Elinden Her İş Gelenler: Moonlighting Proteinler


Rana Sümeyra Özcan - Moleküler İmmünoloji Yüksek Lisans, İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

Geçtiğimiz yıllarda birçok proteinin birden fazla işleve sahip olduğunun keşfi ile bir gen- bir protein- bir fonksiyon fikri artık geride kaldı. [1,2] 70’li yıllardan itibaren birçok proteinin bilinenin dışında bir role daha sahip olduğunun farkedilmesiyle 1999 yılında moonlighting protein terimi Jeffery tarafınfan literatüre kazandırıldı. [3,4] İngilizcede “ek işte çalışmak” anlamında kullanılan moonlighting kelimesi birbirinden farklı ve bağımsız en az iki işlevi yerine getiren proteinleri tanımlamak için uygun görünüyordu. Bununla birlikte moonlighting proteinlerin diğer tüm çok fonksiyonlu proteinlerden bazı farkları vardı.


Moonlighting proteinler birbirinden bağımsız görevlerini bir gene ait alternatif RNA dizilerinden oluşan farklı polipeptid zincirleri ile veya farklı genlerin birleşmesi ile değil tek bir gene ait tek bir polipeptid zinciriyle gerçekleştirir. [5] Aynı zamanda bu proteinlerin sahip olduğu fonksiyonlar birbirinden bağımsız olduğu için bir fonksiyonu engelleyen bir mutasyonun diğerini etkilemesi şart değildir. [6] Birden çok işleve sahip olmasıyla ilgi gören proteinlerin bir sınıfını oluşturan moonlighting proteinler bu özellikleri ile daha da dikkat çekicidirler. Şimdiye kadar bakteri, maya, bitki ve omurgalılar dahil pek çok organizmada görülmüşlerdir. [6] Farklı aktiviteleri ile klasik olarak katalizör, yapısal ve düzenleyici şeklinde sınıflandırılan proteinler arasındaki duvarları yıkarlar. [7] Aynı zamanda tıpkı bu yazının okuyucusu gibi görünüşte az sayıda gene sahip pek çok organizmanın nasıl olup da birbirinden kompleks işleri yapabildiklerini bize açıklarlar. [8]


Moonlighting proteinlerin bilinen örnekleri arasında reseptörler, enzimler, transkripsiyon faktörleri gibi çeşitli protein türleri bulunur. [9] Bunlardan bazıları her iki işlevi aynı anda gerçekleştirebilirken diğerlerinin işlevi ortam şartlarına göre farklılık gösterir. Birçok moonlighting protein farklı görevlerini hücre dışında, hücre zarında veya hücre içinde farklı alanlarda gerçekleştirebilir (şekil 1). [3,6] Aynı şekilde bu proteinler monomer veya oligomer yapıda, bir kompleks içerisinde ya da kofakör gibi bir molekülün bağlanmasıyla farklı işlevleri yerine getirebilir (şekil 2). [3]



Evrimsel süreçte moonlighting proteinlerin meydana gelmesinde mutasyonlar ve proteinin kazanacağı yeni fonksiyon için etkileşime girdiği molekülle karşılaşma sıklığı önemlidir. Eğer bu yeni etkileşim faydalıysa çeşitli yollarla desteklenecek ve protein artık her iki fonksiyon için de özelleşmiş olacaktır. [2] Moonlighting proteinlerin iyi bilinen fonksiyona ek olarak gerçekleştirdiği diğer fonksiyonlar bilimsel çalışmalar esnasında genellikle şans eseri keşfedilir.[10] Gelin biz bu maharetli proteinlerle tanışmayı şansa bırakmayalım ve birkaçını şimdi tanıyalım.


1. Gliseraldehit-3 Fosfat Dehidrogenaz (GAPDH)


Gliseraldehit-3 Fosfat Dehidrogenaz (GAPDH) ilk keşfedilen moonlighting proteinlerden biri olup oldukça çeşitli biyolojik aktiviteye sahiptir. [8] En iyi bilinen haliyle hücresel solunumun glikoliz evresinde yer alan on enzimden biridir. Sitozolde glikoliz basamağında görev yaparken oligomer yapıda bulunan GAPDH yeri geldiğinde monomer yapıda çekirdeğe girer ve burada DNA onarımında rol alır. Bilindiği üzere normal şartlarda DNA’da urasil (U) bazı bulunmaz ancak mutasyon sonuçu guanin (G) karşısında yer alan sitozin bazı urasile dönüşebilir. GAPDH ise DNA üzerinde hataya sebep olan G-U çiftine bağlanarak sitozin ile yer değiştirebilmesi için urasili uzaklaştırır. [4,11,12]


GAPDH’in çekirdekteki bir başka rolü ise hücre yaşlanmasını önlemek üzerinedir. Telomer kısalması hücre yaşlanmasının temel sebebi olarak görülür. GAPDH, hücreler seramide maruz kaldığında doğrudan telomerik DNA’ya bağlanarak telomer kısalmasını önleyebilir. [13,14] Üstelik GAPDH’in çekirdekteki fonksiyonları bunlarla sınırlı değildir. Bu protein aynı zamanda çeşitli genlerin regülasyonunda yer alır. [12] Bu görevini gerçekleştirmek üzere GAPDH kompleks yapılara dahil olur. Örneğin, RNA polimeraz kompleksine katılarak transkripsiyonun gerçekleşmesinde rol oynar. [15] Ayrıca spesifik olarak bazı genlerin biyosentezi için gerekli multikomplekslere katılarak bu genlerin ifadesini düzenler. [16]


Bahsedeceğimiz son görevinde ise GAPDH memeli hücrelerinde, hücre yüzey reseptörü olarak işlev görür. Hücrede demirin azalması durumunda hücre dışı demirin endositoz yoluyla içeri alınmasını sağlar. [17] Böylece hücre içi demir konsantrasyonunu kontrol eder. Görüldüğü üzere moonligting bir protein olan GAPDH hücrede farklı alanlarda, farklı yapılanmalar içerisinde oldukça çeşitli fonksiyonlara sahip olabilir.


2. Isı Şok Proteini (Hsp) 60


Isı şok proteinleri (Hsp) olarak da bilinen şaperonlar, proteinlerin katlanarak üç boyutlu formunu kazanmasında ve yanlış katlananların da tamir edilmesinde görevlidir. İnceleyeceğimiz moonlighting protein olan Hsp60’ın birincil fonksiyonu diğer tüm Hsp ailesi üyelerininki gibi protein katlanması üzerinedir. Bu işlevini mitokondride gerçekleştiren Hsp60 aynı zamanda hücre zarında konumlanarak lipid raftlar olarak adlandırılan spesifik alanlar içerisinde yer alabilir. [9]


Hasar görmüş ve stres altındaki hücrelerde Hsp60 sitozolde birikerek hücre ölüm yolağının aktivasyonunu tetikler. Hücre dışına salgılandığında ise bir tehlike sinyal molekülü olarak işlev görür. Böylece bağışıklık sistemin uyarılmasını ve harekete geçmesini sağlar. [18]


Tıpkı GAPDH gibi Hsp60 ve daha pek çok moonlighting protein saydğımızdan da fazla saymadığımız biyolojik fonksiyonu şu anda dahi yerine getirmektetir. Onlar gece gündüz demeden çalışmaya devam ederken bizler de organizma dediğimiz büyük orkestranın bu yetenekli müzisyenlerini daha iyi tanımak için şimdiye kadar keşfedilmiş tüm moonlighting proteinleri içeren http://www.moonlightingproteins.org/ veri tabanından yararlanabiliriz.





Referanslar

1. Jeffery, C. (2009). Moonlighting proteins—an update. Molecular Biosystems, 5(4), 345.

2. Copley S. D. (2014). An evolutionary perspective on protein moonlighting. Biochemical Society transactions, 42(6), 1684–1691.

3. Jeffery, C. (1999). Moonlighting proteins. Trends In Biochemical Sciences, 24(1), 8-11.

4. Henderson, B., Fares, M., & Martin, A. (2017). Protein moonlighting in biology and medicine. Wiley Blackwell.

5. Jeffery, C. (2014). An introduction to protein moonlighting. Biochemical Society Transactions, 42(6), 1679-1683.

6. Krantz, Maria and Klipp, Edda. (2019). Moonlighting Proteins - an Approach to Systematize the Concept. 1 – 13.

7. Gupta, M. N., Pandey, S., Ehtesham, N. Z., & Hasnain, S. E. (2019). Medical implications of protein moonlighting. The Indian journal of medical research, 149(3), 322–325.

8. Henderson, B., & Martin, A. (2014). Protein moonlighting: a new factor in biology and medicine. Biochemical Society Transactions, 42(6), 1671-1678.

9. Jeffery CJ. (2017) Protein moonlighting: what is it, and why is it important? Phil. Trans. R. Soc. B 373:20160523.

10. Chapple, C., & Brun, C. (2015). Redefining protein moonlighting. Oncotarget, 6(19), 16812-16813.

11. Meyer-Siegler K, Mauro DJ, Seal G, Wurzer J, deRiel JK, Sirover MA. (1991). A human nuclear uracil DNA glycosylase is the 37-kDa subunit of glyceraldehyde-3- phosphate dehydrogenase. Proc Natl Acad Sci U S A. 88(19):8460-8464.

12. Sirover, M. (2017). Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH). London: Elsevier AP Academic Press.

13. White M.R., Garcin E.D. (2017) D-Glyceraldehyde-3-Phosphate Dehydrogenase Structure and Function. In: Harris J., Marles-Wright J. (eds) Macromolecular Protein Complexes. Subcellular Biochemistry, vol 83. Springer, Cham.

14. Sundararaj KP, Wood RE, Ponnusamy S. (2004). Rapid shortening of telomere length in response to ceramide involves the inhibition of telomere binding activity of nuclear glyceraldehyde-3- phosphate dehydrogenase. J Biol Chem 279:6152–6162.

15.Mitsuzawa H, Kimura M, Kanda E, Ishihama A. (2015). Glyceraldehyde-3- phosphate dehydrogenase and actin associate with RNA polymerase II and interact with its Rpb7 subunit. FEBS Lett. 579(1):48-52.

16. Zheng, L., Roeder, R. G., & Luo, Y. (2003). S phase activation of the histone H2B promoter by OCA-S, a coactivator complex that contains GAPDH as a key component. Cell, 114(2), 255–266.

17. Kumar S, Sheokand N, Mhadeshwar MA, Raje CI, Raje M. (2012). Characterization of glyceraldehyde-3- phosphate dehydrogenase as a novel transferrin receptor. Int. J. Biochem. Cell Biol. 44, 189–199.

18. Fais S., Logozzi M., Alberti G., Campanella C. (2019). Heat Shock Protein 60 in Human Diseases and Disorders. Heat Shock Proteins, vol 18. Springer, Cham.

19. Şekil 1 ve 2: Biorender ile oluşturulmuştur.

20. Şekil 3: 20.06.2020 tarihinde https://www.sinobiological.com/resource/gapdh/proteins

adresinden erişildi.

21. Şekil 4: 20.06.2020 tarihinde https://www.sinobiological.com/resource/hsp60/proteins adresinden erişildi.

0 görüntüleme

Türkiye'nin Tek Popüler Genetik Bilim Dergisi

Bezelye Dergi ISSN: 2587-0173

Bizi Takip Et
  • Beyaz Facebook Simge
  • Beyaz Instagram Simge
  • White Twitter Icon
  • Icon-gmail
  • kisspng-white-logo-brand-pattern-three-d
  • images
  • medium
  • Dergilik
  • YouTube

© 2019 by Bezelye Dergi