Apolipoprotein B - Apolipoprotein B
Apolipoprotein B ( ApoB ) ist ein Protein , das beim Menschen vom APOB- Gen kodiert wird .
Funktion
Apolipoprotein B ist das primäre Apolipoprotein von Chylomikronen , VLDL , Lp(a) , IDL und LDL- Partikeln (LDL - allgemein als "schlechtes Cholesterin " bekannt, wenn man sich sowohl auf Herzerkrankungen als auch auf Gefäßerkrankungen im Allgemeinen bezieht ), das für die Übertragung von Fettmoleküle ( Lipide ), einschließlich Cholesterin , durch den Körper zu allen Zellen in allen Geweben . Während alle funktionellen Rollen von ApoB innerhalb der LDL (und aller größeren) Partikel noch etwas unklar bleiben, ist es die primäre organisierende Proteinkomponente (der gesamten komplexen Hülle, die Fettmoleküle umschließt/trägt) und ist für die Bildung absolut erforderlich dieser Partikel. Klar ist auch, dass das ApoB auf dem LDL-Partikel als Ligand für LDL-Rezeptoren in verschiedenen Zellen im ganzen Körper fungiert (dh, weniger formal zeigt ApoB an, dass fetthaltige Partikel bereit sind, in jede Zelle mit ApoB-Rezeptoren einzudringen und die darin enthaltenen Fette abzugeben in die Zellen).
Durch nur teilweise verstandene Mechanismen sind hohe ApoB-Spiegel, insbesondere in Verbindung mit den höheren LDL-Partikelkonzentrationen, der Hauptgrund für Plaques , die Gefäßerkrankungen ( Atherosklerose ) verursachen, die häufig zuerst offensichtlich symptomatisch werden als Herzerkrankungen , Schlaganfall und viele andere körperweite Komplikationen nach jahrzehntelanger Entwicklung. Es gibt erhebliche Hinweise darauf, dass die Konzentrationen von ApoB und insbesondere der NMR-Test (spezifisch für LDL-Partikelkonzentrationen) bessere Indikatoren für die Physiologie von Gefäß-/Herzkrankheiten sind als entweder das Gesamtcholesterin oder das LDL-Cholesterin (so lange von der NIH ab dem frühen 1970er Jahre). Vor allem aus historischen Kosten-/Komplexitätsgründen bleiben jedoch Cholesterin und geschätztes LDL-Cholesterin durch Berechnung der am häufigsten geförderte Lipidtest für den Risikofaktor Atherosklerose. ApoB wird routinemäßig mit Immunoassays wie ELISA oder Nephelometrie gemessen . Raffinierte und automatisierte NMR- Methoden ermöglichen Messunterscheidungen zwischen den vielen verschiedenen ApoB-Partikeln.
Genetische Störungen
Hohe ApoB-Spiegel stehen im Zusammenhang mit Herzerkrankungen. Hypobetalipoproteinämie ist eine genetische Störung , die durch eine Mutation im ApoB-Gen, APOB , verursacht werden kann . Abetalipoproteinämie wird normalerweise durch eine Mutation im MTP-Gen, MTP, verursacht .
Mutationen im Gen APOB100 können auch eine familiäre Hypercholesterinämie verursachen , eine erbliche (autosomal-dominante) Form der Stoffwechselstörung Hypercholesterinämie .
Maus Studien
Die meisten relevanten Informationen über Maus ApoB Homolog, mApoB hat herkomme Maus - Studien. Mäuse, die mApoB überexprimieren, haben erhöhte LDL-Spiegel „schlechtes Cholesterin“ und verringerte HDL- Spiegel „gutes Cholesterin“. Mäuse, die nur eine funktionelle Kopie des mApoB-Gens enthalten, zeigen den gegenteiligen Effekt, da sie resistent gegen Hypercholesterinämie sind . Mäuse, die keine funktionellen Kopien des Gens enthalten, sind nicht lebensfähig.
Molekularbiologie
Das Protein kommt im Plasma in 2 Hauptisoformen vor, ApoB48 und ApoB100. Die erste wird ausschließlich vom Dünndarm synthetisiert , die zweite von der Leber . ApoB-100 ist das größte Protein der apoB-Gruppe und besteht aus 4563 Aminosäuren. Beide Isoformen werden von APOB und einem einzelnen mRNA- Transkript größer als 16 kb kodiert . ApoB48 wird erzeugt, wenn ein Stopcodon (UAA) am Rest 2153 durch RNA-Editierung erzeugt wird . Es scheint ein trans- wirkendes gewebespezifisches Spleißgen zu geben, das bestimmt, welche Isoform letztendlich produziert wird. Alternativ gibt es Hinweise darauf, dass ein cis- wirkendes Element mehrere tausend bp stromaufwärts bestimmt, welche Isoform produziert wird.
Als Ergebnis der RNA-Editierung teilen ApoB48 und ApoB100 eine gemeinsame N-terminale Sequenz, aber ApoB48 fehlt die C-terminale LDL-Rezeptor- Bindungsregion von ApoB100 . Tatsächlich wird ApoB48 so genannt, weil es 48% der Sequenz für ApoB100 ausmacht.
ApoB 48 ist ein einzigartiges Protein für Chylomikronen aus dem Dünndarm. Nachdem die meisten Lipide im Chylomikron absorbiert wurden, kehrt ApoB48 als Teil des Chylomikron-Restes in die Leber zurück, wo es endozytosiert und abgebaut wird.
Klinische Bedeutung
Leistungen
Rolle im angeborenen Immunsystem
Lipoproteine mit sehr niedriger Dichte und Lipoproteine mit niedriger Dichte stören das Quorum-Sensing- System, das Gene hochreguliert, die für eine invasive Infektion mit Staphylococcus aureus erforderlich sind. Der Mechanismus des Antagonismus beinhaltet die Bindung von ApoB an ein S. aureus- Autoinduktionspheromon , wodurch die Signalübertragung durch seinen Rezeptor verhindert wird. Mäuse mit einem ApoB-Mangel sind anfälliger für eine invasive bakterielle Infektion.
Nebenwirkungen
Rolle bei der Insulinresistenz
Eine Überproduktion von Apolipoprotein B kann zu lipidinduziertem Stress des endoplasmatischen Retikulums und Insulinresistenz in der Leber führen.
Rolle bei Lipoproteinen und Arteriosklerose
ApoB100 kommt in Lipoproteinen vor, die aus der Leber stammen ( VLDL , IDL , LDL ). Wichtig ist, dass es ein ApoB100-Molekül pro aus der Leber stammendem Lipoprotein gibt. Daher kann man unter Verwendung dieser Tatsache die Anzahl der Lipoproteinpartikel quantifizieren, indem man die Gesamtkonzentration von ApoB100 im Kreislauf festhält. Da es pro Partikel nur ein ApoB100 gibt, spiegelt sich die Anzahl der Partikel in der ApoB100-Konzentration wider. Die gleiche Technik kann auf einzelne Lipoproteinklassen (zB LDL) angewendet werden und ermöglicht so auch deren Zählung .
Es ist gut bekannt, dass ApoB100-Spiegel mit koronaren Herzkrankheiten in Verbindung gebracht werden , sie sind ein weitaus besserer Prädiktor dafür als LDL-C-Konzentrationen. Grund: LDL-C spiegelt nicht die tatsächlichen Partikelkonzentrationen wider und Cholesterin kann sich nicht auflösen oder (in Wasser) bewegen, ohne dass Partikel es tragen. Ein einfacher Weg, diese Beobachtung zu verstehen, ist die Tatsache, dass ApoB100, eines pro Partikel, die tatsächliche Lipoprotein-Partikelkonzentration widerspiegelt (unabhängig von ihrem Cholesterin- oder anderen Lipidgehalt). Auf diese Weise kann man verstehen, dass die Anzahl der ApoB100-enthaltenden Lipoproteinpartikel, die Lipide in die Arterienwände transportieren können, eine Schlüsseldeterminante ist, die Ursache von Arteriosklerose und Herzerkrankungen ist.
Eine Möglichkeit, das Obige zu erklären, besteht darin, zu berücksichtigen, dass eine große Anzahl von Lipoproteinpartikeln und insbesondere eine große Anzahl von LDL-Partikeln zu einer Konkurrenz am ApoB100-Rezeptor (dh LDL-Rezeptor) von peripheren Zellen führen. Da eine solche Konkurrenz die Verweilzeit von LDL-Partikeln im Kreislauf verlängert, kann dies zu einer größeren Möglichkeit für sie führen, Oxidation und/oder anderen chemischen Modifikationen zu unterliegen . Solche Modifikationen können die Fähigkeit der Partikel, durch den klassischen LDL-Rezeptor geklärt zu werden, verringern und/oder ihre Fähigkeit erhöhen, mit sogenannten "Scavenger"-Rezeptoren zu interagieren. Das Nettoergebnis ist die Umleitung von LDL-Partikeln zu diesen Scavenger-Rezeptoren. Scavenger-Rezeptoren werden typischerweise auf Makrophagen gefunden , wobei Cholesterin-beladene Makrophagen besser als " Schaumzellen " bekannt sind. Schaumzellen charakterisieren atherosklerotische Läsionen. Zusätzlich zu diesem möglichen Mechanismus der Schaumzellbildung kann eine Erhöhung des Gehalts an chemisch modifizierten LDL-Partikeln auch zu einer Zunahme der Endothelschädigung führen. Dies geschieht aufgrund der toxischen Wirkung von modifiziertem LDL auf das vaskuläre Endothel sowie seiner Fähigkeit, sowohl Immuneffektorzellen zu rekrutieren als auch die Blutplättchenaktivierung zu fördern .
Die INTERHEART-Studie ergab, dass das ApoB100/ApoA1-Verhältnis bei der Vorhersage des Herzinfarktrisikos bei Patienten mit akutem Myokardinfarkt wirksamer ist als die ApoB100- oder ApoA1-Messung allein. ( ApoA1 ist das wichtigste HDL-Protein.) In der Allgemeinbevölkerung bleibt dies unklar, obwohl ApoB in einer kürzlich durchgeführten Studie der stärkste Risikomarker für kardiovaskuläre Ereignisse war. Eine kleine Studie legt nahe, dass zusätzlich zur Fluvastatin- Behandlung täglich Omega-3-Fettsäuren, die 460 mg E-EPA und 380 mg E-DHA (Ethylester) enthalten, ApoB48 bei hyperlipämischen Typ-2-Diabetikern senken können.
Interaktionen
Es wurde gezeigt, dass ApoB mit Apo(a) , PPIB , Calcitonin-Rezeptor und HSP90B1 interagiert . Es wird angenommen , dass die Wechselwirkung von ApoB mit Proteoglykanen , Kollagen und Fibronektin Atherosklerose verursacht .
Interaktiver Wegplan
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Verordnung
Die Expression von APOB wird durch cis-regulatorische Elemente in der APOB 5' UTR und 3' UTR reguliert .
RNA-Bearbeitung
Die mRNA dieses Proteins unterliegt der ortsspezifischen RNA-Bearbeitung von Cytidin zu Uridin (C zu U) . ApoB100 und ApoB48 werden von demselben Gen kodiert, die Unterschiede in den translatierten Proteinen sind jedoch nicht auf alternatives Spleißen zurückzuführen, sondern auf das gewebespezifische RNA-Editing-Ereignis. Das Editieren von ApoB-mRNA war das erste Beispiel für das Editieren, das bei Wirbeltieren beobachtet wurde. Das Editieren von ApoB-mRNA findet bei allen plazentaren Säugetieren statt . Das Editieren erfolgt posttranskriptional, da die entstehenden Polynukleotide keine editierten Nukleoside enthalten.
Typ
Die C-zu-U-Editierung von ApoB-mRNA erfordert einen Bearbeitungskomplex oder Holoenzym (Editosom), bestehend aus dem C-zu-U-editierenden Enzym Apolipoprotein B-mRNA-Editing-Enzym, dem katalytischen Polypeptid 1 (ApoBEC-1) sowie anderen Hilfsfaktoren. ApoBEC-1 ist ein Protein, das beim Menschen vom APOBEC1- Gen kodiert wird.[1]Es ist ein Mitglied der Cytidin-Deaminase- Familie. ApoBEC-1 allein reicht für das Editieren von ApoB-mRNA nicht aus und erfordert mindestens einen dieser Hilfsfaktoren , den APOBEC1-Komplementationsfaktor (A1CF), damit das Editieren stattfindet. A1CF enthält 3 nicht identische Wiederholungen. Es fungiert als RNA-bindende Untereinheit und lenkt ApoBEC-1 an die ApoB-mRNA stromabwärts des editierten Cytidins. Andere Hilfsfaktoren sind als Bestandteil des Holoenzyms bekannt. Einige dieser Proteine wurden identifiziert. dies sind CUG-bindendes Protein 2 ( CUGBP2 ), SYNCRIP (Glycin-Arginin-Tyrosin-reiches RNA-Bindungsprotein, GRY-RBP), heterogenes nukleäres Ribonukleoprotein (hnRNP)-C1, ApoBEC-1-Bindungsprotein (ABBP)1, ABBP2, KH -Typ spleißendes regulatorisches Bindungsprotein (KSRP), Bcl-2-assoziiertes Anthogen 4 (BAG4) und Hilfsfaktor (AUX)240. Alle diese Proteine wurden unter Verwendung von Nachweisassays identifiziert und es wurde gezeigt, dass sie entweder mit ApoBEC-1, A1CF oder ApoB-RNA interagieren. Die Funktion dieser Hilfsproteine im Editierkomplex ist unbekannt. Das ApoBEC-1-Editsome editiert nicht nur die ApoB-mRNA, sondern auch die mRNA von NF1 . Die mRNA-Editierung von ApoB-mRNA ist das am besten definierte Beispiel für diese Art der C-zu-U-RNA-Editierung beim Menschen.
Standort
Obwohl es sich um ein 14.000 Reste langes Transkript handelt, wird ein einzelnes Cytidin für die Bearbeitung bestimmt. Innerhalb der ApoB-mRNA findet sich eine Sequenz bestehend aus 26 Nukleotiden, die zum Editieren notwendig sind. Dies wird als Bearbeitungsmotiv bezeichnet. Diese Nukleotide (6662–6687) wurden durch ortsspezifische Mutageneseexperimente als essentiell bestimmt. Ein Abschnitt von 11 Nukleotiden dieser Sequenz 4–5 Nukleotide stromabwärts von der Bearbeitungsstelle ist eine wichtige Region, die als Mooring-Sequenz bekannt ist. Eine als Spacer-Element bezeichnete Region befindet sich 2–8 Nukleotide zwischen dem bearbeiteten Nukleosid und dieser Mooring-Sequenz. Es gibt auch eine regulatorische Sequenz 3' zur Editierstelle. Es wird angenommen, dass das aktive Zentrum von ApoBEC-1, der katalytischen Komponente des editierenden Holoenzyms, mit Hilfe von ACF an eine AU-reiche Region der Mooring-Sequenz bindet, um den Komplex an die mRNA zu binden. Der editierte Cytidinrest befindet sich am Nukleotid 6666, das sich im Exon 26 des Gens befindet. Das Editieren an dieser Stelle führt zu einer Codonänderung von einem Glutamincodon (CAA) zu einem Inframe-Stopcodon (UAA). Computermodellierung hat erkannt, dass eine Bearbeitung stattfindet, das bearbeitete Cytidin befindet sich in einer Schleife. Die Auswahl des editierten Cytidins hängt auch stark von dieser Sekundärstruktur der umgebenden RNA ab. Es gibt auch einige Hinweise darauf, dass diese Loop-Region zwischen der Mooring-Sequenz und der 3'-regulatorischen Region der ApoB-mRNA gebildet wird. Es wird angenommen, dass die vorhergesagte Sekundärstruktur, die von ApoB-mRNA gebildet wird, den Kontakt zwischen dem zu editierenden Rest und dem aktiven Zentrum von APOBEC1 sowie die Bindung von ACF und anderen mit dem Editosom assoziierten Hilfsfaktoren ermöglicht.
Verordnung
Die Bearbeitung von ApoB-mRNA beim Menschen ist gewebereguliert, wobei ApoB48 das wichtigste ApoB-Protein des Dünndarms beim Menschen ist. Es kommt in geringeren Mengen im Dickdarm, in der Niere und im Magen vor, zusammen mit der nicht bearbeiteten Version. Das Editieren ist auch entwicklungspolitisch reguliert, wobei die nicht editierte Version nur zu Beginn der Entwicklung übersetzt wird, aber die editierte Form nimmt während der Entwicklung in den Geweben zu, in denen eine Editierung stattfinden kann. Es wurde gezeigt, dass das Editieren der ApoB-mRNA als Reaktion auf Änderungen in der Ernährung variiert. Exposition gegenüber Alkohol- und Hormonspiegeln.
Erhaltung
ApoB-mRNA-Editing tritt auch bei Mäusen und Ratten auf. Im Gegensatz zum Menschen kommt die Editierung in der Leber bei Mäusen und Ratten bis zu einer Häufigkeit von 65 % vor. Bei Vögeln oder kleineren Arten wurde es nicht beobachtet.
Folgen
Struktur
Die Bearbeitung führt zu einer Codon-Änderung, die ein Stop-Codon im Leserahmen erzeugt, das zur Translation eines verkürzten Proteins, ApoB48, führt. Dieses Stoppcodon führt zur Translation eines Proteins, dem der Carboxylterminus fehlt, der die LDLR-Bindungsdomäne des Proteins enthält. Das vollständige Protein ApoB100 mit fast 4500 Aminosäuren ist in VLDL und LDL enthalten. Da sich viele Teile von ApoB100 in einem amphipathischen Zustand befinden, hängt die Struktur einiger seiner Domänen von den zugrunde liegenden Lipidzuständen ab. Es ist jedoch bekannt, dass es die gleiche Gesamtfaltung in LDL mit fünf Hauptdomänen aufweist. Kürzlich wurde die erste Struktur von LDL bei menschlicher Körpertemperatur in nativem Zustand unter Verwendung von Kryo-Elektronenmikroskopie bei einer Auflösung von 16 Angström gefunden. Die Gesamtfaltung von ApoB-100 wurde bestätigt und eine gewisse Heterogenität in der lokalen Struktur seiner Domänen wurde kartiert. [Referenz benötigt]
Funktion
Die Bearbeitung ist auf die im Dünndarm exprimierten Transkripte beschränkt . Diese kürzere Version des Proteins hat eine für den Dünndarm spezifische Funktion. Die Hauptfunktion des in voller Länge in Leber exprimierten ApoB100 ist die als Ligand für die Aktivierung des LDL-R. Das Editieren führt jedoch zu einem Protein, dem diese LDL-R-Bindungsregion des Proteins fehlt. Dies verändert die Funktion des Proteins und des kürzeren ApoB48-Proteins als spezifische Funktionen gegenüber dem Dünndarm. ApoB48 ist mit den aminoterminalen 48% von ApoB100 identisch. Die Funktion dieser Isoform besteht in der Fettabsorption des Dünndarms und ist an der Synthese, dem Zusammenbau und der Sekretion von Chylomikronen beteiligt . Diese Chylomikronen transportieren Nahrungslipide zu den Geweben, während die verbleibenden Chylomikronen zusammen mit den assoziierten Restlipiden in 2-3 Stunden von der Leber über die Interaktion von Apolipoprotein E (ApoE) mit Lipoproteinrezeptoren aufgenommen werden. Es ist das dominierende ApoB-Protein im Dünndarm der meisten Säugetiere. Es ist ein Schlüsselprotein im exogenen Stoffwechselweg von Lipoproteinen. ApoB48 enthaltende Darmproteine werden zu Chylomikron-Restpartikeln metabolisiert, die von Restrezeptoren aufgenommen werden.
Siehe auch
Verweise
Weiterlesen
- Mahley RW, Innerarity TL, Rall SC, Weisgraber KH (1985). "Plasma-Lipoproteine: Apolipoprotein-Struktur und Funktion" . J. Lipidres . 25 (12): 1277–1294. doi : 10.1016/S0022-2275(20)34443-6 . PMID 6099394 .
- Itakura H, Matsumoto A (1995). „[Apolipoprotein B]“. Nippon Rinsho . 52 (12): 3113–3118. PMID 7853698 .
- Chumakova OS, Zateĭshchikov DA, Sidorenko BA (2006). „[Apolipoprotein B: Struktur, Funktion, Genpolymorphismus und Beziehung zur Arteriosklerose]“. Kardiologie . 45 (6): 43–55. PMID 16007035 .
- Ye J (2007). „Vertrauen auf die Stoffwechselwege des Wirtscholesterins für den Lebenszyklus des Hepatitis-C-Virus“ . PLOS-Pathog . 3 (8): e108. doi : 10.1371/journal.ppat.0030108 . PMC 1959368 . PMID 17784784 .
Externe Links
- Datenbank der RNA-Editierung (DARNED) .
- Angewandte Forschung zu Apolipoprotein-B
- Standort des menschlichen APOB- Genoms und Seite mit Details zum APOB- Gen im UCSC-Genom-Browser .