133-140 Asli Cakar - Hacettepe Ãniversitesi TÄ±p FakÃ¼ltesi

More documents

Recommendations

Info

Çakar ve Özkuyumcu SNAP proteinlerin SNARE kompleksine bağlanmasına neden olur [15]. Synaptotagmin dışında SNARE proteinlerin yer aldığı membran füzyonunda SNARE proteinlerine bağlanarak füzyonu kontrol eden farklı proteinler de bulunmaktadır. Bunlardan biri SM proteinlerdir. SM proteinler isimlerini mayalarda bulunan Sec1 ve memeli proteini olan Munc18’den almıştır. Memeli hücrelerinde üç farklı Munc proteini bulunur. Munc18 nöronlarda bulunan izoformdur [16]. SM proteinleri, aynı SNARE proteinde farklı bölgelere bağlanarak füzyonu pozitif veya negatif yönde regüle eden proteinlerdir. SM protein, bir tür t-SNARE olan syntaxin’in N terminal bölgesinde bulunan Habc bölgesine bağlanarak bu bölgenin geriye doğru katlanmasına ve SNARE motifine bağlanmasına neden olur. Bu bağlanma syntaxin proteinini kapalı konuma getirerek kompleks oluşturabilme kabiliyetini engeller. SM proteininin bu fonksiyonu füzyonu engeller ve negatif regülasyona neden olur. Ancak SM proteini aynı zamanda pozitif bir regülatör olarak da fonksiyon gösterebilir. SM proteini N-terminal ucu ile syntaxin’in N- terminal bölgesine bağlanır. Bu bağlanma sonucu motifi kapalı olan Syntaxin üzerindeki inhibitör etki kalkarak syntaxin açık hale gelir ve kompleks oluşturmaya hazır durumdadır. Diğer bir deyişle SM proteinine bağlı negatif regülasyon; SM’nin syntaxin’in SNARE motifine bağlanmasıyla, pozitif regülasyon ise SM’nin syntaxin’in N-terminaline bağlanmasıyla gerçekleşir. Bu regülasyon SNARE kompleks oluşumunu her zaman tetikte tutmakta ve koşullar uygun olduğunda baskılayıcı etkinin ortadan kalkması sonucu füzyonun hızla gerçekleşmesine neden olmaktadır [17-19]. Diğer bir SM proteini de kompleksindir. Kompleksin, kalsiyum hücre içine girip synaptotagmine bağlanana kadar oluşmuş SNARE komplekse bağlanarak bu kompleksi dondurur. Synaptotagminin kalsiyuma bağlanmasını takiben SNARE kompleks üzerinden ayrılan kompleksin, hali hazırda oluşmuş olan SNARE kompleksinin hızlı bir şekilde füzyonu başlatmasına yol açar [20,21]. Özetle, kalsiyumun hücre içine girmesiyle uyarımı alan hücre, synaptotagminin pozitif etkisiyle füzyona hazır hale gelir. SNARE proteinler üzerindeki negatif regülasyonun ortadan kalkması sonucunda oluşan SNARE kompleksi ile sinir ileticilerinin ekzositozu gerçekleşmektedir. Ekzositozu takiben füzyona girmiş hücrenin ve SNARE proteinlerinin tekrar eski hallerine gelmeleri gerekmektedir. SNARE proteinlerin biraraya gelmesi ve tekrar ayrılması ATP’ye bağımlı olarak gerçekleşir. Füzyonda SNARE kompleks oluşumu enerjinin açığa çıkmasına neden olmaktadır. Ancak SNARE kompleksin tekrar eski haline gelmesi için enerjiye ihtiyaç vardır. Hücre içinde kalsiyum konsantrasyonunun artması sitozolik proteinler olan α ve γ-SNAP’ın [çözünür N-ethylmaleimide sensitive fusion protein (NSF) bağlayan proteinler] SNARE kompleksine bağlanmasına ve NSF’nin aktive olmasına yol açar. NSF tarafından hidrolize edilen ATP, SNARE kompleksin bozulmasına yol açarak SNARE proteinlerin eski haline dönmesini sağlar [1]. SNARE proteinler ve mikroorganizmalarla ilişkisi Günümüz bilgileri ışığında, birçok mikroorganizmanın konakta canlılığını sürdürebilmesi ve infeksiyon oluşturabilmesi için SNARE proteinlerine ihtiyaç duyduğu bilinmektedir. SNARE protein ve mikroorganizma ilişkisi söz konusu olduğunda öncelikli olarak Clostridium cinsi bakteriler akla gelmektedir. Clostridium cinsi içinde yer alan Clostridium botulinum ve Clostridium tetani konakta salgıladıkları toksinler ile infeksiyona yol açar. Bu toksinlerin işlev görmesi ise SNARE proteinlerine bağlıdır. C. botulinum tarafından üretilen botulinum toksini (BoNT), gerek hayvanlarda gerekse insanlarda gevşek paralizlerle seyreden hayatı tehdit edici nörolojik hastalığa neden olur. Botulinum toksinleri A, B, C1, D, E, F ve G olmak üzere yedi serotipten oluşmaktadır [22,23]. Sinir kas kavşağında asetilkolin salınımı meydana gelmektedir. Bu nedenle sinaptik veziküller devamlı oluşmakta, asetilkolin ile dolmakta, füzyona girerek asetilkolin salınımını gerçekleştirmekte ve tekrar döngüye katılmaktadır. Botulinum nörotoksini, periferal kolinerjik terminallere tutunarak içeri girer ve asetilkolin salınımını bloke ederek yumuşak paralizlere neden olur. Eğer paraliz solunum kaslarına kadar ilerlerse solunum yetmezliğinden hasta kaybedilir. Ancak dışarıdan solunumun desteklenmesiyle veya hafif olgularda hastalık geri dönüşümlüdür. C. tetani tarafından üretilen tetanoz toksini (TeNT) ise tek bir serotip içerir. Tetanoz toksini motor nöron terminale bağlanır ve retrograt yolla akson boyunca ilerleyerek spinal korda ulaşır. Spinal kordda periferal motor nöronların dendritlerinden inhibitör nöronlara geçer. Burada inhibitör sinir ileticilerinden olan glisin ve γ-aminobütirik asit (GABA) salınımını bloke ederek spastik paralizlere neden olur. Tetanoz toksini ile meydana gelen hastalık çoğu zaman fatal seyirli olup, ölüm solunum ya da kalp yetmezliği sonucu gelişir. Tetanoz ve botulinum toksinlerinin birbiriyle tam ters etki göstermelerine rağmen, nörotoksinler aynı nöronal fonksiyonu inhibe ederler; diğer bir deyişle nöroekzositoz inhibe olur [24-26]. 136 H ACETTEPE T IP D ERG‹S‹
SNARE proteinler ve mikroorganizma iliflkisi Clostridium toksinlerinin yapısı Clostridium toksinleri (CNT) 150 kDa ağırlığında tek bir polipeptid zinciri şeklinde sentez edilir. Bu zincir daha sonra bakteriyel ve doku proteazları tarafından 50 kDa’luk hafif zincire (LC) ve 100 kDa’luk ağır zincire (HC) ayrılır. Proteazlar ile kırılma sonrasında oluşan iki zincir birbirine disülfid bağlarıyla kovalent bağlı kalır. Bu bağlanma geri dönüşümlüdür ve toksin nöronal sitozole geçtiğinde birbirinden ayrılır. Toksinin ağır zincir (HC) bölgesi nöronlarda hücre yüzeyine bağlanarak hafif zincir (LC) parçasının sitozole girişine neden olur [27,28]. Metalloproteaz aktivitesine sahip olan bu toksinlerin aminoasit sekansları düşük homoloji göstermekle beraber her iki toksinin hafif zincirinde çinkoendopeptidazların katalitik bölgesinde yer alan ortak bir motif (His-Glu-x-x-His) bulunmaktadır. Çinko, nörotoksinlerin hücre içi aktivitesi için gereklidir. Toksin motifinde bulunan histidin çinko atomuna bağlanır. Glu234 ise su molekülünün polorizasyonunu gerçekleştirmektedir [29]. Toksinin sinir hücrelerinde etki göstermesi; membrana bağlanma, internalizasyon ve proteoliz aktivitesi basamaklarını içermektedir. Sinir hücre membranlarında bol miktarda bulunan glinkospingolipid sınıfında yer alan kompleks gangliyosidler CNT’lerin bilinen reseptörleridir [30]. Polisialogangliyosidlerin oligosakkarid kısmı, toksinin ilk bağlanmasında görevlidir. Bu oligosakkaridler birer anten görevi görerek intersinaptik sıvıda bulunan toksin molekülünü yakalar. Toksinlerde bulunan HC bölgesi bu özgül bağlanmadan sorumludur. Daha sonra her bir toksin kendisi için özgül olan diğer bir reseptöre bağlanır. Bu çift reseptöre bağlanma, toksinin bağlanma afinitesi ve özgüllüğünü belirler. Bu özgül bağlanma TeNT ve BoNT için bundan sonraki hedefin belirlenmesinde önem taşır. TeNT’nin bağlandığı özgül reseptörler, toksini vezikül içinde retrograt yolla motor nöronlara taşırken, BoNT synaptotagmin gibi transmembran sinaptik vezikül proteinlerine bağlanarak periferal sinir ucuna doğru ilerler. Toksin endositik vakuol içinde hücre içine alındıktan sonra etkisini gösterebilmesi için hafif zincirin sitoplazmaya ulaşması gerekmektedir. Vezikül içindeki asidik pH nedeniyle toksinde bulunan translokasyon bölgesi vezikül membranının hidrofobik yapısına ekspoze olmak amacıyla konformasyonel değişime uğrar ve bir iyon kanalı oluşturarak LC’nin sitozole geçişini sağlar. Sitoplazmada toksinin hafif zincir kısmının ayrılmasıyla hedef SNARE proteinlerin proteolizi gerçekleşir [31]. Botulinum ve tetanoz toksinleri nöronal SNARE proteinlerde özgül peptid bağlarını kırar. BoNT/A ve BoNT/E özgül olarak SNAP-25, B, D, F ve G serotipleri, tetanoz toksini ise synaptobrevin üzerine etkilidir. BoNT/C1 ise syntaxin ve SNAP-25 olmak üzere iki SNARE proteinini substrat olarak kullanır. Görüldüğü gibi bazı botulinum toksinleri ile tetanoz toksini aynı protein üzerine etki göstermektedir. Etki mekanizması aynı iken tetanoz ve botulinum toksinlerinin etkilerinin farklı olmasının nedeni etki ettikleri hücrelerin farklı olmasından kaynaklanmaktadır [32,33]. Toksinlerdeki hafif zincirin aktif bölgeleri son derece benzer olmasına karşın, LC’nin SNARE proteinleri kırma bölgeleri seçicilik gösterir. Örneğin; BoNT/A SNAP-25’te Gln197-Arg198 aminoasitler arasındaki bağı keserken, BoNT/C1 bir aminoasit sonra bulunan Arg198-Ala199 arasını keser. Bu seçiciliğin nedeni ne olabilir? SNARE protein toksinin etrafını sararak enzimle substratı arasındaki etkileşimin aktif bölge etkileşimiyle sınırlı kalmamasını sağlamaktadır. Ayrıca, SNAP- 25’in N-terminalinin alfa heliks yapısı ve C-terminalinin beta-sheet yapısı etkin substrat bağlanma ve kırılma bölgelerinin oluşmasına neden olmaktadır. Toksin tarafından kullanılan bu alışılmadık substrat enzim etkileşimi enzimin konformasyonel olarak kendini düzenleyerek SNARE proteinindeki hedef bölgeyi kesmesini sağlar [34]. Enzim seçiciliğinin diğer bir nedeni de hedef proteinde yüksek düzeyde korunmuş olan motiflerin bulunmasına bağlıdır. VAMP’da V1 ve V2 olmak üzere iki motif, SNAP-25’te S1’den S4’e kadar dört motif, syntaxin’de ise X1 ve X2 olmak üzere iki motif bulunmaktadır [35]. Botulinum toksinlerinde, toksinin aktivitesini gösterdiği aktivasyon bölgesi (AS) ve SNARE proteinlerine bağlanmadan sorumlu B bölgesi bulunmaktadır. Botulinum toksin serotip A ve serotip E, etkilerini aynı SNARE protein üzerinde göstermektedir. Diğer çinko proteazların aksine BoNT SNAP-25’te geniş bir bölgeyi substrat olarak tanıyabilir. Toksinin AS bölgesinde bulunan, P1, P2, P3, P4 ve P5 rezidüleri SNAP-25 için kesim bölgelerini oluşturur. Botulinum toksin serotip A, SNAP-25’in 156-202. aminoasitleri arasındaki dokuz aminoasitten oluşan bölgeyi keser. Kesim sonrasında SNAP-25’ten kopan dokuz aminoasitten oluşmuş C-terminal bölgesi toksinden uzaklaştırılır ve toksin yeni hedefine yönelir. Botulinum toksin serotip A ile kırılmış SNAP-25’in N- terminali syntaxin ile heterodimer oluşturabilir ancak oluşan bu heterodimer fonksiyonel değildir [36,37]. Botulinum toksin serotip E ise SNAP-25’in C-terminal bölgesinde 26 aminoasitlik bir bölgeyi keserek SNAP- 25’ten ayırır [38]. Botulinum A toksini ile intoksikasyonun iyileşme süreci 3-12 ay arasında değişirken, bu süreç E toksini ile Cilt 42 • Say› 3 • 2011 137
Page 1 and 2: DERLEME REVIEW Hacettepe T›p Derg
Page 3: SNARE proteinler ve mikroorganizma
Page 7 and 8: SNARE proteinler ve mikroorganizma

133-140 Asli Cakar - Hacettepe Ãniversitesi TÄ±p FakÃ¼ltesi

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?

133-140 Asli Cakar - Hacettepe Ãniversitesi TÄ±p FakÃ¼ltesi