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- Für die Funktion eines Proteins ist dessen korrekte Primär- und Tertiärstruktur von entscheidender Wichtigkeit. Nur richtig gefaltete Proteine können fehlerfrei funktionieren und Fehler in der Proteinfaltung führen zu alternativen Strukturen die biologisch nicht aktiv sind. Die Ursachen für eine falsche Proteinfaltung können unterschiedlicher Natur sein. Genmutationen in Exons, die zu Veränderungen in der Aminosäuresequenz, also der Primärstruktur des Genproduktes führen, haben unmittelbare Einflüsse auf die Sekundär- und Tertiärstruktur, beziehungsweise auf die Proteinfaltungskinetik. Auch Fehler bei der Transkription oder der Translation können zu Fehlfaltungen der Proteine führen. Man nennt diese fehlerhaften Proteine ‚defekte ribosomale Produkte‘ (engl. defective ribosomal products, DRiPs).Etwa 30 % aller Polypeptide und Proteine, die eine Säugetierzelle produziert, werden mit einer Halbwertszeit von weniger als zehn Minuten durch Proteasomen abgebaut, weil sie nicht korrekt gefaltet sind. Der Anteil an Fehlfaltungen ist von Protein zu Protein recht unterschiedlich. Bei empfindlichen und komplex aufgebauten Proteinen, wie beispielsweise Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator (CFTR), kann der Anteil an Fehlfaltungen 60 bis 80 % betragen. Zu den durch Produktionsfehler entstandenen DRiPs kommen noch Proteine hinzu, die durch toxische Einflüsse, wie beispielsweise ionisierende Strahlung, die eine Proteinoxidation bewirken kann, geschädigt wurden und deshalb ihre Funktion in der Zelle nicht mehr erfüllen können. Für eine Zelle ist das Erkennen und der Abbau fehlgefalteter und defekter Proteine überlebenswichtig, da sie sonst die Zelle nachhaltig schädigen würden. Zur Sicherung der Qualität der Proteine entwickelte sich im Laufe der Evolution ein mehrstufiges System, das in drei Phasen abläuft. In der ersten Phase, dem sogenannten Proofreading (dt. ‚Korrekturlesen‘) wird das Protein überprüft. In der zweiten Phase wird versucht das Protein mit aktiver Unterstützung zu falten. Misslingt dieser Versuch, so wird das Protein abgebaut. Gelingt er, erfolgt der Proteintransport zu seinem Bestimmungsort. Diese beiden Möglichkeiten sind die dritte Phase. In allen drei Phasen spielen Chaperone (dt. ‚Anstandsdamen‘) eine zentrale Rolle. Diese Proteine helfen bei der Erkennung von fehlerhaften Proteinen. Sie dienen als Plattform für die Protein-Kompartimentierung (der Proteinzuordnung in bestimmte Zellkompartimente) und -Assemblierung (der Zusammenlagerung einzelner Proteinkomponenten zu Strukturen höherer Ordnung). Von den fehlgefalteten Proteinen wird etwa Dreiviertel über das Standard-26S-Proteasom abgebaut, wobei der Abbau über die Aktivität des Hitzeschockproteins Hsc70 reguliert wird. Co-Chaperone unterstützen Hsc70 beim Transport der DRiPs zum Proteasom. Ubiquitin wird als molekulares Signal über das Co-Chaperon CHIP kovalent über den C-Terminus an die DRiPS gebunden. Das Signal ist im Proteasom wichtig zur Erkennung, dass dieses Protein abgebaut werden soll. Die Aktivität von Hsc70 wird über das Protein HSJ1 (auch als DNAJB2 – ein Homolog von HSP40 – bezeichnet) geregelt. HSJ1 stimuliert die Hydrolyse von ATP am Hsc70, damit dieses stabil an die Polypeptidkette binden kann. Das ubiquitinierte Polypeptid wird zudem von HSJ1 abgeschirmt, damit das Ubiquitin nicht vor dem Eintreffen im Proteasom abgespalten wird. Das restliche Viertel an falsch gefalteten Proteinen wird ohne Ubiquitinierung durch das 20S-Proteasom, unabhängig von den 19S-Regulatoren und weitgehend ohne Einfluss der Aktivität von Hsp70, zerlegt. Falsch gefaltete Proteine stellen den größten Anteil der durch das Proteasom abgebauten Proteine und sind die wichtigste Quelle für Selbstantigene des Haupthistokompatibilitätskomplexes I (MHC I). Eine Ansammlung fehlgefalteter Proteine im endoplasmatischen Retikulum führt zur Unfolded Protein Response. Die Proteinqualitätskontrolle findet in der Zelle an drei bisher bekannten Orten statt.
* Im Zytoplasma (zytoplasmatische Proteinqualitätskontrolle) binden Hsp70-Chaperone während der Proteinbiosynthese oder kurz danach an die Polypeptide und unterstützen unter dem Verbrauch von ATP den Faltungsprozess.
* Etwa 20 % aller Proteine werden über den sekretorischen Weg durch die Zellmembran hindurch aufgenommen. Diese Proteine stammen entweder von anderen Zellen, die diese Proteine sezernieren, oder aus exogenen Quellen, beispielsweise intravenös applizierten Arzneimitteln auf Proteinbasis (z.B. im Rahmen einer Enzymersatztherapie). Zum Transport durch die Zellmembran werden diese Proteine vollständig entfaltet und müssen dann innerhalb der Zellen wieder korrekt gefaltet werden. Proteine die falsch gefaltet oder nicht-assembliert sind, werden an ihrem Weitertransport in ihr Zielkompartiment, beispielsweise das Lysosom, gehindert, aus dem endoplasmatischen Retikulum herausgezogen und im Zytoplasma proteasomal abgebaut.
* Im Zellkern werden zwar keine Proteine synthetisiert, es findet dort aber dennoch eine Proteinqualitätskontrolle über die Ubiquitin-Ligase San1 statt. Dieses Enzym bewirkt im Zellkern die Ubiquitinierung von Proteinen, die im Verlauf ihrer Lebensdauer durch Schädigung abnormal wurden. (de)
- Für die Funktion eines Proteins ist dessen korrekte Primär- und Tertiärstruktur von entscheidender Wichtigkeit. Nur richtig gefaltete Proteine können fehlerfrei funktionieren und Fehler in der Proteinfaltung führen zu alternativen Strukturen die biologisch nicht aktiv sind. Die Ursachen für eine falsche Proteinfaltung können unterschiedlicher Natur sein. Genmutationen in Exons, die zu Veränderungen in der Aminosäuresequenz, also der Primärstruktur des Genproduktes führen, haben unmittelbare Einflüsse auf die Sekundär- und Tertiärstruktur, beziehungsweise auf die Proteinfaltungskinetik. Auch Fehler bei der Transkription oder der Translation können zu Fehlfaltungen der Proteine führen. Man nennt diese fehlerhaften Proteine ‚defekte ribosomale Produkte‘ (engl. defective ribosomal products, DRiPs).Etwa 30 % aller Polypeptide und Proteine, die eine Säugetierzelle produziert, werden mit einer Halbwertszeit von weniger als zehn Minuten durch Proteasomen abgebaut, weil sie nicht korrekt gefaltet sind. Der Anteil an Fehlfaltungen ist von Protein zu Protein recht unterschiedlich. Bei empfindlichen und komplex aufgebauten Proteinen, wie beispielsweise Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator (CFTR), kann der Anteil an Fehlfaltungen 60 bis 80 % betragen. Zu den durch Produktionsfehler entstandenen DRiPs kommen noch Proteine hinzu, die durch toxische Einflüsse, wie beispielsweise ionisierende Strahlung, die eine Proteinoxidation bewirken kann, geschädigt wurden und deshalb ihre Funktion in der Zelle nicht mehr erfüllen können. Für eine Zelle ist das Erkennen und der Abbau fehlgefalteter und defekter Proteine überlebenswichtig, da sie sonst die Zelle nachhaltig schädigen würden. Zur Sicherung der Qualität der Proteine entwickelte sich im Laufe der Evolution ein mehrstufiges System, das in drei Phasen abläuft. In der ersten Phase, dem sogenannten Proofreading (dt. ‚Korrekturlesen‘) wird das Protein überprüft. In der zweiten Phase wird versucht das Protein mit aktiver Unterstützung zu falten. Misslingt dieser Versuch, so wird das Protein abgebaut. Gelingt er, erfolgt der Proteintransport zu seinem Bestimmungsort. Diese beiden Möglichkeiten sind die dritte Phase. In allen drei Phasen spielen Chaperone (dt. ‚Anstandsdamen‘) eine zentrale Rolle. Diese Proteine helfen bei der Erkennung von fehlerhaften Proteinen. Sie dienen als Plattform für die Protein-Kompartimentierung (der Proteinzuordnung in bestimmte Zellkompartimente) und -Assemblierung (der Zusammenlagerung einzelner Proteinkomponenten zu Strukturen höherer Ordnung). Von den fehlgefalteten Proteinen wird etwa Dreiviertel über das Standard-26S-Proteasom abgebaut, wobei der Abbau über die Aktivität des Hitzeschockproteins Hsc70 reguliert wird. Co-Chaperone unterstützen Hsc70 beim Transport der DRiPs zum Proteasom. Ubiquitin wird als molekulares Signal über das Co-Chaperon CHIP kovalent über den C-Terminus an die DRiPS gebunden. Das Signal ist im Proteasom wichtig zur Erkennung, dass dieses Protein abgebaut werden soll. Die Aktivität von Hsc70 wird über das Protein HSJ1 (auch als DNAJB2 – ein Homolog von HSP40 – bezeichnet) geregelt. HSJ1 stimuliert die Hydrolyse von ATP am Hsc70, damit dieses stabil an die Polypeptidkette binden kann. Das ubiquitinierte Polypeptid wird zudem von HSJ1 abgeschirmt, damit das Ubiquitin nicht vor dem Eintreffen im Proteasom abgespalten wird. Das restliche Viertel an falsch gefalteten Proteinen wird ohne Ubiquitinierung durch das 20S-Proteasom, unabhängig von den 19S-Regulatoren und weitgehend ohne Einfluss der Aktivität von Hsp70, zerlegt. Falsch gefaltete Proteine stellen den größten Anteil der durch das Proteasom abgebauten Proteine und sind die wichtigste Quelle für Selbstantigene des Haupthistokompatibilitätskomplexes I (MHC I). Eine Ansammlung fehlgefalteter Proteine im endoplasmatischen Retikulum führt zur Unfolded Protein Response. Die Proteinqualitätskontrolle findet in der Zelle an drei bisher bekannten Orten statt.
* Im Zytoplasma (zytoplasmatische Proteinqualitätskontrolle) binden Hsp70-Chaperone während der Proteinbiosynthese oder kurz danach an die Polypeptide und unterstützen unter dem Verbrauch von ATP den Faltungsprozess.
* Etwa 20 % aller Proteine werden über den sekretorischen Weg durch die Zellmembran hindurch aufgenommen. Diese Proteine stammen entweder von anderen Zellen, die diese Proteine sezernieren, oder aus exogenen Quellen, beispielsweise intravenös applizierten Arzneimitteln auf Proteinbasis (z.B. im Rahmen einer Enzymersatztherapie). Zum Transport durch die Zellmembran werden diese Proteine vollständig entfaltet und müssen dann innerhalb der Zellen wieder korrekt gefaltet werden. Proteine die falsch gefaltet oder nicht-assembliert sind, werden an ihrem Weitertransport in ihr Zielkompartiment, beispielsweise das Lysosom, gehindert, aus dem endoplasmatischen Retikulum herausgezogen und im Zytoplasma proteasomal abgebaut.
* Im Zellkern werden zwar keine Proteine synthetisiert, es findet dort aber dennoch eine Proteinqualitätskontrolle über die Ubiquitin-Ligase San1 statt. Dieses Enzym bewirkt im Zellkern die Ubiquitinierung von Proteinen, die im Verlauf ihrer Lebensdauer durch Schädigung abnormal wurden. (de)
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- Für die Funktion eines Proteins ist dessen korrekte Primär- und Tertiärstruktur von entscheidender Wichtigkeit. Nur richtig gefaltete Proteine können fehlerfrei funktionieren und Fehler in der Proteinfaltung führen zu alternativen Strukturen die biologisch nicht aktiv sind. Die Ursachen für eine falsche Proteinfaltung können unterschiedlicher Natur sein. Genmutationen in Exons, die zu Veränderungen in der Aminosäuresequenz, also der Primärstruktur des Genproduktes führen, haben unmittelbare Einflüsse auf die Sekundär- und Tertiärstruktur, beziehungsweise auf die Proteinfaltungskinetik. Auch Fehler bei der Transkription oder der Translation können zu Fehlfaltungen der Proteine führen. Man nennt diese fehlerhaften Proteine ‚defekte ribosomale Produkte‘ (engl. defective ribosomal products, DR (de)
- Für die Funktion eines Proteins ist dessen korrekte Primär- und Tertiärstruktur von entscheidender Wichtigkeit. Nur richtig gefaltete Proteine können fehlerfrei funktionieren und Fehler in der Proteinfaltung führen zu alternativen Strukturen die biologisch nicht aktiv sind. Die Ursachen für eine falsche Proteinfaltung können unterschiedlicher Natur sein. Genmutationen in Exons, die zu Veränderungen in der Aminosäuresequenz, also der Primärstruktur des Genproduktes führen, haben unmittelbare Einflüsse auf die Sekundär- und Tertiärstruktur, beziehungsweise auf die Proteinfaltungskinetik. Auch Fehler bei der Transkription oder der Translation können zu Fehlfaltungen der Proteine führen. Man nennt diese fehlerhaften Proteine ‚defekte ribosomale Produkte‘ (engl. defective ribosomal products, DR (de)
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