Arginylation
आर्जिनाइलेशन एक अनुवाद के बाद का संशोधन है जिसमें प्रोटीन को एन-टर्मिनल एमिनो समूह या प्रतिक्रियाशील एमिनो एसिड की साइड चेन में आर्जिनिन (ए. आर. जी.) को एंजाइम, आर्जिनाइलट्रांसफेरेज (ए. टी. ई. 1) द्वारा जोड़कर संशोधित किया जाता है। हाल के अध्ययनों से यह भी पता चला है कि विवो में सैकड़ों प्रोटीन आर्जिनाइलेटेड हैं, प्रोटीन जो कई जैविक मार्गों के लिए आवश्यक हैं। जबकि अभी भी एक जैविक सेटिंग में खराब तरीके से समझा गया है, एटीई1 एंजाइम अत्यधिक संरक्षित है जो बताता है कि आर्जिनाइलेशन एक महत्वपूर्ण जैविक पोस्ट-ट्रांसलेशनल संशोधन है। ए. टी. ई. 1 लक्ष्यों के उदाहरण जिनकी पहचान की गई है, उनमें ऑर्निथिन डिकार्बोक्सिलेस., थायरोग्लोबुलिन, इंसुलिन और न्यूरोटेंसिन शामिल हैं। 1963 में, शोधकर्ताओं के एक समूह ने पाया कि राइबोसोम-मुक्त कोशिका और ऊतक निष्कर्षों से प्राप्त प्रोटीन में विशिष्ट रेडियोधर्मी अमीनो एसिड को शामिल किया जा रहा था। राइबोसोम की कमी वाली कोशिकाओं में अमीनो एसिड का यह समावेश पहली बार ल्यूसीन (ल्यू) और फेनिललैनिन (फे) का उपयोग करके प्रोकैरियोट्स में देखा गया था, और आगे आर्जिनिन का उपयोग करके स्तनधारी यकृत अर्क में खोजा गया था। राइबोसोम की कमी वाली कोशिकाओं में अन्य अमीनो एसिड का समावेश समान परिणाम देने में विफल रहा, यह सुझाव देते हुए कि तंत्र बैक्टीरिया में ल्यूसीन और फेनिललैनिन और स्तनधारियों में आर्जिनिन के लिए विशिष्ट था। आर्जिनाइलेशन के सबसे दिलचस्प पहलुओं में से एक यह है कि आर्जिनाइलेशन के लिए उपयोग किए जाने वाले अमीनो एसिड को अमीनोसिल टी. आर. एन. ए. से लक्षित प्रोटीन पर स्थानांतरित किया जाता है, बिना किसी अन्य ट्रांसलेशनल घटकों के उपयोग के। अनुवाद के बाद प्रोटीन को संशोधित करने का यह तरीका प्रोटीन के अलावा किसी अन्य एमिनो एसिड में नहीं होता है, जैसे कि ग्लाइसीलेशन, ग्लूटामाइलेशन और टायरोसिनेशन में जो आर्जिनाइलेशन को वास्तव में अद्वितीय बनाता है। इस संशोधन और इसके तंत्र की खोज पर, एक एंजाइम या एंजाइम की पहचान करने के लिए आगे का शोध किया गया जो इस संशोधन को बढ़ावा देते हैं। पौधों और गिनी-सुअर के बालों के रोम दोनों में इस संशोधन के लिए जिम्मेदार एंजाइम की पहचान करने के बाद, इसे क्लोन किया गया और खमीर में विशेषता दी गई और इसकी क्षमता के कारण इसे एटीई1 नाम दिया गया। बाद के अध्ययनों ने विभिन्न जीनों की भी पहचान की है जो कई प्रजातियों में ए. टी. ई. 1 एंजाइमों के लिए कोड करते हैं, जिससे यह निष्कर्ष निकलता है कि ए. टी. ई. 1 सभी यूकेरियोट्स में मौजूद है। लक्ष्य स्थल एन-टर्मिनस ए. टी. ई. 1 (इन विट्रो और इन विवो) द्वारा आर्जिनाइलेशन के प्रारंभिक लक्ष्यों की पहचान पर, एक पैटर्न उभरा। इस पैटर्न से पता चला कि ए. टी. ई. 1 ने प्रोटीन और पेप्टाइड्स के लिए एक उच्च आत्मीयता प्रदर्शित की जिसमें अम्लीय अमीनो एसिड एस्पेराजिन या ग्लूटामाइन होते हैं जो प्रोटीन या पेप्टाइड के एन-टर्मिनल पक्ष पर उजागर होते हैं। उच्च परिशुद्धता द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री द्वारा सहायता प्राप्त आगे के अध्ययनों से विभिन्न कोशिकाओं और ऊतकों से सैकड़ों प्रोटीन का पता चला है जिन्हें आर्जिनाइलेटेड किया गया है। इनमें से कई प्रोटीनों ने अपने एन-चेन टर्मिनियों पर आर्जिनाइलेशन भी प्रदर्शित किया, लेकिन इसमें एस्पेराजिन या ग्लूटामाइन के अलावा अन्य अवशेष शामिल थे। इस प्रकार, आर्जिनाइलेशन अध्ययन अभी भी प्रारंभिक चरणों में हैं और आर्जिनाइलेशन की विशिष्टता में आगे का शोध किया जाना चाहिए। हालांकि, यह धारणा कि आर्जिनाइलेशन केवल एन-टर्मिनस पर होता है, उन प्रोटीनों की मात्रा को गंभीर रूप से सीमित कर देता है जिनके आर्जिनाइलेटेड होने की संभावना थी। यह इस तथ्य के कारण है कि, यदि केवल एन-टर्मिनस धारणा पर होने वाले आर्जिनाइलेशन की प्राथमिकता सही थी, तो एन-टर्मिनस पर मेथियोनीन से शुरू होने वाले प्रोटीन अनुक्रमों के कारण अक्षुण्ण प्रोटीन पर आर्जिनाइलेशन कभी नहीं हो पाएगा, न कि पसंदीदा एस्पेराजिन या ग्लूटामाइन के कारण। यह धारणा जल्द ही गलत साबित हो गई जब एक प्रोटीन की खोज की गई जिसके अनुक्रम के बीच में एक आर्जिनाइलेटेड अवशेष था। हालांकि एन-टर्मिनस आर्जिनाइलेशन को मूल रूप से एटीई1 एंजाइमों द्वारा लक्षित करने के लिए एकमात्र स्थान माना जाता था, हाल ही में यह पता चला है कि आर्जिनाइलेशन प्रोटीन की पेप्टाइड श्रृंखला के बीच में भी हो सकता है। इस अभूतपूर्व संशोधन की पहली खोज तब हुई जब केंद्रीय तंत्रिका तंत्र में पाए जाने वाले एक जैविक पेप्टाइड न्यूरोटेंसिन को कोशिकाओं से अलग किया गया और यह पता चला कि आर्जिनिन एक मध्य-श्रृंखला ग्लूटामाइन अवशेष से जुड़ा हुआ था। इस खोज ने इस दृष्टिकोण को बदल दिया कि आर्जिनाइलेशन कैसे होता है, क्योंकि इसका मतलब था कि अक्षुण्ण प्रोटीन को संशोधित और आर्जिनाइलेट करने के तरीके हो सकते हैं। मध्य-श्रृंखला आर्जिनाइलेशन के प्रसार को निर्धारित करने के प्रयास में, विभिन्न पेप्टाइड्स की एक मास स्पेक्ट्रोमेट्री स्क्रीन का प्रदर्शन किया गया था। इस प्रयोग के परिणामों से विभिन्न प्रोटीनों की अधिकता का पता चला जिसमें उनकी पेप्टाइड श्रृंखला के बीच में मौजूद संशोधित एस्पेराजिन और ग्लूटामाइन अवशेष शामिल थे, और आगे के अध्ययनों ने निर्धारित किया कि एटीई1 भी इस प्रतिक्रिया की मध्यस्थता कर सकता है। वास्तव में, इस खोज ने आर्जिनाइलेशन के जैविक दायरे को यह सुझाव देकर बदल दिया कि आर्जिनाइलेशन पूरी तरह से अक्षुण्ण प्रोटीन पर भी हो सकता है, न कि केवल प्रोटीन के टुकड़ों या पूर्व-संसाधित प्रोटीन के एन-टर्मिनस पर। परिणाम 1986 में, एन-एंड नियम को स्पष्ट किया गया था, और यह बताता है कि प्रोटीन के एमिनो एसिड अनुक्रम के एन-टर्मिनस पर एमिनो एसिड की पहचान प्रोटीन के अर्ध-जीवन को निर्धारित करती है। प्रोटीन के अर्ध-जीवन पर आर्जिनाइलेशन के प्रभावों को निर्धारित करने के प्रयास में, संशोधित खमीर प्रोटीन का उपयोग करके कई अध्ययन किए गए। इन अध्ययनों से पता चला कि जब प्रोटीन को एन-टर्मिनियों को शामिल करने के लिए इंजीनियर किया गया था, जिन्हें आर्जिनाइलेटेड किया गया था, तो संशोधित प्रोटीन चयापचय की दृष्टि से अस्थिर थे। इसके अलावा, यह भी पता चला कि जब एक प्रोटीन आर्जिनाइलेटेड होता है तो प्रोटीन सर्वव्यापी और क्षरण होने की संभावना अधिक हो जाती है। इन प्रयोगों से एकत्र किए गए साक्ष्य यह स्पष्ट करते हैं कि विवो में आर्जिनाइलेशन से एस्पेराजिन और ग्लूटामाइन अवशेषों के साथ उनके एन-टर्मिनल पर प्रोटीन का क्षरण होता है। हालाँकि, हाल के कई अध्ययनों से यह भी पता चला है कि प्रोटीन क्षरण आर्जिनाइलेशन का प्रचलित कार्य नहीं हो सकता है, लेकिन यह संशोधन कुछ प्रोटीनों के सही ढंग से कार्य करने के लिए भी महत्वपूर्ण हो सकता है। उदाहरण के लिए, जब बीटा अमाइलॉइड प्रोटीन पर आर्जिनाइलेशन होता है, तो प्रोटीन को उनके उचित अल्फा हेलिकल आकार में निर्देशित किया जाता है और उन्हें गलत तरीके से मोड़ने और एकत्रित करने से भी रोका जाता है। एक अन्य प्रोटीन जो आर्जिनाइलेशन से लाभान्वित होता है, वह है कैलरेटिकुलिन क्योंकि जब संशोधित किया जाता है, तो एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम तनाव के दौरान इसकी भूमिका को कोशिकाओं से पूरी तरह से हटाने के बजाय सुगम बनाया जाता है। जैसा कि आर्जिनाइलेशन के क्षरण और सुविधा दोनों प्रभावों की पहचान और अध्ययन किया गया है, यह स्पष्ट है कि कोशिकाओं के भीतर प्रोटीन विनियमन में आर्जिनाइलेशन की महत्वपूर्ण भूमिका है। विनियमन यह एक कम समझा जाने वाला अनुवाद के बाद का संशोधन होने के कारण, आर्जिनाइलेशन और विवो में इसका विनियमन अभी भी काफी हद तक गूढ़ है। ए. टी. ई. 1 की अभिव्यक्ति विभिन्न ऊतकों के भीतर काफी भिन्न हो सकती है, लेकिन इन ऊतकों के भीतर इसका स्तर मध्य-विकास पर चरम पर होता है लेकिन एक जीव की उम्र के रूप में गिरावट शुरू हो जाती है। यह भी देखा गया है कि विभिन्न प्रकार के शारीरिक यौगिक और दवाएं विवो में आर्जिनिन के समावेश को प्रभावित करने में सक्षम हैं, लेकिन यह परिकल्पना की जाती है कि यह एक गैर-विशिष्ट तरीके से होता है। इस प्रकार, यह सिद्धांत दिया गया है कि अवरोधक और सक्रियक जो एटीई1 गतिविधि को नियंत्रित करते हैं, और इसलिए आर्जिनाइलेशन, विवो में मौजूद हो सकते हैं। प्रोटीन को चयापचय रूप से अस्थिर बनाने की आर्जिनाइलेशन की क्षमता, जैसा कि खमीर में देखा गया है, प्रोटीन को इस तरह से संशोधित किया गया है जो हटाने के लिए एक आकर्षक लक्ष्य है। अच्छी तरह से विशेषता वाले आर्जिनाइलेशन नियामकों में से एक यूबीक्विटिन पर निर्भर प्रोटीन क्षरण है जो जल्दी से हानिकारक प्रोटीन को कम करता है और हटा देता है। आर्जिनाइलेशन का यह महत्वपूर्ण नियामक इस अनुवाद के बाद के संशोधन की विशिष्टता को सुविधाजनक बनाता है और उन प्रोटीनों को कुशलता से हटा देता है जिन्हें विवो में आर्जिनाइलेट नहीं किया जाना था। अंत में, विवो में आर्जिनाइलेशन को विनियमित करने का एक अप्रमाणित लेकिन अत्यधिक आकर्षक तंत्र डी-आर्जिनाइलेशन एंजाइमों के उपयोग का सुझाव देता है जो प्रोटीन में अनुवाद के बाद जोड़े गए आर्जिनिन को हटाने में सक्षम हो सकते हैं। अमीनोपेप्टिडेज़ बी और कार्बोक्सीपेप्टिडेज़ बी जैसे एंजाइम क्रमशः प्रोटीन एन-टर्मिनस और साइड चेन कार्बोक्सिल समूहों से आर्जिनिन को हटाने में सक्षम हैं, लेकिन विशेष रूप से आर्जिनाइलेटेड साइटों को लक्षित नहीं करते हैं। प्रस्तावित डी-आर्जिनाइलेशन एंजाइमों को पहले उल्लिखित एंजाइम अमीनोपेप्टिडेज़ बी और कार्बोक्सीपेप्टिडेज़ बी के समान कार्य करने के लिए सिद्धांतित किया जाता है, लेकिन इस तथ्य में भिन्न होगा कि वे विशेष रूप से आर्जिनाइलेटेड प्रोटीन सब्सट्रेट को लक्षित करते हैं। हालाँकि इन एंजाइमों की अभी तक खोज नहीं की गई है, लेकिन इन एंजाइमों की खोज और खोज आगे के अध्ययन के लिए एक रोमांचक मार्ग है। खमीर में ए. टी. ई. 1 नॉकआउट के कारण शुरू में एक गैर-आवश्यक प्रक्रिया के रूप में रद्द किए गए मार्गों द्वारा विनियमित, बाद के अध्ययनों से पता चला है कि कई जैविक प्रक्रियाओं में आर्जिनाइलेशन महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। चूहों और ड्रोसोफिला में एटीई1 के नॉकआउट के परिणामस्वरूप दोनों प्रजातियों के लिए भ्रूण घातकता हुई। जीव के विकास में ए. टी. ई. 1 नॉकआउट के प्रभावों का निरीक्षण करने के लिए माउस मॉडल का उपयोग करने वाले आगे के अध्ययनों से पता चला कि जीन के नुकसान के परिणामस्वरूप असामान्य हृदय और क्रैनियोफेशियल मॉर्फोजेनेसिस, बिगड़ा हुआ एंजियोजेनेसिस और कोशिकाओं की अर्धसूत्रण से गुजरने की क्षमता हुई। जन्म के बाद, ए. टी. ई. 1 नॉकआउट के परिणामस्वरूप वजन में कमी, बांझपन और मानसिक मंदता आई। इसके अतिरिक्त, एक मॉडल पादप जीव, अरबीडोप्सिस थालियाना में एटीई1 विलोपन के प्रभावों को देखने से दोषपूर्ण अंकुर और पत्ती के विकास, असामान्य बीज अंकुरण और पत्ती के बुढ़ापे में देरी का पता चला। इसलिए ए. टी. ई. 1 एंजाइम के नॉकआउट के परिणामस्वरूप होने वाले अपक्रियाओं से पता चलता है कि यूकेरियोट्स के भीतर कई शारीरिक मार्गों के लिए आर्जिनाइलेशन आवश्यक है। अनुवाद के बाद के संशोधन-सर्वव्यापी संदर्भ जैव रसायन भी देखें।