Jung Flashcards
Unterschied zwischen 20S und 26S Proteasom
20S
- bei Archeen, Hefen, Tieren, Pflanzen
26S
- 20S + 19S Regulator
- 19 + 20 + 19 = 30S
Regulator kann Proteine binden und entfalten
WW zwischen metabolischem Syndrom und proteasomalen System
- Übergewicht - chronische Inflammation (TNFalpha, IL-6 inhibieren eNOS)
- iNOS ist hochreguliert (zusammen mit Superoxid vermehrte ROS)
Adiponektin
- antiapoptotisch
- antiatheroskerotisch: verhindern Transformationvon Makrophagen in Schaumzellen
- reduziert LDL vermittelte ROS Synthese und erhöht NO
Weitere Adipocytokine
Resistin: senkt NO und eNOS
PAI1: NFkB Aktivierung, proinflammatorisch
Visfatin: durch TNFalpha und IL6 inhibiert, proinflammatorische und anti Effekte
Apelin: wirkt sättigend, erhöht Körpertemp., induziert NO vermittelte Gefäßerweiterung
NADPH Oxidase Inhibition im Fettgewebe
Verringerung der Adipokindysregulation
Linderung der Effekte von Diabetes
Verbesserung der Hyperlipidämie
Linderung der NASH
Ox Stress idt früher Faktor vom MS
Übergewicht induziert Redoxshift
Antioxidative Systeme der Zelle
- niedermolekulare Antioxidantien (Vit. C, Glutathion)
- enzymatische A (Catalase, SOD, Ferritin)
- Proteinreparatursysteme für ox. Cystein und Methioninreste (Proteasom, GSHReduktasesystem, Proteasen, Lipasen)
Gate
Konformationsänderung zur Öffnung
- alpha subunits biegen NTerminus weg
- nur entfaltete Proteine passen rein, Proteolyse somit streng reguliert
Abbau
- Zu Oligopeptiden (durchschnittlich 8-12 AS)
- Abbau ist von beiden Seiten möglich
Proteasom erkennt hydrophobe normalerweise innen liegende Sequenzen
Aufbau
2 alpha UE
2 beta UE
jeweils 7 UE, bei beta davon drei katalytische Proteasen
Was geschieht mit defekten Proteasomen?
Wie alle Proteine können auch UE des Proteasoms oxidativ modifiziert werden.
- freie oxidierte und entfaltete UE werden über das 20S Proteasom abgebaut
- ganze nicht mehr funktionelle 20S werden lysosomal abgebaut
Lipofuscin
- lagert Metallionen ein - Fenton
- beansprucht Proteasom, Kapazität sinkt
Abbau nativer, funktionierender Proteine
Durch UPS
- 20S und 19S = 26S
- 19S und 20S und 19S = 30S
Was macht der 19S Regulator?
- bindet an 20S
- aktiviert es (Gate öffnet sich nach Bindung)
- bindet uniquitinilierte Proteine
- entfaltet diese unter ATP Verbrauch
- ohne ATP und Mg2+ löst sich 19S vom 20S, ebenso unter ox Stress
Ubiquitin
- Verknüpfung erfolgt über Lysinreste
- 4er Ubiquitinmolekülketten sind stärkstes Abbausignal
Deubiquitinasen
- Cysproteasen und Zinkmetalloproteasen
- verhindern den Abbau von polyubiquitinierten Proteinen
Immunoproteasom
- induziert durch TNFalpha, LPS, IFNy
- generiert Oligopeptide die auf der Zelle auf MHC 1 (T-Zellen) präsentiert werden (Zelle wird vernichtet wenn PAMP)
- hat Regultorprotein 11S gebunden
Hydrolyse einer Peptidbindung durch 20S
- Hydroxylgruppe (N-terminales Threonin von aktiver subunit) greift Carbonylgruppe der Peptidbindung an
- Acyl-Enzym-Intermediat: Teil des Fragmente bleibt am aktiven Zentrum gebunden
Andere Methode Spilcing
- Wassermolekül stellt Hydroxygrupoe wieder her und C-Terminus des freigesetzten Peptids
ERAD
- Endoplasmatic reticulum associated degradation
- Qualitätskontrolle neu synthetisierter Proteine
BiP
- erkennt hydrophobe Enden teilweise entfalteter Proteine
- verringer Aggregatbildung und liefert sie an Ubiquitinierungsmaschinerie
UPR
Unfolded protein Response
Akkumulation fehlgefalteter Proteine führt zu Apoptose
Cytomegalovirus HCMV
Exprimiert zwei Membranproteine US11 und US2, die MHC1 und 2 im ER binden und sie ins Cytosol transportieren wo sie abgebaut werden
- virale Ag werden nicht mehr präsentiert
Proteasom und Krebstherapie (Bsp Inhibitor)
Proteasomale Aktivität ist sehr hoch in Tumorzellen
Inhibition als Therapie
- führt zu Zellzyklus Arrest und Apoptose
- durch Peptidboronate bspw. Bortezomib
Apoptose bei Proteasominhibition
Bei Non-Hodgkin, Prostata, Lungenkrebs…
- Wirkung läuft über Apoptose induzierenden Fakor
- AiF ist normalerweise in Zwischenmembranraum von Mitos lokalisiert
- bei Mitoschäden wird er freigelassen
- geringer AIF Ausstrom wird schnell ubiquitiniert und abgebaut - kein Einfluss
- 26 S Inhibition - massive Ansammlung AIF - Apoptose
Auch weitere pro und antiapoptotische Faktoren werden über UPS reguliert (pro mit kürzerer Halbwertszeit)
Proteasom und NFkB
Proteasom inhibiert den Inhibitor von NFkB
- Proteasominhibition führt zu NFkB Inhibition
NFkB aktiviert
Cyclooxigenase 2 (Entzündung) ICAM 1 (transportiert Leukozyten ins Gewebe) MMPs (lassen Tumor in anderes Gewebe ein dringen, löst Verbindungen zwischen normalen Zellen auf)
Nrf2
- Nrf2 liegt normalerweise an seinen Regulator Keap1
- wird ubiquitiniliert und zum UPS gebracht
- wird Keap1 oxidiert (bei Redoxshift) setzt er Nrf2 frei
- NRf2 wird phophoryliert, gelsngt in Zellkern und bindet an einen Komplex
- Komplex induziert antioxidative Antwort
Parkinson
Symptome
- Muskelstarre
- Bradykinese (verlangsamte Bewegung)
- Tremor
- Instabilität
Degeneration von nigrostrialen dopaminergen Neuronen
Erst Symptome wenn Dopaminlevel auf 40% sinken
Alpha synuclein agregate
Therapieansätze Parkinson
Eisenchelatoren (ROS durch Fenton)
GSH-Vorläufer
Inhibitioren der Monoaminooxidase (weniger H2O2)
Huntingtin
Polyglutaminrest am am Huntingtinprotein
- frei ist es zelltoxisch, bildet inclusionbodies
- Agregate sind stark ubiquitiniliert, Abbau jedoch wenig, 20S und 26S Proteasomhemmung
ALS Amyotrophe Lateralsklerose
- Mutation der SOD 1 (keine Entgiftung von O2•- zu H2O2)
Mutierte SOD1 bildet Aggregate, ROS steigen, Proteasomaktivität sinkt - Aggregate füllen die Zelle, Funktion sinkt
- Nrf2 mRNA ist runtergeregelt
Proteinaggregate AD
Neuronale Plaques Neurofibrillary tangles (NFT) bestehend aus paired helical filaments, welche aus hyperphophoryliertem Tau bestehen
Insulin im Hirn
- Proliferation, Differenzierung
- antiapoptotisch via PI3K/ AKT/ mTOR
- Dopamin und Serotonin erhöht sich
- positive Effekte auf Lernen und Gedächnis
Cholesterol als Risiko für AD
- erhöhter Chospiegel - erhöhte Amyloidbetasynthese, Abbau sinkt
- Amyloidbeta katalysiert mit Cho Oxysterole: neurotoxisch, Insulinsignaling wird beeinflusst-Resistenz
Nicht Radikale
H2O2
Peroxinitrit (ONOO-)
Radikale
ROS, NOS
Nicht Radikale
Große Moleküle nach zb Lipidperoxidation
ROS Hauptquellen
Mito:
Complex 1 und 3
Monoaminooxidase
Carinitin Palmitoyltransferase 1
ER:
NADPH Cytochrome P450 Reduktase
Cyclooxigenase
Plasmamembran:
NADPH Oxidase
uncoupled eNOS
Cytosol
NO Synthase
Enstehung Hydroperoxyl
Superoxidanionenradikal im Lysosom oder mitochondrialer Matrix (saurer pH) wird protoniert
HO2•
- klein und ungeladen, sehr leicht membrangängig und deutlich reaktiver als Superoxidanionenradikal
- kann im Gegensatz zu Superoxid Lipidperoxidation initiieren
NO
- vasodilatierend
- Abwehr gegen MO
- bei Sepsis können Makrophagen so viel NO freisetzen dass es zu Blutdruckabfall kommt, Schock
Peroxinitrit mit und ohne CO2
Ohne
- ca. 70% Peroxinitritsäure isomerisiert zu Nitrat (NO3- und H+)
- ca. 30% reagiert zu NO2• (Stickstoffdioxidradikal) und HO•(Hydroxylradikal)
Mit:
ONOO- + CO2 reagieren zu ONOOCOO- (Nitroperoxylcarbonat-Anion)
- dissoziiert zu Stickstoffdioxidradikal und CO3•- (Carbonatradikal-Anion)
Hinweis für Inflammation durch Peroxynitrit
3-Nitrotyrosin
- ensteht durch Peroxynitrit
1) ONOO- + CO2 -> ONOOCOO-
2) ONOOCOO- -> •NO2 + CO3•-
3) TyrH + CO3•- -> Tyr• HCO3-
4) Tyr• + •NO2 -> Tyr-NO2
Was kann die Zelle gegen Peroxinitrit machen?
Glutathionperoxidase entgiftet
Antioxidative Effekte von •NO
- entsteht durch eNOS als L-Arginin
- induziert die Bildung antioxidativer Enzyme wie SOD
- vasodilatierend
Fentonreaktion mit Cu
Cu+ + H2O2 -> Cu2+ + OH- + •OH
dann
Cu2+ + O2•- -> Cu+ + O2
Summe: Haber-Weiss-Reaktion
O2•- + H2O2 -> O2 + OH- + •OH
EPR
Electron paramagnetic Resonance
- ermöglicht die Detektion eines einzelnen ungepaarten Elektron
- homogenes Magnetfeld Generator
- Mikrowellenemittierer
Cu und ox. Stress
- Induziert einerseits Fentonreaktion
- Andererseits antioxidativ da essentiell für CuZn-SOD (und Cytochrom C Oxidase)
- Mangel kann teilweise durch MnSOD ausgeglichen werden
- Mangel führt zu verringerten Granulozyten, Leukozyten, Erythrozyten
- Cu ist deutlich potenter als Fe aber auch weniger vorhanden
Morbus Wilson
Störung der ATPase die Cu in die Galle aussscheidet
Akkumulation von Cu in Leber, Auge…
Entzündung der Leber…
Primäre ROS und Sekundäre ROS
Primär:
• NO (Stickoxidradikal)
H2O2 (Wasserstoffperoxid)
O2•- (Superoxid) bzw. HO2• (Hydroperoxyl)
Sekundär:
CO3•- (Carbonatradikal)
•OH (Hydroxylradikal)
•NO2 (Stickstoffdioxidradikal)
UCP1
- baut den benötigten Protonengradienten für die ATP-Synthese ab
- von Intermembranraum in Mitomatrix
- Wärme wird frei
- möglich auch chemisch durch 2,4-Dinitrophenol
ROS durch Mito
- an Komplex 1 und 3 fallen Elektronen raus, molekularer Sauerstoff nimmt diese auf - Superoxid
- wird in Matrix freigelassen und schädigt so DNA, Proteine, mehr ROS
- Komplex 3 gibt sie auch in Intermembranraum ab, können so ins Cytosol (oder als Hydroperoxyl) und dort schaden
Peroxysomen
- Alpha und beta Oxidation von Fettsäuren
- Enzyme geben ROS ab
- enthalten sehr viel Catalase
- auch Xanthinoxidase (Superoxid) und iNOS
ER
- oxidierende Umgebung
- Disulfidbindungen (Oxidation) neuer Proteine werden durch:
Proteindisulfidisomerase (PDI) und ER resident protein (Ero1p) induziert
= Thiol-Oxidation von PDI und Ero1p sind für 25% des ox. Stress der Zelle verantwortlich
Phase l Enzyme
Monoaminooxidase
Cyp Enzyme
Hydrolasen
Phase ll Enzyme
UDP-Glucuronosyltransferase Sulfotransverasen N-Acetyltransferase Glutathion S Transferase Konjugation mit AS
ROS an Plasmamembran
- NADPH-Oxidase
- membrangebundene Cyclooxigenase (wandelt Arachidonsäure in PGE, Thromboxane um)
Alpha liponsäure
Chelatbildner
Kann Antioxidantien regenerieren
Harnsäure
Im Blut Antioxidans
In der Zelle Prooxidans
Wozu S Glutathionylierung?
- reversible posttranslationale Modifikation
- schützt Cysteinreste irreversibel oxidiert zu werden
- dient als GSH Speicher
- rückgängig durch Glutaredoxin
