Arginylation
આર્જીનાઈલેશન એ અનુવાદ પછીનો ફેરફાર છે જેમાં એન્ઝાઇમ, આર્જીનિલટ્રાન્સફેરેઝ (એટીઈ1) દ્વારા એન-ટર્મિનલ એમિનો જૂથ અથવા પ્રતિક્રિયાશીલ એમિનો એસિડની બાજુની સાંકળોમાં આર્જિનિન (એઆરજી) ના ઉમેરા દ્વારા પ્રોટીનમાં ફેરફાર કરવામાં આવે છે. તાજેતરના અભ્યાસોએ એ પણ જાહેર કર્યું છે કે વિવોમાં સેંકડો પ્રોટીન આર્જીનાઈલેટેડ છે, પ્રોટીન જે ઘણા જૈવિક માર્ગો માટે જરૂરી છે. જૈવિક સેટિંગમાં હજુ પણ નબળી રીતે સમજવામાં આવ્યું હોવા છતાં, એટીઇ 1 એન્ઝાઇમ ખૂબ જ સંરક્ષિત છે જે સૂચવે છે કે આર્જિનાઇલેશન એ એક મહત્વપૂર્ણ જૈવિક પોસ્ટ-ટ્રાન્સલેશનલ ફેરફાર છે. એ. ટી. ઈ. 1 લક્ષ્યાંકોના ઉદાહરણો કે જે ઓળખવામાં આવ્યા છે તેમાં ઓર્નિથિન ડીકાર્બોક્સિલેઝ., થાઇરોગ્લોબ્યુલિન, ઇન્સ્યુલિન અને ન્યુરોટેન્સિનનો સમાવેશ થાય છે. 1963માં સંશોધકોના એક જૂથે અવલોકન કર્યું હતું કે ચોક્કસ કિરણોત્સર્ગી એમિનો એસિડને રાઇબોઝોમ-મુક્ત કોષ અને પેશીઓના અર્કમાંથી મેળવેલા પ્રોટીનમાં સામેલ કરવામાં આવી રહ્યા છે. રાઇબોઝોમ-અભાવ કોષોમાં એમિનો એસિડનો આ સમાવેશ સૌપ્રથમ લ્યુકિન (લ્યુ) અને ફેનીલાલાનિન (ફે) નો ઉપયોગ કરીને પ્રોકેરીયોટ્સમાં જોવા મળ્યો હતો, અને આર્જિનિનનો ઉપયોગ કરીને સસ્તન પ્રાણીઓના યકૃતના અર્કમાં વધુ શોધ કરવામાં આવી હતી. રાઇબોઝોમ-અભાવ કોષોમાં અન્ય એમિનો એસિડનો સમાવેશ સમાન પરિણામો આપવામાં નિષ્ફળ ગયો, જે સૂચવે છે કે આ પદ્ધતિ બેક્ટેરિયામાં લ્યુસીન અને ફેનીલાલાનિન અને સસ્તન પ્રાણીઓમાં આર્જિનિન માટે વિશિષ્ટ હતી. આર્જિનાઇલેશનનું સૌથી રસપ્રદ પાસું એ છે કે આર્જિનાઇલેશન માટે ઉપયોગમાં લેવાતા એમિનો એસિડને એમિનોસિલ ટી. આર. એન. એ. માંથી લક્ષ્ય પ્રોટીન પર સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવે છે, અન્ય કોઈપણ અનુવાદાત્મક ઘટકોનો ઉપયોગ કર્યા વિના. અનુવાદ પછી પ્રોટીનમાં ફેરફાર કરવાની આ રીત પ્રોટીન ઉપરાંત અન્ય કોઈપણ એમિનો એસિડમાં થતી નથી, જેમ કે ગ્લાયસિલેશન, ગ્લુટામિલેશન અને ટાયરોસિનેશન જે આર્જિનાઇલેશનને ખરેખર અનન્ય બનાવે છે. આ ફેરફાર અને તેની પદ્ધતિની શોધ પછી, આ ફેરફારને પ્રોત્સાહન આપતા ઉત્સેચકો અથવા ઉત્સેચકોને ઓળખવા માટે વધુ સંશોધન કરવામાં આવ્યું હતું. છોડ અને ગિનિ-પિગ વાળના ઠળિયા બંનેમાં આ ફેરફાર માટે જવાબદાર એન્ઝાઇમને ઓળખ્યા પછી, તેને ક્લોન કરવામાં આવ્યું હતું અને ખમીરમાં લાક્ષણિકતા આપવામાં આવી હતી અને તેની ક્ષમતાને કારણે તેને ATE1 નામ આપવામાં આવ્યું હતું. પછીના અભ્યાસોએ વિવિધ જનીનોને પણ ઓળખી કાઢ્યા છે જે બહુવિધ પ્રજાતિઓમાં ATE1 ઉત્સેચકો માટે કોડ કરે છે, જે નિષ્કર્ષ તરફ દોરી જાય છે કે તમામ યુકેરીયોટ્સમાં ATE1 હાજર છે. લક્ષ્ય સાઇટ્સ એન-ટર્મિનસ એ. ટી. ઇ. 1 (ઈન વિટ્રો અને ઈન વિવો) દ્વારા આર્જિનાઇલેશનના પ્રારંભિક લક્ષ્યોની ઓળખ પર, એક પેટર્ન ઉભરી આવી. આ પેટર્ન દર્શાવે છે કે એ. ટી. ઇ. 1 એ પ્રોટીન અથવા પેપ્ટાઇડની એન-ટર્મિનલ બાજુ પર ખુલ્લા એસિડિક એમિનો એસિડ એસ્પેરાજિન અથવા ગ્લુટામાઇન ધરાવતા પ્રોટીન અને પેપ્ટાઇડ્સ માટે ઉચ્ચ આકર્ષણ દર્શાવ્યું હતું. ઉચ્ચ ચોકસાઇ માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી દ્વારા સહાયિત વધુ અભ્યાસોએ વિવિધ કોષો અને પેશીઓમાંથી સેંકડો પ્રોટીન જાહેર કર્યા છે જે આર્જિનાઇલેટેડ કરવામાં આવ્યા છે. આમાંના કેટલાક પ્રોટીન તેમના એન-ચેઇન ટર્મિનસ પર આર્જિનાઇલેશન પણ પ્રદર્શિત કરે છે, પરંતુ તેમાં એસ્પેરાજિન અથવા ગ્લુટામાઇન સિવાયના અવશેષો હોય છે. જેમ કે, આર્જિનાઇલેશન અભ્યાસ હજુ પણ પ્રારંભિક તબક્કામાં છે અને આર્જિનાઇલેશનની વિશિષ્ટતામાં વધુ સંશોધન કરવું આવશ્યક છે. જો કે, એવી ધારણા કે આર્જિનાઇલેશન માત્ર એન-ટર્મિનસ પર થાય છે તે પ્રોટીનની માત્રાને ગંભીર રીતે મર્યાદિત કરે છે જે આર્જિનાઇલેટેડ હોવાની શક્યતા હતી. આનું કારણ એ છે કે, જો એન-ટર્મિનસ ધારણા પર જ આર્જિનાઇલેશનની પસંદગી સાચી હોય, તો એન-ટર્મિનસ પર મેથિઓનાઇનથી શરૂ થતા પ્રોટીન સિક્વન્સને કારણે અખંડ પ્રોટીન પર આર્જિનાઇલેશન ક્યારેય થઈ શકશે નહીં અને પ્રિફર્ડ એસ્પેરાજિન અથવા ગ્લુટામાઇન નહીં. આ ધારણા ટૂંક સમયમાં ખોટી સાબિત થઈ હતી જ્યારે તેના ક્રમની મધ્યમાં આર્જીનાઈલેટેડ અવશેષો સાથે પ્રોટીનની શોધ થઈ હતી. જોકે એન-ટર્મિનસ આર્જિનાઇલેશનને મૂળ રીતે એટીઇ1 ઉત્સેચકો દ્વારા લક્ષ્યાંકિત કરવા માટેનું એકમાત્ર સ્થળ માનવામાં આવતું હતું, તાજેતરમાં એવું જાણવા મળ્યું છે કે આર્જિનાઇલેશન પ્રોટીનની પેપ્ટાઇડ સાંકળની મધ્યમાં પણ થઈ શકે છે. આ અભૂતપૂર્વ ફેરફારની પ્રથમ શોધ ત્યારે થઈ જ્યારે કેન્દ્રીય ચેતાતંત્રમાં જોવા મળતા જૈવિક પેપ્ટાઇડ ન્યુરોટેન્સિનને કોષોમાંથી અલગ કરવામાં આવ્યું હતું અને તે શોધવામાં આવ્યું હતું કે આર્જિનિન મધ્ય-સાંકળ ગ્લુટામાઇન અવશેષ સાથે જોડાયેલું હતું. આ શોધે આર્જીનાઈલેશન કેવી રીતે થાય છે તેનો દૃષ્ટિકોણ બદલી નાખ્યો, કારણ કે આનો અર્થ એ થયો કે અખંડ પ્રોટીનને સંશોધિત અને આર્જીનાઈલેટ કરવાની રીતો હોઈ શકે છે. મધ્ય-સાંકળ આર્જિનાઇલેશનનો વ્યાપ નક્કી કરવાના પ્રયાસરૂપે, વિવિધ પેપ્ટાઇડ્સની માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી સ્ક્રીન કરવામાં આવી હતી. આ પ્રયોગના પરિણામોએ વિવિધ પ્રોટીનની વિપુલતા જાહેર કરી હતી જેમાં તેમની પેપ્ટાઇડ સાંકળની મધ્યમાં હાજર સંશોધિત એસ્પેરાજિન અને ગ્લુટામાઇન અવશેષો હતા, અને વધુ અભ્યાસોએ નક્કી કર્યું હતું કે ATE1 પણ આ પ્રતિક્રિયામાં મધ્યસ્થી કરી શકે છે. ખરેખર, આ શોધે આર્જિનાઇલેશનના જૈવિક અવકાશને એવું સૂચન કરીને બદલી નાખ્યો કે આર્જિનાઇલેશન સંપૂર્ણપણે અખંડ પ્રોટીન પર પણ થઈ શકે છે, માત્ર પ્રોટીનના ટુકડાઓ અથવા પૂર્વ-પ્રોસેસ્ડ પ્રોટીનના એન-ટર્મિનસ પર નહીં. પરિણામ 1986 માં, એન-એન્ડ નિયમ સ્પષ્ટ કરવામાં આવ્યો હતો, અને તે જણાવે છે કે પ્રોટીનના એમિનો એસિડ ક્રમના એન-ટર્મિનસ પર એમિનો એસિડની ઓળખ પ્રોટીનનું અર્ધ-જીવન નક્કી કરે છે. પ્રોટીનના અર્ધ-જીવન પર આર્જિનાઇલેશનની અસરો નક્કી કરવાના પ્રયાસરૂપે, સુધારેલા યીસ્ટના પ્રોટીનનો ઉપયોગ કરીને ઘણા અભ્યાસો કરવામાં આવ્યા હતા. આ અભ્યાસો દર્શાવે છે કે જ્યારે પ્રોટીનને એન-ટર્મિનિનો સમાવેશ કરવા માટે એન્જિનિયર્ડ કરવામાં આવ્યા હતા જે આર્જિનાઇલેટેડ હતા, ત્યારે સુધારેલા પ્રોટીન ચયાપચયની રીતે અસ્થિર હતા. વધુમાં, એવું પણ જાણવા મળ્યું હતું કે જ્યારે પ્રોટીન આર્જીનાઈલેટેડ હોય ત્યારે પ્રોટીન સર્વવ્યાપકતા અને અધઃપતન થવાની શક્યતા વધુ હોય છે. આ પ્રયોગોમાંથી એકત્ર કરવામાં આવેલા પુરાવાઓ સ્પષ્ટ કરે છે કે વિવોમાં આર્જિનાઇલેશન તેમના એન-ટર્મિનસ પર એસ્પેરાજિન અને ગ્લુટામાઇન અવશેષો સાથે પ્રોટીનના અધઃપતન તરફ દોરી જાય છે. જો કે, તાજેતરના કેટલાક અભ્યાસો પણ થયા છે જેમાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે પ્રોટીનનું અધઃપતન એ આર્જિનાઇલેશનનું પ્રચલિત કાર્ય ન પણ હોઈ શકે, પરંતુ અમુક પ્રોટીન યોગ્ય રીતે કાર્ય કરે તે માટે આ ફેરફાર પણ મહત્વપૂર્ણ હોઈ શકે છે. દાખલા તરીકે, જ્યારે બીટા એમીલોઇડ પ્રોટીન પર આર્જિનાઇલેશન થાય છે, ત્યારે પ્રોટીનને તેમના યોગ્ય આલ્ફા હેલિકલ આકારમાં માર્ગદર્શન આપવામાં આવે છે અને તેને ખોટી રીતે ફોલ્ડિંગ અને એકત્રીકરણ કરવાથી પણ અટકાવવામાં આવે છે. અન્ય પ્રોટીન કે જે આર્જિનાઇલેશનથી લાભ મેળવે છે તે કેલરેટિક્યુલિન છે કારણ કે જ્યારે તેમાં ફેરફાર કરવામાં આવે છે, ત્યારે એન્ડોપ્લાઝ્મિક રેટિક્યુલમ સ્ટ્રેસ દરમિયાન તેની ભૂમિકા કોષોમાંથી સંપૂર્ણપણે દૂર કરવાને બદલે સરળ બને છે. કારણ કે આર્જિનાઇલેશનની અધોગતિ અને સુવિધા બંને અસરોને ઓળખવામાં આવી છે અને તેનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે, તે સ્પષ્ટ છે કે કોષોમાં પ્રોટીનના નિયમનમાં આર્જિનાઇલેશનની મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા છે. નિયમન તે અનુવાદ પછીના ઓછા સમજી શકાય તેવા ફેરફારને કારણે, આર્જિનાઇલેશન અને વિવોમાં તેનું નિયમન હજુ પણ મોટા ભાગે ગુપ્ત રહે છે. એ. ટી. ઇ. 1 ની અભિવ્યક્તિ વિવિધ પેશીઓમાં નોંધપાત્ર રીતે બદલાઈ શકે છે, પરંતુ આ પેશીઓમાં તેનું સ્તર મધ્ય-વિકાસ સમયે ટોચ પર હોય છે પરંતુ જીવતંત્રની ઉંમર સાથે ઘટવાનું શરૂ કરે છે. એવું પણ જોવામાં આવ્યું છે કે વિવિધ શારીરિક સંયોજનો અને દવાઓ વિવોમાં આર્જિનિનના સમાવેશને અસર કરી શકે છે, પરંતુ એવી ધારણા કરવામાં આવે છે કે આ બિન-વિશિષ્ટ રીતે થાય છે. જેમ કે, એવું માનવામાં આવે છે કે ATE1 પ્રવૃત્તિને નિયંત્રિત કરતા અવરોધકો અને સક્રિયકો, અને તેથી આર્જિનાઇલેશન, વિવોમાં અસ્તિત્વમાં હોઈ શકે છે. પ્રોટીનને ચયાપચયની રીતે અસ્થિર બનાવવાની આર્જિનાઇલેશનની ક્ષમતા, જેમ કે યીસ્ટમાં જોવા મળે છે, તે પ્રોટીનને દૂર કરવા માટે એક આકર્ષક લક્ષ્ય બનાવે છે જે આ રીતે સુધારવામાં આવ્યા છે. સારી લાક્ષણિકતા ધરાવતા આર્જીનાઈલેશન નિયમનકારોમાંનું એક છે યુબીક્વિટિન આધારિત પ્રોટીનનું અધઃપતન જે ઝડપથી હાનિકારક પ્રોટીનનું અધઃપતન કરે છે અને દૂર કરે છે. આર્જીનાઈલેશનનું આ મહત્વપૂર્ણ નિયમનકાર આ અનુવાદ પછીના ફેરફારની વિશિષ્ટતાને સરળ બનાવે છે અને વિવોમાં આર્જીનાઈલેટેડ ન હોય તેવા પ્રોટીનને અસરકારક રીતે દૂર કરે છે. છેલ્લે, વિવોમાં આર્જિનાઇલેશનને નિયંત્રિત કરવાની એક અપ્રમાણિત પરંતુ અત્યંત આકર્ષક પદ્ધતિ ડી-આર્જિનાઇલેશન ઉત્સેચકોનો ઉપયોગ સૂચવે છે જે પ્રોટીનમાં અનુવાદ પછી ઉમેરવામાં આવેલા આર્જિનિનને દૂર કરવામાં સક્ષમ હોઈ શકે છે. એમિનોપેપ્ટિડેઝ બી અને કાર્બોક્સીપેપ્ટિડેઝ બી જેવા ઉત્સેચકો અનુક્રમે પ્રોટીન એન-ટર્મિનસ અને સાઇડ ચેઇન કાર્બોક્સિલ જૂથોમાંથી આર્જિનિનને દૂર કરવામાં સક્ષમ છે, પરંતુ ખાસ કરીને આર્જિનાઇલેટેડ સાઇટ્સને લક્ષ્ય બનાવતા નથી. પ્રસ્તાવિત ડી-આર્જિનાઇલેશન ઉત્સેચકો અગાઉ ઉલ્લેખિત ઉત્સેચકો એમિનોપેપ્ટિડેઝ બી અને કાર્બોક્સીપેપ્ટિડેઝ બી જેવી જ રીતે કાર્ય કરે છે, પરંતુ તે હકીકતમાં અલગ છે કે તેઓ ખાસ કરીને આર્જિનાઇલેટેડ પ્રોટીન સબસ્ટ્રેટ્સને લક્ષ્ય બનાવે છે. જો કે આ ઉત્સેચકો હજુ સુધી શોધાયા નથી, તેમ છતાં આ ઉત્સેચકોની શોધ અને શોધ વધુ અભ્યાસ માટે એક ઉત્તેજક માર્ગ છે. યીસ્ટમાં ATE1 નોકઆઉટને કારણે શરૂઆતમાં બિન-આવશ્યક પ્રક્રિયા તરીકે રદ કરાયેલા માર્ગો દ્વારા નિયંત્રિત, પછીના અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે આર્જિનાઇલેશન ઘણી જૈવિક પ્રક્રિયાઓમાં નોંધપાત્ર ભૂમિકા ભજવે છે. ઉંદર અને ડ્રોસોફિલામાં એટીઈ1ના નોકઆઉટના પરિણામે બંને પ્રજાતિઓ માટે ગર્ભ ઘાતકતા સર્જાઈ હતી. જીવતંત્રના વિકાસમાં ATE1 નોકઆઉટની અસરોનું નિરીક્ષણ કરવા માટે માઉસ મોડેલનો ઉપયોગ કરીને વધુ અભ્યાસો દર્શાવે છે કે જનીનની ખોટ અસામાન્ય કાર્ડિયાક અને ક્રેનિઓફેશિયલ મોર્ફોજેનેસિસ, ક્ષતિગ્રસ્ત એન્જીયોજેનેસિસ અને અર્ધસૂત્રણમાંથી પસાર થવાની કોશિકાઓની ક્ષમતામાં પરિણમી હતી. જન્મ પછી, ATE1 નોકઆઉટ વજનમાં ઘટાડો, વંધ્યત્વ અને માનસિક મંદતામાં પરિણમ્યું. વધુમાં, એક મોડેલ પ્લાન્ટ ઓર્ગેનિઝમ, અરેબિડોપ્સિસ થાલિયાનામાં ATE1 કાઢી નાખવાની અસરોનું નિરીક્ષણ કરવાથી ખામીયુક્ત અંકુર અને પાંદડાનો વિકાસ, અસામાન્ય બીજ અંકુરણ અને પાંદડાના વૃદ્ધત્વમાં વિલંબ થયો હોવાનું બહાર આવ્યું છે. તેથી એ. ટી. ઈ. 1 ઉત્સેચકના નોકઆઉટના પરિણામે થતી અપક્રિયાઓ સૂચવે છે કે યુકેરીયોટ્સની અંદર ઘણા શારીરિક માર્ગો માટે આર્જિનાઇલેશન જરૂરી છે. અનુવાદ પછીના ફેરફારો યુબીક્વિટિન સંદર્ભો બાયોકેમિસ્ટ્રી પણ જુઓ.