Proteiinin biosynteesistä

Löysin eilen biomedisiinisestä kirjastosta tulsosa olevan väitöskirjan ja katselen sen abstraktin sisältöä.
Iresjö Britt-Marie. Initiation of protein biosyntehsis in skeletal muscles at feeding. (2010 GU ) ISBN 978-91-628-8093-4
Työn eri osia ovat
I
Reevaluation of amino acid stimulation of protein synthesis in murine- and human-derived skeletal muscle cells assessed by independent techniques (2005)
II
Appearance of individual amino acid concentrations in arterial blood during steady-state infusion of diffenret amino acid formulations to ICU patients in support of whole-body protein metabolism (2006)
III
Initiation factors for translation of proteins in the rectus abdominis muscle from patients on voernight standard parenteral nutrition before surgery(2008)
IV
Liver derived circulating IGF-I is not critical for activation of skeletal muscle protein synthesis following oral feeding (2010)
V
Induction of myosin heavy chain 2A and alfa-actin synthesis by anmino acids in skeletal muscle ( manuscript)

• Abstraktista jokin ajatus suomenkielellä:

• Väitöstyön taustalla olevat seikat.

Keinotekoinen ravitsemus antamalla ravintoa suoneen (TPN, total parenteral nutrition) on osoittautunut jo vuosikymmenien ajan olevan alioptimaalista kokokehon proteiiniaineenvaihdunnan ja tasapainon tukemista eräisiin tiloihin liittyvän hoidon aikana.
Sen takia tämän kertaisen projektin tarkoituksena on arvioida sitä osuutta ja niitä vaikutuksia, mitä aminohappojen antamisella on ltahdonalaisen lihaksen soluihin, kun samalla valotetaan muitten tärkeitten tekijöitten osuutta myofibrillaarisen proteiinin synteesissä, kuten aminohappojen infuusiokinetiikkaa, IGF-1 tekijää ja insuliinia.

• Työssä käytetyt metodit

Viljeltiin hiiren L6 soluja ja ihmisen rhabdomyosarkoomasoluja standardiolosuhteissa eri aminohappopitoisuuksissa. Kaupallisesti saatavilla olevia aminohappoliuoksia infusoitiin niiten ohjeitten mukaan normaalinopeuksin elektiiviseen kirurgiaan meneville potilaille ja TEHO-hoitopotilaille.
Reefeeding- kokeissa käytettiin transgeenistä selektiivisesti IGF-1 geenin suhteen poistogeenistä naarashiirtä, jota saatiin arvioitua kiertävän IGF-1 tekijän merkitys lihasproteiinin synteesissä. Tämä arvioitiin eräällä tekniikalla, jossa käytettiin C14 merkattua fenylalaniinia. Proteiinisynteesin translationaalista kontrollia ja solusignalointia kuvattiin tutkimalla 4E-BPI, eIF4E, p70s6k ja mTOR ( Western blot tekniikalla). Sitten määriteltiin qPCR-tekniikalla transkriptit seuravista lihaksen proteiineista: IGF-1-, IGF-IR- j PI3Kinaasi, AKT, mTOR, acta1( alfa-aktiini), mhc2A( myosiini)- ja slc38a2/Snat 1 aminohaponkuljettajaproteiineista.

• Mitä tuli tulokseksi?

Monissa kokeellisissa tiloissa aminohappojen inkorporaationopeudesta lihaksen proteiineihin tuli vääriä tuloksia.

Sellaiset metodit, jotka olivat riippumattomia merkatuista aminohapoista (ribosomiprofiilit, aloitustekijöitten analyysit) viittaavat siihen, että essentiellit aminohapot aktivoivat proteiinin translaation aloituksen, kun taas nonessentielleillä aminohapoilla ei ollut mitään sellaista sellaista vaikutusta.
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Ribosome_mRNA_translation_en.svg
http://en.wikipedia.org/wiki/File:MRNA-interaction.png

Insuliini fysiologisissa pitoisuuksissaan ( 100 uM/ml) ei stimuloinut yleistä lihasproteiinisynteesiä, mutta insuliinin suprafysiologiset pitoisuudet ( 3mU/ml) saivat aikaan stimulaation.

Kiertävä IGF-I proteiini ei ollut kriittinen tässä lihasproteiinin translaation aktivaatiossa, kun taas kudosten produsoima IGF-I ja IGF-IR kontrolloivat ravinnon antamisen indusoimaa proteiinisynteesiä, mikä käsitti mTOR signaloinnin tahdonalaisessa lihaksessa.
http://www.efdeportes.com/efd131/leucine-stimulates-mtor-01.jpg

Yleisesti ottaen eksogeenisten aminohappojen antaminen oli suhteessa niitten plasmapitoisuuksiin ja mahdollisesti potilaitten perifeeristen kudosten aminohappojen steady state pitoisuuksiin.

Aminohapot aiheuttivat lihasproteiinien translaation aloituksen aktivoitumisen, mikä osoitettiin myosiinin raskaasta ketjusta ja alfa-aktiinista.

Aminohappojen tällaisia vaikutuksia tuki osaksi aminohappojen kuljettajan lisääntynyt transkriptio ja hyödyntäminen kuten lihaksissa esiintyvä Snat 2 mRNA.

Microarray analyysillä osoitettiin, että mevalonaatitiessä tapahtui geenien ylössäätymistä aminohapoilla altistumisen jälkeen, ja tämä tie taas on tärkeä steroidogeneesissä ja lipidien aineenvaihdunnassa, mikä saattaa taas viitata uuteen lisämekanismiin ravitsemukseen liittyvän lihassoluanabolian taustalla.

• Yhteenveto

Tutkijoitten tulokset painottavat jälleen kerran sitä, että merkattujen aminohappojen käytössä pitäisi olla hyvin tarkkana, kun koetetaan luonnehtia lihasproteiinien synteesiä. Kun proteiinisynteesissä ei vallitse steady state- olosuhteet, niin säätelevien tekijöitten mittaaminen lihasproteiinisynteesin aloituksen kontrolloijina edustaa vaihtoehtoista menetelmää, kuten niillä potilailla, joille annettiin standardi TPN ( suonen sisäinen ravitsemus) ennen leikkausta yön yli.
Tutkijoitten tulokset vahvistavat, että lihassolut ovat herkkiä aminohappojen solunulkopuolisten pitoisuuksien muuntumisille, mitkä signaloivat myofibrillaaristen proteiinien transkriptien translaatiota aktivoitumaan. Sellaiset dynamiikat ovat mitä suurimmassa määrin riippuvaisia läsnäolevista aminohappojen kalvokuljettajista.

Oma kommentti 5.6. 2010:
Tuo tie mevalonaattitien ylössäätymsieen essentielleistä aminohapoista johtunee leusiinista, jonka ylimäärä soveltuu siihen tiehen alkumolekyyliksi. Tästä pitää hakea lisätietoa.
Leusiini lie tärkeä näistä lihasta kasvattavista aminohapoista. Sitä on kalassa ja palkokasveissa.
Tapahtuuko ihmisellä siirtymää aminohapoista mevalonaatitiehen, tämä voi olla niin matalalta linkiltä kuin asetoetikkahappotasosta käsin, eikä varsinaisesti esim leusiinin isopreenia muistutavasta modulsita käsin.
The pathway of leucine to mevalonate in halophilic archaea: efficient incorporation of leucine into isoprenoidal lipid with the involvement of isovaleryl-CoA dehydrogenase in Halobacterium salinarum.
HARPER esittää lesuiinine mahdolliset teit inkorporoitua rasva-aineenvaihdunnan puolelle. Sekä tässä vanehmpi artikkeli vuodelta 1983. originaalina PubMed hakulaitteesta suomentamatta

J Biol Chem. 1983 Jun 10;258(11):7087-93. Leucine catabolism during the differentiation of 3T3-L1 cells. Expression of a mitochondrial enzyme system. Frerman FE, Sabran JL, Taylor JL, Grossberg SE.

Abstract

Leucine can be utilized efficiently as a precursor for lipid biosynthesis by adipose tissue, especially in the presence of glucose or glucose and insulin. During the differentiation of 3T3-L1 fibroblasts to adipocytes, the rate of lipid biosynthesis from L-[U-14C]leucine increases at least 30-fold and lipogenesis, with [U-14C] acetate as the precursor, increases by 10- to 15-fold. The specific activities of two mitochondrial dehydrogenases in the leucine oxidative pathway, the branched chain alpha-ketoacid dehydrogenase and isovaleryl-CoA dehydrogenase, as well as of leucine:alpha-ketoglutarate transaminase, increase at least 20-fold during the adipose conversion. Isovaleryl-CoA dehydrogenase was assayed in crude extracts using a specific fluorimetric method employing electron transfer flavoprotein as the electron acceptor for the flavoprotein dehydrogenase. The specific activity of 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA lyase, the mitochondrial enzyme catalyzing the terminal reaction in the leucine degradation pathway, increases 4-fold during differentiation. The increases in the specific activities of the mitochondrial enzymes occur without a change in the specific activity of cytochrome oxidase, indicating that the increases do not simply reflect proliferation of mitochondria. The biosynthesis of at least 20 soluble mitochondrial polypeptides is enhanced during the adipose conversion of the fibroblasts as determined by polyacrylamide gel electrophoresis following incubation of the cells with [35S] methionine. The results provide a conservative estimate of the extent of changes in mitochondrial soluble proteins during the adipose conversion. They also establish that differentiated 3T3-L1 adipocytes metabolize leucine like mature adipose tissue and illustrate the roles of the branched chain alpha-ketoacid dehydrogenase and isovaleryl-CoA dehydrogenase in lipogenesis.