1。介绍
海弗利克和运算建立了概念,主细胞分离出哺乳动物组织进行有限数量的分歧在文化,没有自发的转换(
1,
2]。到达他们的复制的限制,这些细胞被称为“衰老”,被认为是衰老细胞。此后,复制衰老被认为是细胞衰老的模型可以提供洞察有机体的老化(
3- - - - - -
5]。最近,不同的研究表明细胞衰老的发生
在活的有机体内(
6,
7]。这些衰老细胞是有原因地涉及生成与年龄相关的表型,以及他们的去除可以预防或延迟组织功能障碍和扩展健寿(
8]。事实上,是否和如何细胞衰老相关生物的衰老,衰老相关疾病、弱点和障碍是一种老化的生物学领域的主要问题。
衰老的标志在细胞和器官层次破坏大分子的积累是由于增加氧化应激和蛋白质修复和维护系统的失败
9,
10]。活性氧(ROS)通常的副产品有氧代谢和氧化磷酸化。此外,ROS生产和积累通常在疾病发病机制(即增加。,特别是与年龄相关的疾病)
11]。低浓度或短暂暴露于活性氧诱导细胞增殖和调节几个信号通路的激活
12]。然而,unneutralized活性氧导致氧化损伤脂质,蛋白质,核酸,从而导致异常的分子活动(
13,
14]。蛋白质氧化是尤其有害,因为由此产生的损失和/或诱导蛋白质结构构象的变化可以使氧化蛋白质活性,导致细胞功能异常(
15,
16]。
各种类型的蛋白质氧化的修改由活性氧诱导直接或间接氧化应激的反应与辅助产品(
17]。半胱氨酸和蛋氨酸残留尤其容易氧化的修改,但是他们可能不会直接与蛋白质损伤,因为他们也参与细胞信号事件(
18]。另一方面,其他残留的不可逆氧化产品最常见的羟化和羰基化作用的氨基酸侧链衍生品。指数寿命期间积累蛋白质羰基化作用在细胞和有机体的水平和增加特定器官受到与年龄相关的疾病的影响,暗示这“Oxi-proteome”(即。,有限的一组蛋白质氧化)可能是一个潜在的目标分子的许多的基质细胞障碍。蛋白质羰基化包括醛和酮形成通过不同的机制:(i)多肽骨架的直接氧化导致截短肽;(2)侧链氧化赖氨酸、精氨酸、脯氨酸、苏氨酸;(3)反应的组氨酸、半胱氨酸和赖氨酸与醛类氨基酸残基,例如,产生的脂质过氧化作用;及(iv)糖化(非酶的糖基化)的赖氨酸残基形成Amadori和海因重组产品(高级糖化终端产品:年龄)
19- - - - - -
21]。蛋白质羰基化作用通常不活跃,不耐热性的,暴露在其表面疏水性氨基酸。修改自氧化产生羰基化合物通常导致损失影响催化或结构功能的蛋白质,它提出了增加老化过程中观察到的氧化改性蛋白质水平和与年龄相关的疾病可能对细胞和器官功能产生不良的影响。
水平的提高蛋白质羰基一直在观察与年龄相关的疾病,如神经退行性疾病(肌萎缩性脊髓侧索硬化症,阿尔茨海默氏症,帕金森氏症和亨廷顿氏病),cataractogenesis,系统性淀粉样变,肌肉萎缩症,早衰,维尔纳综合征,风湿性关节炎,呼吸窘迫综合征(
22- - - - - -
24]。高浓度的蛋白质改性脂质氧化产品(4-hydroxy-2-nonenal: HNE,丙二醛)与神经退行性疾病相关,铁诱导肾致癌作用、心血管疾病、以及高浓度糖化蛋白/ glycoxidation终端产品(年龄)与糖尿病有关,神经退行性疾病、动脉粥样硬化和唐氏综合症。近年来重大进展在过去已经对蛋白质的识别这些修改的目标,尽管他们可能诱发作用在这些疾病的发病机理尚未确定。
先前的研究已经积累蛋白质羰基化作用的识别,以及蛋白质与脂质过氧化的糖化和共轭修改产品在人类衰老WI-38 HNE胚胎成纤维细胞(
25,
26]。在此,通过使用
在网上方法,我们扩展分析改性蛋白质的报告期间
在活的有机体内衰老和衰老相关疾病。比文献中已报告180蛋白越来越多地修改,参与关键细胞通路如炎症反应、能量代谢、蛋白质折叠和自由基清除。我们发现一些蛋白质(35%)中确定衰老成纤维细胞也发现在器官衰老和衰老相关疾病和当分为细胞功能和规范途径他们显示一个密切的关系。综上所述,这些结果表明某些蛋白质的特殊敏感性损害转译后的修改,这表明蛋白质改性并不是一个随机过程,可能与衰老和衰老相关疾病的分子基础。
3所示。结果与讨论
3.1。蛋白质羰基化作用的特征在WI-38复制衰老成纤维细胞
确定改性蛋白在衰老成纤维细胞之前报道
26)被细胞定位分类,按功能分组关联、规范的途径,和潜在的相互作用(图
1)。修改后的蛋白质的亚细胞位置表示,修改后的蛋白质中发现两个主要分数:线粒体(44%)和cytosol-including细胞骨架蛋白质(28%)、底层高水平的蛋白质损伤线粒体内衰老成纤维细胞,尤其是当考虑到从这个细胞器蛋白质仅占细胞总蛋白溶菌产物的5 - 10%(图
1(一))。
细胞通路和网络分析蛋白质的报道人类成纤维细胞在衰老WI-38越来越多的修改。(一)主要改性蛋白质的亚细胞位置之前报道在衰老成纤维细胞。罕见的初级本地化条款分组
其他代表识别总量的不到6%。(b)蛋白质被规范化分组途径通过使用创新路径分析(智慧系统,
http://www.ingenuity.com/)。酒吧代表规范化路径识别,命名的
x
设在。的
y
设在显示的−日志
P值计算基于确切概率法。虚线代表阈值上面有统计上显著比预期更多的基因在生物功能的机会。(c)蛋白质网络是用聪明才智获得途径。蛋白质在红色对应的一些蛋白质识别为越来越多的修改在衰老成纤维细胞。白色开放节点表明蛋白质不确定分析,但相关监管的一些蛋白质鉴定。信息分析的生物功能和途径以及网络交互可在独创性通路分析网站。一行表示绑定的蛋白质,而与一个箭头表示“行为。“虚线表示间接交互。
![]()
![]()
![]()
数据挖掘在分子关系进行检测的目的细胞通路可能扰乱复制衰老。主要类别包括关键的细胞过程,如线粒体功能障碍;柠檬酸周期;butanoate;碳水化合物;脂质和丙酮酸代谢;氧化磷酸化;精氨酸和脯氨酸代谢(图
1 (b))。在功能层面上,减少线粒体ATP再生能力被描述在老化(
27]。线粒体蛋白质特别值得注意的是,氧化在WI-38复制衰老成纤维细胞的目标,比如iron-sulfur单元复杂的我和ATP合酶α亚基。此外,之前发现HNE抑制许多呼吸链复合物的活性
在体外(
28],线粒体呼吸也影响孵化年龄诱导的线粒体丙酮醛(
29日]。酶和苹果酸脱氢酶,2-oxoglutarate脱氢酶E1组件,glycerol-3-phosphate脱氢酶、甘油激酶,谷氨酰胺酶被发现越来越修改复制衰老。这些发现表明,改性蛋白质负责能量代谢可能参与线粒体功能受损衰老细胞中观察到。
获得进一步洞察细胞通路在衰老表型的发展可能受到影响,蛋白质相互作用分析(图
1 (c)使用创新路径分析软件)。这一分析表明相互关系涉及到修改后的蛋白质在一个定义的网络。获得网络显示,过氧物酶体proliferator-activated受体(PPARγ
γ
)、肿瘤坏死因子(TNF)和胰岛素生长因子(IGF1)是这个网络中心节点。有趣的是,所有三种蛋白质都曾参与细胞衰老。例如,PPAR
γ
是配体依赖性转录因子核受体超家族的成员和调节基因表达的关键蛋白质参与葡萄糖/脂质代谢、血管炎症和增殖。先前的研究已经表明,PPAR
γ
激活促进细胞衰老在WI-38通过诱导成纤维细胞p16表达(
30.]。此外,蛋白质的修改也可能导致变更的interactome目标蛋白质,因此,影响其他nonmodified正常功能的蛋白质。例如,四个蛋白越来越多地修改复制衰老期间,与之交互的固醇调节元件结合转录因子1 (SREBF1),也参与细胞衰老
31日),使其与这些蛋白质受损的可能目标的联系。
3.2。在硅片< /斜体> <斜体>分析蛋白质羰基化作用过程中鉴别体内<斜体> < /斜体>衰老和衰老相关疾病
我们下一个解决蛋白质是否确认为期间越来越多的修改
在体外WI-38成纤维细胞的老化也发现哺乳动物在人类或动物模型在衰老和衰老相关疾病(神经退行性疾病、癌症和糖尿病),增加蛋白质羰基化一直证明。为此,一个特定的搜索进行蛋白质鉴定为越来越多的年龄或HNE羰基化作用或修改的文章发表在同行评议期刊。修改蛋白质识别在人类身上,但也在哺乳动物疾病模型(啮齿动物),被选中。共有183个蛋白质上市(补充表1,看到网上辅料doi: 10.1155 / 2012/919832)。改性蛋白被发现在大脑、小脑、脊髓、骨骼肌、肝脏、眼睛,脑脊髓和支气管肺泡液体。值得注意的是,大多数的蛋白质鉴定为越来越多的修改属于从大脑由于大量的研究解决蛋白质羰基化反应的重要性在一些神经退行性疾病的发病机制,如肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS),阿尔茨海默氏症、帕金森病和亨廷顿氏病。然而,一些蛋白质已确定持续修改在不同器官系统,如中枢神经系统、肝脏和眼睛,表明蛋白质这些修改的目标的光谱是守恒的。急性氧化应激条件没有被包括在这项研究中,但是我们最近所示人类肌母细胞即使在高浓度的过氧化氢,只有一组限制蛋白质氧化的目标(
32]。有趣的是,这些蛋白质羰基化作用不一定是最丰富的展览和不同很大程度上与蛋白质表达水平的变化总细胞蛋白质组(
32]。
注释的引用蛋白质的亚细胞位置进行基于信息存入人类蛋白质参考数据库(HPRD)。从线粒体细胞质蛋白是主要的,其次是蛋白质,细胞核,内质网和质膜(图
2(一个))。然而,重要的是要注意,大部分的研究都是在组织中可溶性总提取物、线粒体和膜蛋白总量相比,显然是未被充分代表的细胞蛋白质。
改性蛋白质的细胞定位和功能分组标识在衰老和衰老相关疾病。(一)主要蛋白质的亚细胞位置确认修改。(b)改性蛋白质的功能分组通过使用创新路径分析。酒吧代表确定的生物功能,命名的
x
设在。虚线代表阈值上面有统计上显著比预期更多的基因在生物功能的机会。
![]()
![]()
使用创新知识库功能注释也执行。蛋白主要分布在生物过程如炎症反应、细胞代谢、自由基清除,蛋白质合成和折叠(表
1)。此外,一些蛋白质属于不同的功能的家庭,因此他们的参与其他至关重要的细胞过程是不容忽视的。
蛋白质的功能类别确定为越来越多的修改在衰老和衰老相关疾病。Fisher精确检验和使用
P
价值是指每个生物功能分配的概率是由于单独的机会。
| 函数 |
P
价值 |
修改后的蛋白质 |
| 炎症反应 |
3.7
E
- - - - - -
28
|
__arg1 ACO2 ACTB, ALDH2 ALDOA,三,GAPDH, HSPA5, P4HB, PDIA3, PRDX1, PRDX6, SELENBP1, TKT TPI1 |
| 碳水化合物代谢 |
6.0
E
- - - - - -
11
|
ALDOA,三、ENO2 FBP1、GAPDH PGAM1, PGK1, PKLR, PKM2, TPI1 ACADM |
| 核酸代谢 |
1.4
E
- - - - - -
10
|
ACOT8, ALDH2 ATP5A1, ATP5B、CKM DPYSL2, GNB1, SCP2, SUCLA2 MDH2 |
| 细胞死亡 |
1.0
E
- - - - - -
9
|
ACAT1、ANXA2 __arg1、ATP5A1、G6PD G5TM5, HSPD1, SLC1A2, PIN1, PRDX2, PARK7 TUBA1A |
| 脂质代谢 |
6.9
E
- - - - - -
7
|
MDH1, MDH2、SDHA SDHB、OGDH SUCLA2, ACOT8, FABP4, GSTP1 SCP2 |
| 自由基清除 |
1.1
E
- - - - - -
7
|
铝青铜,SOD1、SOD2 PRDX1、PRDX2 PRDX6, VDAC1, ALDH2 GPX1 |
| 蛋白质折叠 |
6.9
E
- - - - - -
6
|
HSP90AA1、HSPA1A ERP29、HSPD1 HSPA8 HSP90AB1 |
| 氨基酸代谢 |
5.4
E
- - - - - -
6
|
__arg1、DDAH1、试管、燕麦、多环芳烃CKM PLOD3 |
| 蛋白质合成 |
5.8
E
- - - - - -
5
|
EEF2、GNB2L1 RPS6KB1 TUFM,战争,CCDC92 |
| 细胞迁移 |
8.0
E
- - - - - -
4
|
AP2M1、FSCN1 GNB1 TPM1, VIM, ACTB TAGLN2 |
关于蛋白质参与炎症反应,重要的是要注意,生理老化与慢性亚临床系统性炎症反应有关,也称为“inflamm-aging”,特点是高水平的血清促炎细胞因子如白介素6 (il - 6)、肿瘤坏死因子
α和急性期蛋白,如c反应蛋白(CRP) (
33]。炎症现在被认为是一个关键的致病因素的发展一些与年龄相关的疾病包括心血管疾病、2型糖尿病和神经退行性疾病(
33]。重要的是,炎性环境是高度氧化,增加蛋白质氧化被描述,生成一个正反馈过程。蛋白质参与能量代谢也证明引用修改后的蛋白质。最重要的规范途径在整个数据集包括:
糖酵解和糖质新生,
柠檬酸循环,
丙酮酸代谢、氨基酸降解,线粒体功能障碍,细胞死亡,butanoate新陈代谢,NRF-2氧化应激反应,细胞功能和维护(图
2 (b))。
3.3。比较衰老成纤维细胞的蛋白质羰基化作用与识别在体内<斜体> < /斜体>衰老和衰老相关疾病
12个蛋白(热休克71 KDa同源蛋白、波形蛋白、肌动蛋白、微管蛋白,glyceraldehyde-3-phosphate脱氢酶、ATP合酶,蛋白酶体亚基11日延长因子图,细胞色素b-c1复杂,膜联蛋白A5,蛋白酶体亚基α2型,和苹果酸脱氢酶),对应于约三分之一的蛋白质识别在WI38复制衰老成纤维细胞
在体外,也已经确认为越来越衰老和衰老相关疾病的修改在其他模型。
比较这两个数据集表示一个相似的蛋白质的目标在某种程度上这些修改。需要注意的是,大多数的研究已经取得了对大脑,蛋白质表达谱可以从成纤维细胞培养的一个方面有显著的差异
在体外。进一步的研究应该解决这个问题通过使用来自不同组织的衰老细胞。特别感兴趣的是人类衰老干细胞,因为他们开发时间和复制衰老。
异丙醇比较分析和功能分组衰老成纤维细胞的蛋白质鉴定和文献中报道的进行。分析显示几种常见分子和细胞功能参与这两个数据集(图
3)。重要的细胞功能,比如能源生产,碳水化合物代谢、蛋白质合成、折叠,和退化可能牵连,因为他们是直接修改的目标蛋白与细胞通路。在这两种情况下,潜在的共同机制,尽管这些
在网上分析,而预测和应由实验数据证实。
常见的细胞功能对比分析后在两个数据集。酒吧代表确定的生物功能,命名的
x
设在。的
y
设在显示的−日志
P
值计算基于确切概率法。虚线代表阈值上面有统计上显著比预期更多的基因在生物功能的机会。观察到的差异
P
为每个函数值在两组之间的差异是由于蛋白质的数量分配和参考数据集。
![]()
常见的流程提出相关疾病或至少导致衰老和衰老相关疾病,包括氧化应激增加,蛋白质积累损伤,和一般代谢功能障碍。然而,这些过程绝大部分都被视为独立事件。本研究的一个重要的结果是,一些催化中间代谢的酶,如糖酵解、糖质新生,柠檬酸循环,和脂肪酸代谢被发现被修改。这些结果表明潜在影响的蛋白质修饰在细胞能量代谢障碍。未来的研究应该解决这一重要问题结合代谢组学在细胞和器官老化和有针对性的蛋白质组学分析。