با دومین های protein متصل به z-f مشاهده شده است. اثرات مختلفی از جمله جابجایی z-f، تشکیل کمپلکس های ترکیبی، اکسیداسیون رزیدوهای سیتئین در دومین های متصل به فلز مشاهده شده است. تاخوردن نامناسب دومین های z-f با فقدان عملکرد درست protein همراه است. مختل شدن ساختارهای z-f ممکن است منجر به تداخل در پروسه های متعدد سلولی درگیر در بیان ژن، تنظیم رشد و حفاظت یکپارچه ژنومیک شود. همچنین این فلزات از طریق اثر بر روی فعالیت XPA و Fgp، دو پروتئین z-f موثر در ترمیم DNA باعث مهار ترمیم حذف نوکلئوتید و مهار ترمیم حذف باز می شوند (105).
2-8-3- نیکل
– یکی از مکانیسم های احتمالی آپوپتوز و سرطان های ناشی از نیکل، القاء ROS توسط ترکیبات نیکل است. ROS تولید شده در مسیرهای سیگنالینگ Akt (پروتئین کیناز B) درگیر است (شکل 25).
Akt سرین/تره اونین کینازها، یکی از تنظیم کننده های اصلی عمل زنده ماندن سلول در پاسخ به تحریک فاکتور رشد است. اعتقاد عمومی بر این است که این کینازها از طریق فسفوریلاسیون و مهار تعدادی از پروتئین های تنظیم کننده آپتوز، ضد آپپتوز هستند. گزارش شده است که کیناز 1 تنظیم کننده سیگنال آپپتوز (ASK1) توسط Akt در سرین 83 فسفریله می شود و فعالیتش کاهش می یابد.
ASK1، یک سرین تره اونین کیناز است که به عنوان یک پروتئین کیناز کیناز کیناز فعال کننده میتوژن (MAPKKK)، در پروتئین کیناز c-Jun N-terminal kinase/stress-activated (JNK/SAPK) و آبشارهای سیگنالینگ p38 MAPK در ابتدا کشف شد. امروزه، تحقیقات اصلی بر Akt، بر نقش آن در پیشرفت رشد سلول فوکوس کرده است. در مورد عملکردش در آپپتوز سلولی شناخت کمی وجود دارد. مطالعات اخیر خاطر نشان کرد که نیکل القاء کننده ROS، Akt را فعال می کند، که از طریق فسفوریلاسیون Thr838، سبب فعال شدن ASK1 می شود که منجر به فعالیت پایین دست p38 MAPK شده و سرانجام سبب آپپتوز سلولی می شود(107-106).
شکل 25: اثر نیکل بر مسیر سیگنالینگ.
– نیکل در انسان و حیوان یک سرطانزا می باشد که اثر اولیه شروع پروسه اش در گسترش سرطان ریه است. فلزات واسطه می توانند به DNA از طریق رادیکال های آزاد تولید شده توسط واکنش فنتون، آسیب برسانند.
پروتئین های انگشت روی به عنوان عوامل رونویسی ای که به طور خاص به توالی های کوتاه DNA متصل شده اند و کنترل رونویسی از تعدادی ژن را به عهده دارند، عمل می کنند.
آزمایشات نشان داده اند که فلزات مانند کبالت، کادمیم، مس، نیکل و آهن ممکن است به جای روی، در پروتئین انگشت روی جایگزین شوند. یک مکانیزم مهم سرطانزایی این فلز واسطه، افزایش پردازش اکسیداسیون احیاء سلولی توسط فلزات است. با جایگزینی اکسیداسیون احیای فلز به جای روی در پروتئین انگشت روی، انتظار تولید رادیکالهای آزاد است که ممکن است باعث تخریب DNA شود(109-108).
– اثر خارج سلولی نیکل که ممکن است در سرطانزایی آن نقش داشته باشد، تغییر در اتصال نرمال DNA-pr است. از آنجایی که تنظیم همانندسازی DNA و بیان ژن به تعاملات DNA-pr بستگی دارد، اثر نیکل در تغییر وسیع اتصال DNA-pr، ممکن است در تنظیم مداخله کند و منجر به فعالیت سرطانزایی ترکیبات نیکل شود(110).
– فعالیت پایدار NF-kB بوسیله مسیرهای سیگنالینگ فعال شده توسط فلز، می تواند منجر به فرآیندهای التهابی مزمن و بیماری های مرتبط، از جمله سرطان شود. تولید TNF-a, IL-1 B, IL-6 و IL-8 به علت نقش مهم آنها در بیماریهای التهابی مزمن و بیماریهای اتوایمیون افزایش پیدا کرد و سرانجام سبب توسعه سرطان شد. نتایج به دست آمده نشان داد که روی، نیکل و کادمیوم به میزان قابل توجهی NF-kB را فعال می کنند و کموکین IL-8 را انتشار می دهند (111).
– نیکل از طریق مسیرهای سیگنالینگ مختلف موجب بیان CCR7 (رسپتور کموکاین) در سلولهای دندرتیک انسان می شود. نیکل مستقیما بیان CCR7 را از طریق P38 MAPK و فعالیت JNK، فعال می کند(112).
– مطالعات نشان داد که، بیان پروتئین c-Myc بوسیله یونهای نیکل درسلولهای اپیتلیال نایژه ای انسان غیر توموری(Beas-2B) و سلولهای کراتینوسایت T افزایش می یابد. مطالعات همچنین نشان داد که یونهای نیکل در سلولهای Beas-2B سبب القاء آپپتوز می شوند. از بین بردن c-Myc در سیستم سلولی موش، اهمیت نقش c-Mycرا در آپپتوزهای القاء شده توسط یون فلز نشان داد. یون نیکل c-Myc موجود در Beas-2B را از طریق مسیر MEK/ERK تنظیم می کند. در مجموع، نتایج نشان می دهد که القاء c-Myc طراحی شده توسط یون نیکل از طریق یک مسیر وابسته به ERK رخ می دهد و نقش بسیار مهمی در آپپتوز ناشی از نیکل در سلولهای Beas-2B دارد(113).
2-8-4- آلومینیوم
– به صورت مزمن در معرض آلومینیوم بودن، به طور قابل توجهی میزان فعالیت PKC و MAPK را کاهش می دهد و میزان بیان ERK1/2 و CaMKII را در هیپوکامپوس کم می کند، LTP ناحیه CA1 هیپوکامپال، سبب ترمیم تواناییهای حافظه در موش ها می شود(114).
– با استفاده از سلول های سالم تحریک شده توسط فلوراید، آلومینیوم سبب کاهش تشکیل اینوزیتول فسفات به صورت وابسته به دوز می شود. در سلول های digitonin permeabilized، تحریک با GTP غیر قابل هیدرولیز، تشکیل فسفات اینوزیتول نیز با افزایش دوز آلومینیوم مهار شد. مانند مسیر حدواسط Ca+2، آلومینیوم باعث کاهش آزاد شدن IP3 می شود. در نتیجه آلومینیوم به عنوان یک عنصر اساسی برای انتقال سیگنال همراه فسفواینوزیتید، عمل می کند(115).
– آبشار سیگنالینگ فسفولیپید(شکل 26) یک سیستم اصلی در ترانسداکشن سلولی است و با سایر مکانیسم های سیگنال ترانسداکشن قرابت دارد. این آبشار شامل تعامل بین تولید پیامبرهای ثانویه و پروتئین های مختلف مانند کانالهای یونی، پروتئینهای کینازی و پروتئینهای سیگنالینگ است. نتیجه این تعامل ها می تواند متابولیسم را تغییر دهد. فسفاتیدیک اسید(PA) در آبشارهای سیگنالینگ و همچنین در بیوسنتز فسفولیپید پیشگام است. طبق تحقیقات، آلومینیوم اثرات مهاری بر روی PA در نتیجه بر روی سیگنالینگ فسفولیپید دارد. مهمترین مسیرهای تشکیل PA در سیگنالینگ گیاهان، فسفولیپاز C (PLC)، دی اسیل گلیسرول کیناز (DGK) و فسفولیپاز D (PLD) است. تاثیر Al بیشتر بر روی مسیر PLC/DGK می باشد(116).
شکل 26: آبشار سیگنالینگ فسفولیپید.
2-9- پیشگویی ساختمان پروتئین ها
داشتن اطلاعات درباره جزئیات ساختمان سه بعدی یک پروتئین برای توسعه درک عملکرد آن ضروری است. متاسفانه در مقایسه با تعداد بسیار زیاد توالی های شناخته شده، ساختمان تعداد کمی از پروتئینها شناخته شده است. با رشد بیشتر شکاف بین توالی ها و ساختمان های شناخته شده، نیاز به توسعه روشهای پیشگویی ساختمان که قابل اعتماد باشند افزایش یافته ‌است، بویژه برای پروتئینهایی که تعیین ساختمان آنها به طریق تجربی ممکن نباشد و پروتئینی با توالی مشابه با آن که ساختمانش شناخته شده باشد نیز یافت نشود. بعلاوه روشهای پیشگویی موفق، به روشن شدن رابطه بین توالی اسیدهای آمینه و ساختمان پروتئین ها کمک میکند و میتواند به طراحی پروتئینهای جدید و مهندسی آنها کمک کند.
2-9-1- بررسی ساختار پروتئین ها
ساختارهای اول، دوم، سوم و چهارم پروتئین ها را می توان با روشهای بیوانفورماتیک بدست آورد. ساختار دوم با روش CD و FTIRو ساختار سوم با روش اسپکتروسکوپی فلورسانس ذاتی، می تواند مشخص شود(117).
2-9-2- مطالعه ی ساختاری پروتئین ها
اغلب پروتئین ها دارای توالی متشکل از ترکیب بیست نوع ال-اسیدآمینه که در طبیعت یافت می شوند هستند. در این بین تنها سه اسید آمینه ی ضروری تیروزین، تریپتوفان و فنیل آلانین (شکل27)، قادر به جذب انرژی فرابنفش در طیف الکترومغناطیسی می باشند و تا حد زیادی خواص منحصر به فرد اسپکترال پروتئین ها به این سه اسید آمینه نسبت داده شده است. این سه اسیدآمینه طول موج جذب و نشر متفاوتی دارند. تریپتوفان نسبت به تیروزین و فنیل آلانین خاصیت فلوئورسانس بیشتری دارد (جدول2)، هرچند خواص فلوئورسانس تریپتوفان وابسته به محیط می باشد. به عنوان مثال زمانیکه قطبیت محلول کاهش پیدا می کند متعاقب آن طیف فلوئورسانس به سمت طول موج کوتاهتر شیفت می یابد و شدت نشر فلوئورسانس هم افزایش می یابد. این به این دلیل است که ریشه های تریپتوفان بیشتر داخل نواحی هیدروفوبیک پروتئین می شود و موجب ایجاد یک شیفت در طیف نشری می گردند. این پدیده در مطالعات دناتوراسیون پروتئین ها استفاده می شود (118). بنابراین بر حسب تعداد این سه اسید آمینه و نیز محل قرار گیری آن ها در یک پروتئین، این سه اسید آمینه می توانند اطلاعاتی درباره ی ساختار پروتئین فراهم کنند. خواص اسپکترال این اسیدآمینه ها به طور خالص در محلول بررسی شده است. از این خواص طیفی برای تعیین ویژگی های جذبی پروتئین ها در حالت طبیعی و فولد شده در مقایسه با حالت غیرطبیعی و دناتوره شده در حضور گرما برای مشخص شدن میزان پایداری استفاده شده است (119).
شکل 27: ساختار شیمیایی اسیدآمینه های تیروزین، تریپتوفان و فنیل آلانین.
جدول2: خصوصیات فلوئورسانس اسیدآمینه های آروماتیک.
2-9-3- تکنیک های مطالعه ی ساختار پروتئین ها
2-9-3-1- تاخوردگی(Folding) پروتئین ها
برای اینکه یک پروتئین بتواند به درستی عملکرد های بیولوژیکی خود را انجام دهد باید پایدار و به خوبی فولد شده باشد. گرچه اطلاعات بسیاری درمورد کنفورماسیون و نحوه ی سنتز بیولوژیکی پروتئین ها موجود است اما با این حال در مورد ساختار آن ها و نیز نحوه ی فولد شدن پروتئین ها اطلاعات کمی وجود دارد. همچنین تعیین ویژگی های ساختاری پروتئینی که نیمه فولد شده یعنی زمانی که پروتئین در مرحله ی حدواسط در فرآیند فولد شدن پروتئین ها قرار دارد برای درک مکانیسم فولدینگ اهمیت حیاتی دارد. به این دلیل که ماهیت تعاونی فرآیند فولدینگ اجازه نمی دهد که پروتئین نیمه تاخورده در شرایط حد واسط بیشتر از چند دقیقه در شرایط تعادل و پایدار باقی بماند از این رو مطالعات کینتیکی برای تشخیص حد واسط ها نیاز است. با این حال نشان داده شده که تعدادی از پروتئین ها تحت شرایط دناتوراسیون قادرند پروتئین نیمه تاخورده ی مرحله ی حد واسط خود را به صورت پایدار نشان دهند. شواهدی وجود دارد که نشان میدهد این حد واسط ها که اصطلاحا کره ی مذاب نامیده می شوند در فرآیندهای کینتیکی قابل تشخیص هستند. با این حال بازهم جزئیات مولکولی آن ها را به سختی می توان به طور تجربی حتی در شرایط تعادل مشخص کرد. فقدان اطلاعات در مورد تشکیل حد واسط ها فرآیند تاخوردگی مجدد پروتئین های دناتوره شده را به حالتی که از نظر عملکرد بیولوژیکی طبیعی است بسیار پیچیده می کند. پیچیدگی این فرآیند در مورد مولتی دومین پروتئین بیشتر می باشد (120).
2-9-3-2- مطالعه ی تاخوردگی(Folding) مولتی دومین پروتئین ها
آنالیز ژنوم گویای این مطلب است که بخش قابل توجهی از پروتئین ها بیش از یک دومین دارند. جزئی از پروتئین که دارای ساختار و عملکرد مجزا است و اغلب به صورت مجزا بیان می شود دومین نامیده می شود. برای مثال لایزوزیم با اینکه دو دومین ساختاری دارد اما به عنوان یک پروتئین تک دومین شناخته می شود، به این دلیل که هیچ یک از دومین ها به تنهایی پایدار نیستند. علاوه براین، این تعریف شامل پروتئین های ساخته شده از واحدهای تکراری کوچک که به تنهایی نمی توانند بیان شوند نمی شود. حدود 40 تا 65 درصد پروکاریوت ها حاوی پروتئین های چند دومینی می باشند که این درصد در یوکاریوت ها 65 تا 80 درصد است. در یک پروتئین مولتی دومین، دومین ها با یک اتصال دهنده ی کوتاه و ساختاری و یا یک اتصال دهنده ی بلند و انعطاف

مطلب مشابه :  منابع مقاله با موضوع نیازهای اجتماعی