زیست شناسی سیستم های BMC جلد 11 , شماره مقاله: 74 ( 2017 ) به این مقاله استناد کنید

خلاصه

زمینه

اثر قلاب با دوز بالا (که اثر پروزون نیز نامیده می شود) به این مشاهدات اشاره دارد که اگر یک پروتئین چند ظرفیتی به عنوان یک پیوند دهنده بین دو قسمت از یک مجتمع پروتئینی عمل کند، افزایش مقدار پروتئین پیوند دهنده در مخلوط همیشه باعث افزایش مقدار پروتئین نمی شود. مجتمع به طور کامل تشکیل شده است. برعکس، در یک محدوده غلظت به اندازه کافی بالا، مقدار کمپلکس کاملاً تشکیل شده در واقع کاهش می یابد. مشاهده شده است که پروتئین‌های تنظیم‌شده آلوستریک کمتر به این اثر حساس هستند. هدف این مطالعه دو جنبه بود: اول، بررسی مبنای ریاضی چگونگی کاهش اثر پروزون آلوستری. و دوم، بررسی پیامدهای آلوستری و اثر قلاب با دوز بالا با استفاده از مثال کالمودولین، یک پروتئین حساس به کلسیم که تغییر بین تقویت طولانی مدت و افسردگی طولانی مدت در نورون ها را تنظیم می کند.

نتایج

ما از یک مدل ترکیبی از "پروتئین پیوند دهنده کامل" (با میل اتصال بی نهایت) برای توصیف ریاضی اثر قلاب و رفتار آن در شرایط آلوستریک استفاده می کنیم. ما نشان می‌دهیم که تنظیم آلوستریک در واقع اثر قلاب با دوز بالا را کاهش می‌دهد. سپس به کالمودولین به عنوان یک مثال واقعی از پروتئین آلوستریک می پردازیم. با استفاده از شبیه‌سازی‌های جنبشی، نشان می‌دهیم که کالمودولین در واقع در معرض اثر قلاب است. ما همچنین نشان می‌دهیم که این اثر در حضور فعال‌کننده آلوستریک Ca2 + / کیناز II وابسته به کالمودولین (CaMKII) قوی‌تر است، زیرا همکاری کلی سیستم کلسیم-کالمودولین را کاهش می‌دهد. نتیجه این است که، به طور شگفت انگیزی، شرایطی وجود دارد که در آن مقادیر افزایش یافته فعال کننده آلوستریک در واقع فعالیت یک پروتئین را کاهش می دهد .

نتیجه گیری

ما نشان می‌دهیم که اتصال مشارکتی می‌تواند به عنوان یک مکانیسم محافظ در برابر اثر قلاب عمل کند. این در شرایطی که میزان همکاری یک پروتئین را می توان تعدیل کرد، به عنوان مثال، توسط فعال کننده ها یا مهارکننده های آلوستریک، پیامدهایی در داخل بدن خواهد داشت. این می تواند منجر به اثرات ضد شهودی کاهش فعالیت با افزایش غلظت هر دو پروتئین آلوستریک و فعال کننده های آلوستریک آن شود.

زمینه

از اوایل قرن بیستم ، ایمونولوژیست‌ها اشاره کرده‌اند که بیشتر همیشه بهتر نیست: افزایش مقدار آنتی‌بادی در واکنش آنتی‌بادی-آنتی‌ژن می‌تواند به جای افزایش، مقدار کمپلکس آنتی‌بادی-آنتی‌ژن رسوب‌کننده را کاهش دهد [1 ] . به طور مشابه، موش‌هایی که دوزهای بیشتری از سرم اسب ضد پنوموکوک دریافت می‌کردند، در برابر عفونت پنوموکوک محافظت بیشتری نداشتند، اما کمتر محافظت می‌شدند [ 2 ، 3 ]. به وضوح طیف وسیعی از غلظت آنتی بادی بالاتر از حد مطلوب بود که در آن هیچ اثر (یا اثرات منفی) به دست نیامد. این ناحیه از غلظت آنتی بادی، پروزون نامیده شد و مشاهدات مربوط به آن "اثر پروزون" نام گرفت [ 1-این ناحیه از غلظت] یا (پس از شکل منحنی تشکیل کمپلکس) "اثر قلاب با دوز بالا" (بررسی شده در [ 4 ، 5 ]).

در طول دهه‌های بعد، اثر قلاب با دوز بالا فراتر از اولین کاربرد آن در ایمونولوژی و به عنوان یک ویژگی کلی‌تر سیستم‌های حاوی پروتئین‌های چند ظرفیتی، بهتر درک شد. در سال 1997، Bray و Lay با استفاده از شبیه‌سازی انواع مختلف کمپلکس‌های پروتئینی نشان دادند که اثر پروزون یک پدیده عمومی در تشکیل کمپلکس بیوشیمیایی است و زمانی رخ می‌دهد که یک پروتئین به عنوان یک "پیوند" یا "پل" بین بخش‌های یک کمپلکس عمل کند [6] . ]. این با استفاده از یک مدل ریاضی از یک آنتی بادی با دو محل اتصال آنتی ژن توسط Bobrovnik [ 7 ] و در آزمایش اتصال به DNA توسط Ha و همکاران تایید شد . [ 8 ].

بنابراین، اثر قلاب ناشی از اشکال نیمه متصل پروتئین‌های پیونددهنده است که با یکدیگر برای اتصال شرکای رقابت می‌کنند، و در نتیجه، رژیمی از غلظت‌ها وجود دارد که در آن افزودن پروتئین پیونددهنده بیشتر، مقدار کمپلکس‌های کاملاً تشکیل‌شده را کاهش می‌دهد. آن را افزایش دهید (شکل 1 را ببینید ).

عکس. 1

شکل 1

اتصال لیگاندهای A ، B به پروتئین پیوند دهنده دو ظرفیتی L. غلظت پیوند دهنده کم : در دسترس بودن L تشکیل کمپلکس های کل را محدود می کند (LAB، در رنگ). b غلظت پیوند دهنده بر اساس غلظت لیگاند: تشکیل کمپلکس کاملاً تشکیل شده (LAB) به حداکثر خود می رسد. c غلظت پیوند دهنده L بسیار بیشتر از A یا B : فرم های نیمه محدود غالب هستند و تشکیل کمپلکس کامل (LAB) به صورت مطلق کاهش می یابد.

تصویر در اندازه کامل

آیا همه کمپلکس‌های دارای پروتئین «پیوند دهنده» چند ظرفیتی مرکزی به یک اندازه در برابر اثر قلاب حساس هستند؟ بر اساس شبیه‌سازی پروتئین‌های تنظیم‌شده آلوستریک با استفاده از کامپایلر شبکه آلوستریک (ANC)، اولیویر و همکارانش پیشنهاد کردند که آلوستری می‌تواند اثر پروزون را کاهش دهد [ 9 ].

در این مورد، اتصال لیگاند به پروتئین پیوند دهنده همکاری می‌کند (در [ 10 ] بررسی شده است)، و شبیه‌سازی‌ها توسط اولیویر و همکاران. نشان داد که هر چه همکاری بیشتر باشد، اثر قلاب کمتر مشخص می شود [ 9 ].

این با آنچه ما در مورد اتصال مشارکتی می دانیم مطابقت دارد: اگر اتصال لیگاند به یک سایت برای اتصال لیگاند به مکان های دیگر مساعد باشد، این امر به تشکیل کمپلکس کاملاً مونتاژ شده نسبت به کمپلکس های جزئی کمک می کند و بنابراین مقدار کل کمپلکس کاملاً تشکیل شده را در یک مکان افزایش می دهد. با توجه به غلظت پیوند دهنده، در مقایسه با مورد غیر همکار. به عبارت دیگر، اشکال نیمه متصل پروتئین پیوندی هنوز برای شریک اتصال بین خود رقابت می‌کنند، اما اتصال مشارکتی رقابت را به نفع اشکالی که مکان‌های اتصال بیشتری اشغال کرده‌اند و بنابراین به شکل کاملاً متصل نزدیک‌تر هستند، منحرف می‌کند.