experimental evidence acquired from translation, mass spectrometry, antibody and bioinformatics, we here demonstrated the actual existence of a hidden human proteome containing 308 proteins encoded by these lncRNAs. Among them 5 lncRNAs have been found to encode microproteins by other groups, including SNHG17, PAX8-AS1, OTUD6B-AS1, MBNL1-AS1MAPKAPK5-AS1 ( 18).

We could now summarize the reason why previous studies had missed the identification of these new protein-coding genes as follows. First, the physical-chemical features of these gene products are not suitable for mass spectrometry. Specifically, they are shorter in amino acid length and more basic, which are typical features for those known coding genes where there is a lack of mass spectrometry evidence ( 1, 26). Second, the three-frame translation largely expanded the reference protein database, resulting in an elevated threshold to control FDR, thus reducing the sensitivity of peptide identifications ( 42). In this study, the use of cell-type specific translating mRNAs to serve as ORF prediction and reference database for MS data search ensured the accurate matches. Third, the new coding genes are generally not conserved. More than half of these genes emerged in primates, representing very young genes in evolution. Young genes were considered to be connected to the primate-specific phenotypes ( 41, 43). Therefore, this hidden proteome can serve as a rich source especially for human biology and disease research.

Equally important is that we have experimentally shown that these new proteins are biologically functional, such as those organelle-specific localized proteins. As an example, we showed that UBAP1-AST6 is a protein coding gene and its protein product functions in cell proliferation. In eukaryotic cells, the initiation efficiency has been deemed the rate-limiting step of translation ( 44) we have further proved the tight relevance of translation initiation with phenotype ( 7). In this study, we found that TRs of new protein coding genes are statistically higher than those of known protein coding genes. More importantly, we demonstrated that these new proteins as validated by Western blotting are all stable in their full-length form in human cell lines and human tissues, implicating that this hidden proteome is not a noise and of biological significance. Such a conclusion is partially favored by the studies from other groups, showing that the properties of the coding RNAs and ncRNAs overlap (( 14) and reviewed in ( 45)).

lncRNAs have been frequently connected to cancer progression, cardiovascular and neurodegenerative diseases and many other diseases ( 46, 47). Their functioning modes include competitive binding of mRNAs and interaction with miRNAs. Here, our experimental validation of the hidden human proteome encoded by the ‘non-coding’ RNAs will move the field forward by distinguishing a remarkable proportion of the lncRNAs that function with their encoded proteins. This will fundamentally improve our understanding on disease models. In addition, we believe that our current finding only opens a small gate of finding new proteins from putative ncRNAs. It will be interesting to expand discoveries in the field and promote both the biology- and disease-driven studies with the recognition of such unique proteomes.


Glickman, M. H. & Ciechanover, A. The ubiquitin–proteasome proteolytic pathway: Destruction for the sake of construction. Fiziol. Rev. 82, 373–428 (2002).

Goldberg, A. L. & Dice, J. F. Intracellular protein degradation in mammalian and bacterial cells. Annu. Rev. Biochem. 43, 835–869 (1974).

Sherman, M. & Goldberg, A. L. Cellular defenses against unfolded proteins: a cell biologist thinks about neurodegenerative diseases. Neyron 29, 15–32 (2001).

Goldberg, A. L. Degradation of abnormal proteins in E. coli. Proc. Natl akad. Sci. ABŞ 69, 422–426 (1972).

Zwickl, P., Goldberg, A. L. & Baumeister, W. in Proteasomes: The World of Regulatory Proteolysis (eds Wolf, D. H. & Hilt, W.) 8–20 (Landes Bioscience, Georgetown, Texas, 2000).

Etlinger, J. & Goldberg, A. L. A soluble, ATP-dependent proteolytic system responsible for the degradation of abnormal proteins in reticulocytes. Proc. Natl akad. Sci. USA. 74, 54–58 (1977).

Klemes, Y., Etlinger, J. D. & Goldberg, A. L. Properties of proteins degraded rapidly in reticulocytes: intracellular aggregation of the globin molecules prior to hydrolysis. J. Biol. Kimya. 256, 8436–8444 (1981).

Bunn, H. F. et al. Hemoglobin: Molecular, Genetic, and Clinical Aspects (Saunders, Philadelphia, 1986).

Goldberg, A. L. & Goff, S. A. in Maximizing Gene Expression Ch. 9 (eds Reznikoff, W. & Gold, L.) 287–314 (Butterworths, Stoneham, Massachusetts, 1986).

Kostova, Z. & Wolf, D. H. For whom the bell tolls: protein quality control of the endoplasmic reticulum and the ubiquitin–proteasome connection. EMBO J. 22, 2309–2317 (2003).

Goff, S. A., Voellmy, R. & Goldberg, A. L. in Ubiquitin Ch. 8 (ed. Rechsteiner, M.) 207–238 (Plenum, New York, 1988).

Roche, E. & Sauer, R. T. SsrA-mediated peptide tagging caused by rare codons and tRNA scarcity. EMBO J. 18, 4579–4589 (1999).

Frydman, J. Folding of newly translated proteins in vivo: the role of molecular chaperones. Annu. Rev. Biochem. 70, 603–647 (2001).

Hartl, F. U. & Mayer-Hartl, M. Molecular chaperones in the cytosol: from nascent chain to folded protein. Elm 295, 1852–1858 (2002).

Schubert, U. et al. Rapid degradation of a large fraction of newly synthesized proteins by proteasomes. Təbiət 44, 770–774 (2000).

Gronostajski, R., Pardee, A. B. & Goldberg, A. L. The ATP-dependence of the degradation of short- and long-lived proteins in growing fibroblasts. J. Biol. Kimya. 260, 3344–3349 (1985).

Berlett, B. S. & Stadtman, E. R. Protein oxidation in aging, disease, and oxidative stress. J. Biol. Kimya. 272, 20313–20316 (1997).

Grune, T., Reinheckel, T., Davies, K. J. Degradation of oxidized proteins in mammalian cells. FASEB J. 11, 536–534 (1997).

Tarcsa, E., Szymanska, G., Lecker, S., O'Connor, C. M. & Goldberg, A. L. Ca 2+ -free calmodulin and calmodulin damaged by in vitro aging are selectively degraded by 26S proteasomes without ubiquitylation. J. Biol. Kimya. 275, 20295–20301 (2000).

Prouty, W. F. & Goldberg, A. L. Fate of abnormal proteins in E. coli: accumulation in intracellular granules before catabolism. Nature New Biol. 240, 147–150 (1972).

Glover, J. R. & Lindquist, S. Hsp104, Hsp70, and Hsp40: A novel chaperone system that rescues previously aggregated proteins. Hüceyrə 94, 73–82 (1998).

Johnston, J. A., Ward, C. L. & Kopito, R. R. Aggresomes: a cellular response to misfolded proteins. J. Cell Biol. 1998. 143, 1883–1898.

Yamamoto, A., Lucas, J. J. & Hen, R. Reversal of neuropathology and motor dysfunction in a conditional model of Huntington's disease. Hüceyrə 101, 57–66 (2000).

Ciechanover, A., Heller, H., Elias, S., Haas, A. L. & Hershko A. ATP-dependent conjugation of reticulocyte proteins with the polypeptide required for protein degradation. Proc. Natl akad. Sci. ABŞ 77, 1365–1368 (1980).

Hough, R., Pratt, G. & Rechsteiner, M. Purification of two high molecular weight proteases from rabbit reticulocyte lysate. J. Biol. Kimya. 262, 8303–8313 (1987).

Waxman, L., Fagan, J. M. & Goldberg, A. L. Demonstration of two distinct high molecular weight proteases in rabbit reticulocytes, one of which degrades ubiquitin conjugates. J. Biol. Kimya. 262, 2451–2457 (1987).

Voges, D., Zwickl, P., Baumeister, W. The 26S proteasome: a molecular machine designed for controlled proteolysis. Annu. Rev. Biochem. 68, 1015–1068 (2000).

Ananthan, J., Goldberg, A. L. & Voellmy, R. Abnormal proteins serve as eukaryotic stress signals and trigger the activation of heat-shock genes. Elm 232, 522–524 (1986).

Meacham, G. C., Patterson, C., Zhang, W., Younger, J. M. & Cyr, D. M. The Hsc70 co-chaperone CHIP targets immature CFTR for proteasomal degradation. Nature Cell Biol. 3, 100–105 (2001).

Murata, S., Minami, Y., Minami, M., Chiba, T. & Tanaka, K. CHIP is a chaperone-dependent E3 ligase that ubiquitylates unfolded protein. EMBO Rep. 2, 1133–1138. (2001).

Wickner, S., Maurizi, M. & Gottesman, S. Posttranslational quality control: folding, refolding, and degrading proteins. Elm 286, 1888–1893 (1999).

Huang, H.C., Sherman, M. Y., Kandror, O. & Goldberg, A. L. The molecular chaperone DnaJ is required for the degradation of a soluble abnormal protein in E. coli. J. Biol. Kimya. 276, 3920–3928 (2001).

Goldberg, A. L. The mechanisms and functions of ATP-dependent proteases in bacterial and animal cells. Avro. J. Biochem. 203, 9–23 (1992).

Chung, C. H. Proteases in Escherichia coli. Elm 262, 372–374 (1993).

Maurizi, M. R. Proteases and protein degradation in Escherichia coli. Experientia 48, 178–201 (1992).

Langer, T., Kaser, M., Klanner, C., Leonhard, K. AAA proteases of mitochondria: quality control of membrane proteins and regulatory functions during mitochondrial biogenesis. Biokimya. Soc. Trans. 29, 431–436 (2001).

Suzuki, C. K., Rep, M., van Dijl, J. M., Suda, K., Grivell, L. A., Schatz, G. ATP-dependent proteases that also chaperone protein biogenesis. Trendlər Biochem. Sci. 22, 118–123 (1997).

Kandror, O., Sherman, M. Y. & Goldberg, A. L. Rapid degradation of an abnormal protein in E. coli proceeds through repeated cycles of association with GroEL. J. Biol. Kimya. 274, 37743–37749 (1999).

Groll, M. et al. A gated channel into the proteasome core particle. Nature Struct. Biol. 7, 1062–1067 (2000).

Benaroudj, N., Zwickl, P., Seemüller, E., Baumeister, W. & Goldberg, A. L. ATP hydrolysis by the proteasome regulatory complex PAN serves multiple functions in protein degradation. Mol. Hüceyrə 11, 69–78 (2003).

Lee, D. H. & Goldberg, A. L. Proteasome inhibitors cause rapid induction of heat-shock proteins and trehalose, which together confer thermotolerance in Saccharomyces cerevisiae. Mol. Hüceyrə. Biol. 18, 30–38 (1998).

Kisselev, A. F. & Goldberg, A. L. Proteasome inhibitors: from research tools to drug candidates. Chemy Biol. 8, 739–758 (2001).

Meiners, S. et al. Inhibition of proteasome activity induces concerted expression of proteasome genes and de novo formation of mammalian proteasomes. J. Biol. Kimya. 278, 21517–21525 (2003).

Meriin, A. B. et al. Protein-damaging stresses activate c-Jun N-terminal kinase via inhibition of its dephosphorylation: a novel pathway controlled by HSP72. Mol. Hüceyrə. Biol. 19, 2547–2555 (1999).

Hideshima, T. et al. The proteasome inhibitor pS-341 inhibits growth, induces apoptosis, and overcomes drug resistance in human multiple myeloma cells. Xərçəng Res. 61, 3071–3076 (2001).


Lipid nanoparticles

The mRNA in these COVID-19 vaccines cannot be injected directly into the body. Those mRNA molecules would be broken down quickly and could not enter the cells to produce the S-protein antigen. So, the mRNA fragments are encapsulated within lipid nanoparticles.

Lipid nanoparticles are small spherical particles harboring a diameter ranging from 1-100 nm made of lipids. For those not familiar with cell biology, our cells (and any living cells, from an Archaea to a human cell) are separated from the outside by the presence of a cell membrane made of two layers of phospholipids.

These phospholipids harbor overall the same structure (see below) – two chains of fatty acids (made of carbon and hydrogen atoms) “tails” that look like a hairpin, and a hydrophilic “head” that is made of a polar molecule (glycerol, ceramide, and other similar molecules). This is what a regular phospholipid in your cell membrane looks like:

If you have been preparing salad dressing with vegetable oil and vinegar, you likely notice that the oil droplet would aggregate together into one big slick, whereas you will notice a clear interface between the vinegar and the oil slick. This is because the lipids present in the vegetable oil will align their hydrophobic tails inside the droplet and expose their hydrophilic head outside to interact with the water molecules of the vinegar.

This is what we call “micelles”. If you work hard enough, you can create structures called “liposomes” that are able to capture water and solutes within the oil slick, separating from the rest of the water of the vinegar by having a lipid layer.

These structures look very similar to what we would see with cell membranes: a sack of water trapped inside a grease globule. Because of the lipophilic nature of the cell membrane, if you have a small molecule that is also lipophilic, it can easily cross the membrane and enter the cell very easily.

In case you’re interested, the Moderna vaccine, these lipids that are included in the vaccine are – (SM-102, 1,2-dimyristoyl-rac-glycero3-methoxypolyethylene glycol-2000 [PEG2000-DMG], cholesterol, and 1,2-distearoyl-snglycero-3-phosphocholine [DSPC]).

For the Pfizer vaccine, these lipids are – (4-hydroxybutyl)azanediyl)bis(hexane-6,1-diyl)bis(2-hexyldecanoate), 2-[(polyethylene glycol)-2000]-N,N-ditetradecylacetamide, 1,2-distearoyl-snglycero-3-phosphocholine, and cholesterol.

Yes, these sound like “chemicals,” let’s be clear that all lipids in all organisms are “chemicals.” As an example, here is the name for simple cholesterol circulating in your blood – (3S,8S,9S,10R,13R,14S,17R)-10,13-dimethyl-17-[(2R)-6-methylheptan-2-yl]-2,3,4,7,8,9,11,12,14,15,16,17-dodecahydro-1H-cyclopenta[a]phenanthren-3-ol. It sounds complicated, but any organic chemist could draw the structure from that formula.


Some ribosomes are “bound” to the endoplasmic reticulum, creating “rough” endoplasmic reticulum. The endoplasmic reticulum is a membrane in the cytoplasm responsible for protein and lipid synthesis. Most proteins synthesized by bound ribosomes are transported outside the cell.

Ribosomes might also be found in mitochondria and chloroplasts of eukaryotic cells. These ribosomes tend to be smaller, similar in size to ribosomes in prokaryotic cells rather than the free and bound ribosomes of eukaryotic cells. The size of these ribosomes support evidence that structures like mitochondria and chloroplasts evolved from prokaryotic cells.


Videoya baxın: BÖYRƏKLƏRİN TƏBİİ YOLLA MÜALİCƏSİ ÜÇÜN 10 ÜSUL! (Iyul 2022).


Şərhlər:

  1. Livingston

    Bunda bir şey var. I used to think differently, thanks a lot for the info.

  2. Fulton

    I can consult you on this question. Birlikdə qərar tapa bilərik.

  3. Garrison

    Qarışdığım üçün üzr istəyirəm... Bu yaxınlarda buradayam. Amma bu mövzu mənə çox yaxındır. PM-ə yazın.

  4. Wendel

    Məncə, doğru deyilsən. Əminəm. Mən mövqeyi müdafiə edə bilərəm. PM-də mənə yazın, müzakirə edəcəyik.

  5. Dwain

    Bir tərəfdən, müasir bloggerlərin təsəvvürü hər hansı bir həddən artıqdır, eyni zamanda bütün bunlar daha çox asılılıqdır. Blog dostlarımı ziyarət etmədən bir gün yaşaya bilmirəm. Məsələn! ;)



Mesaj yazmaq