Integrated stress response
एकीकृत तनाव प्रतिक्रिया यूकेरियोटिक कोशिकाओं में संरक्षित एक सेलुलर तनाव प्रतिक्रिया है जो प्रोटीन संश्लेषण को कम करती है और आंतरिक या पर्यावरणीय तनावों के जवाब में विशिष्ट जीन को नियंत्रित करती है। पृष्ठभूमि एकीकृत तनाव प्रतिक्रिया को कोशिका के भीतर या तो बाहरी या आंतरिक स्थितियों के कारण शुरू किया जा सकता है। बाह्य कारकों में हाइपोक्सिया, अमीनो एसिड की कमी, ग्लूकोज की कमी, वायरल संक्रमण और ऑक्सीडेंट की उपस्थिति शामिल हैं। मुख्य आंतरिक कारक अनफोल्डेड प्रोटीन के संचय के कारण एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम तनाव है। यह भी देखा गया है कि ऑन्कोजीन सक्रियण के कारण एकीकृत तनाव प्रतिक्रिया शुरू हो सकती है। एकीकृत तनाव प्रतिक्रिया या तो जीन की अभिव्यक्ति का कारण बनेगी जो तनावपूर्ण स्थितियों के कारण कोशिका में क्षति को ठीक करती है, या यह एपोप्टोसिस की ओर ले जाने वाली घटनाओं का एक झरना पैदा करेगी, जो तब होती है जब कोशिका को होमियोस्टेसिस में वापस नहीं लाया जा सकता है। ई. आई. एफ. 2 प्रोटीन जटिल तनाव संकेत प्रोटीन काइनेस का कारण बन सकते हैं, जिन्हें ई. आई. एफ.-2 काइनेस के रूप में जाना जाता है, ट्रांसलेशन इनिशिएशन फैक्टर 2 (ई. आई. एफ. 2) नामक प्रोटीन परिसर की α उप-इकाई को फॉस्फोरिलेट करने के लिए, जिसके परिणामस्वरूप जीन ए. टी. एफ. 4 चालू हो जाता है, जो आगे जीन अभिव्यक्ति को प्रभावित करेगा। ई. आई. एफ. 2 में तीन उप-इकाइयाँ होती हैंः ई. आई. एफ. 2α, ई. आई. एफ. 2β और ई. आई. एफ. 2γ। ई. आई. एफ. 2. ए. में दो बंधन स्थल हैं, एक फॉस्फोराइलेशन के लिए और एक आर. एन. ए. बंधन के लिए। काइनेस α सबयूनिट पर फॉस्फोरिलेट सेरीन 51 के लिए काम करते हैं, जो एक प्रतिवर्ती क्रिया है। सामान्य स्थितियों का अनुभव करने वाली कोशिका में, ई. आई. एफ. 2 एम. आर. एन. ए. अनुवाद की शुरुआत करने और ए. यू. जी. प्रारंभ कोडन को पहचानने में सहायता करता है। हालांकि, एक बार ई. आई. एफ. 2. ए. फॉस्फोरिलेटेड हो जाने के बाद, परिसर की गतिविधि कम हो जाती है, जिससे ए. टी. एफ. 4 जीन की अभिव्यक्ति को बढ़ावा देते हुए अनुवाद दीक्षा और प्रोटीन संश्लेषण में कमी आती है। प्रोटीन काइनेस चार ज्ञात स्तनधारी प्रोटीन काइनेस हैं जो ई. आई. एफ. 2α को फॉस्फोरिलेट करते हैं, जिनमें पी. के. आर. जैसे ई. आर. काइनेस (पी. ई. आर. के., ई. आई. एफ. 2ए. के. 3), हेम-विनियमित ई. आई. एफ. 2ए. काइनेस (एच. आर. आई., ई. आई. एफ. 2ए. के. 1), सामान्य नियंत्रण गैर-अवसादी 2 (जी. सी. एन. 2, ई. आई. एफ. 2ए. के. 4) और डबल स्ट्रैंडेड आर. एन. ए. आश्रित प्रोटीन काइनेस (पी. के. आर., ई. आई. एफ. 2ए. के. 2) शामिल हैं। PERK PERK (जीन EIF2AK3 द्वारा मनुष्यों में कूटबद्ध) मुख्य रूप से एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम तनाव के प्रति प्रतिक्रिया करता है और इसमें सक्रियण के दो तरीके हैं। इस काइनेज में एक अद्वितीय ल्युमिनल डोमेन है जो सक्रियण में एक भूमिका निभाता है। सक्रियण के शास्त्रीय मॉडल में कहा गया है कि ल्युमिनल डोमेन आम तौर पर 78-केडीए ग्लूकोज-विनियमित प्रोटीन (जीआरपी78) से बंधा होता है। एक बार जब अनफोल्डेड प्रोटीन का निर्माण होता है, तो जीआरपी78 ल्यूमिनल डोमेन से अलग हो जाता है। यह पी. ई. आर. के. को डिमेराइज़ करने का कारण बनता है, जिससे ऑटोफॉस्फोराइलेशन और सक्रियण होता है। सक्रिय पी. ई. आर. के. किनेज़ तब फॉस्फोरिलेट ई. आई. एफ. 2α होगा, जिससे घटनाओं का एक झरना पैदा होगा। इस प्रकार, इस काइनेज की सक्रियता एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम में अनफोल्डेड प्रोटीन के एकत्रीकरण पर निर्भर करती है। पी. ई. आर. के. को प्रोटो-ऑन्कोजीन एम. वाई. सी. की गतिविधि के जवाब में सक्रिय होने के लिए भी देखा गया है। यह सक्रियण एटीएफ4 अभिव्यक्ति का कारण बनता है, जिसके परिणामस्वरूप ट्यूमरजेनेसिस और कोशिकीय परिवर्तन होता है। एच. आर. आई. एच. आर. आई. (ई. आई. एफ. 2ए. के. 1 जीन द्वारा मनुष्यों में कूटबद्ध) भी ऑटोफॉस्फोरिलेट और सक्रिय करने के लिए डिमेराइज़ करता है। यह सक्रियण हीम की उपस्थिति पर निर्भर करता है। एच. आर. आई. के दो डोमेन हैं जिनसे हेम जुड़ सकता है, जिसमें से एक एन-टर्मिनस पर और एक किनेज सम्मिलन डोमेन पर है। हीम की उपस्थिति एच. आर. आई. के मोनोमर्स के बीच एक डायसल्फ़ाइड बंधन का कारण बनती है, जिसके परिणामस्वरूप एक निष्क्रिय डाइमर की संरचना होती है। हालाँकि, जब हीम अनुपस्थित होता है, तो एच. आर. आई. मोनोमर्स गैर-सहसंयोजक अंतःक्रियाओं के माध्यम से एक सक्रिय डाइमर बनाते हैं। इसलिए, इस काइनेज का सक्रियण हीम की कमी पर निर्भर करता है। एच. आर. आई. सक्रियण अन्य तनाव कारकों जैसे गर्मी के झटके, परासरण तनाव और प्रोटीजॉम अवरोध के कारण भी हो सकता है। इन दबावकों की प्रतिक्रिया में एच. आर. आई. का सक्रियण हीम पर निर्भर नहीं करता है, बल्कि दो हीट शॉक प्रोटीन (एच. एस. पी. 90 और एच. एस. पी. 70) की मदद पर निर्भर करता है। एच. आर. आई. मुख्य रूप से लाल रक्त कोशिकाओं के अग्रदूतों में पाया जाता है, और एरिथ्रोपोइज़िस के दौरान बढ़ता हुआ देखा गया है। जी. सी. एन. 2 जी. सी. एन. 2 (ई. आई. एफ. 2ए. के. 4 जीन द्वारा मनुष्यों में कूटबद्ध) अमीनो एसिड की कमी के परिणामस्वरूप सक्रिय होता है। इस सक्रियण से संबंधित तंत्र पर अभी भी शोध किया जा रहा है; हालाँकि, खमीर में एक तंत्र का अध्ययन किया गया है। यह देखा गया कि जी. सी. एन. 2 गैर-आवेशित/निष्क्रिय टी. आर. एन. ए. से जुड़ता है जो एक संरचनात्मक परिवर्तन का कारण बनता है, जिसके परिणामस्वरूप द्विमितीकरण होता है। डायमेराइजेशन तब ऑटोफॉस्फोराइलेशन और सक्रियण का कारण बनता है। अन्य तनाव कारकों को भी जी. सी. एन. 2 को सक्रिय करने के लिए सूचित किया गया है। ग्लूकोज से वंचित ट्यूमर कोशिकाओं में जी. सी. एन. 2 सक्रियण देखा गया था, हालांकि यह सुझाव दिया गया था कि यह एक वैकल्पिक ऊर्जा स्रोत के रूप में एमिनो एसिड का उपयोग करने वाली कोशिकाओं के कारण एक अप्रत्यक्ष प्रभाव था। माउस भ्रूण फाइब्रोब्लास्ट कोशिकाओं और मानव केराटिनोसाइट्स में, जीसीएन2 यूवी प्रकाश के संपर्क में आने के कारण सक्रिय हुआ था। इस सक्रियण के लिए मार्गों को आगे के शोध की आवश्यकता है, हालांकि कई मॉडल प्रस्तावित किए गए हैं, जिनमें जीसीएन2 और टीआरएनए के बीच क्रॉसलिंकिंग शामिल है। पी. के. आर. पी. के. आर. (ई. आई. एफ. 2ए. के. 2 जीन द्वारा मनुष्यों में कूटबद्ध) सक्रियण मुख्य रूप से एक वायरल संक्रमण के दौरान दोहरे फंसे आर. एन. ए. की उपस्थिति पर निर्भर करता है। डी. एस. आर. एन. ए. पी. के. आर. को डायमर बनाने का कारण बनता है, जिसके परिणामस्वरूप ऑटोफॉस्फोराइलेशन और सक्रियण होता है। एक बार सक्रिय होने के बाद, पी. के. आर. फॉस्फोरिलेट ई. आई. एफ. 2. ए. होगा जो घटनाओं के एक कैस्केड का कारण बनता है जिसके परिणामस्वरूप वायरल और मेजबान प्रोटीन संश्लेषण बाधित होता है। पी. के. आर. के सक्रियण का कारण बनने वाले अन्य तनाव कारकों में ऑक्सीडेटिव तनाव, एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम तनाव, विकास कारक की कमी और जीवाणु संक्रमण शामिल हैं। एपोप्टोसिस की शुरुआत में कैस्पेज़ गतिविधि भी पी. के. आर. के सक्रियण को ट्रिगर करने के लिए देखी गई है। हालाँकि, ये तनावकर्ता इस बात में भिन्न होते हैं कि वे डी. एस. आर. एन. ए. का उपयोग किए बिना पी. के. आर. को सक्रिय करते हैं। ए. टी. एफ. 4. जब एक कोशिका तनावपूर्ण स्थितियों के अधीन होती है, तो ए. टी. एफ. 4 जीन व्यक्त किया जाता है। एटीएफ4 प्रतिलेखन कारक में कई अलग-अलग प्रोटीनों के साथ डिमर बनाने की क्षमता होती है जो जीन अभिव्यक्ति और कोशिका भाग्य को प्रभावित करते हैं। ए. टी. एफ. 4 सी/ई. बी. पी.-ए. टी. एफ. प्रतिक्रिया तत्व (के. ए. आर. ई.) अनुक्रमों से जुड़ता है जो तनाव-उत्तरदायी जीन के प्रतिलेखन को बढ़ाने के लिए एक साथ काम करते हैं। हालांकि, जब अमीनो एसिड भुखमरी से गुजरना पड़ता है, तो अनुक्रम इसके बजाय अमीनो एसिड प्रतिक्रिया तत्वों के रूप में कार्य करेंगे। ए. टी. एफ. 4 होमोडिमर या हेटेरोडाइमर बनाकर अन्य प्रतिलेखन कारकों, जैसे सी. एच. ओ. पी. और ए. टी. एफ. 3, के साथ मिलकर काम करेगा, जिसके परिणामस्वरूप कई देखे गए प्रभाव होंगे। ए. टी. एफ. 4 जिन प्रोटीनों के साथ अंतःक्रिया करता है, वे एकीकृत तनाव प्रतिक्रिया के दौरान कोशिका के परिणाम को निर्धारित करते हैं। उदाहरण के लिए, ए. टी. एफ. 4 और ए. टी. एफ. 3 तनावपूर्ण स्थितियों के बाद कोशिका के अंदर होमियोस्टेसिस स्थापित करने का काम करते हैं। दूसरी ओर, ए. टी. एफ. 4 और सी. एच. ओ. पी. कोशिका मृत्यु को प्रेरित करने के साथ-साथ एमिनो एसिड जैव संश्लेषण, परिवहन और चयापचय प्रक्रियाओं को विनियमित करने के लिए मिलकर काम करते हैं। एक ल्यूसीन ज़िपर डोमेन (बी. जेड. आई. पी.) की उपस्थिति ए. टी. एफ. 4 को कई अन्य प्रोटीनों के साथ मिलकर काम करने की अनुमति देती है, इस प्रकार विभिन्न प्रकार के तनावों के लिए विशिष्ट प्रतिक्रियाएं पैदा होती हैं। जब कोई कोशिका हाइपोक्सिया के तनाव से गुजर रही होती है, तो एटीएफ4 अपनी प्रतिलेखन गतिविधि को कम करने के लिए पी. एच. डी. 1 और पी. एच. डी. 3 के साथ बातचीत करेगा। इसके अलावा, जब कोई कोशिका अमीनो एसिड भुखमरी या एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम तनाव से गुजर रही होती है, तो TRIP3 गतिविधि को कम करने के लिए ATF4 के साथ भी बातचीत करता है। ए. टी. एफ. 4 और तनाव-प्रतिक्रिया प्रोटीन अभिव्यक्ति का एक परिणाम ऑटोफैगी का प्रेरण है। इस प्रक्रिया के दौरान, कोशिका ऑटोफैगोसोम, या दोहरी झिल्ली वाले पुटिकाएँ बनाती है, जो पूरी कोशिका में सामग्री के परिवहन की अनुमति देती है। ये ऑटोफैगोसोम होम्योस्टेसिस को बनाए रखने के लिए कोशिका के प्रयास में अनावश्यक ऑर्गेनेल और प्रोटीन के साथ-साथ क्षतिग्रस्त या हानिकारक घटकों को ले जा सकते हैं। एकीकृत तनाव प्रतिक्रिया की समाप्ति एकीकृत तनाव प्रतिक्रिया को समाप्त करने के लिए, ईआईएफ2α के डीफॉस्फोराइलेशन की आवश्यकता होती है। प्रोटीन फॉस्फेट 1 कॉम्प्लेक्स (पीपी1) ईआईएफ2α के डीफॉस्फोराइलेशन में सहायता करता है। इस परिसर में एक पी. पी. 1 उत्प्रेरक उप-इकाई के साथ-साथ दो नियामक उप-इकाइयाँ हैं। यह कॉम्प्लेक्स दो प्रोटीनों द्वारा नकारात्मक रूप से नियंत्रित होता हैः वृद्धि गिरफ्तारी और डी. एन. ए. क्षति-प्रेरक प्रोटीन (जी. ए. डी. डी. 34), जिसे पी. पी. पी. 1 आर. 15 ए. के रूप में भी जाना जाता है, या ई. आई. एफ. 2 ए. फॉस्फोराइलेशन (सी. आर. ई. पी.) का संवैधानिक दमनक, जिसे पी. पी. पी. 1 आर. 15 बी. के रूप में भी जाना जाता है। सी. आर. ई. पी. सामान्य परिस्थितियों में कोशिकाओं में ई. आई. एफ. 2α फॉस्फोराइलेशन के स्तर को कम रखने का कार्य करता है। जी. ए. डी. डी. 34 का उत्पादन ए. टी. एफ. 4 के जवाब में किया जाता है और ई. आई. एफ. 2α के डीफॉस्फोराइलेशन को बढ़ाने के लिए काम करता है। ई. आई. एफ. 2. ए. के डीफॉस्फोराइलेशन के परिणामस्वरूप सामान्य प्रोटीन संश्लेषण और कोशिकीय कार्य की वापसी होती है। हालांकि, ईआईएफ2α का डीफॉस्फोराइलेशन उन मामलों में मृत्यु-प्रेरक प्रोटीन के उत्पादन को भी सुविधाजनक बना सकता है जहां कोशिका इतनी गंभीर रूप से क्षतिग्रस्त हो जाती है कि सामान्य कार्यप्रणाली को बहाल नहीं किया जा सकता है। एकीकृत तनाव प्रतिक्रिया को प्रभावित करने वाले उत्परिवर्तन जो एकीकृत तनाव प्रतिक्रिया के कामकाज को प्रभावित करते हैं, कोशिकाओं पर दुर्बल करने वाले प्रभाव डाल सकते हैं। उदाहरण के लिए, ए. टी. एफ. 4 जीन की कमी वाली कोशिकाएं तनाव के जवाब में उचित जीन अभिव्यक्ति प्राप्त करने में असमर्थ होती हैं। इसके परिणामस्वरूप कोशिकाएं अमीनो एसिड परिवहन, ग्लूटाथियोन जैव संश्लेषण और ऑक्सीडेटिव तनाव प्रतिरोध के साथ समस्याओं का प्रदर्शन करती हैं। जब एक उत्परिवर्तन पी. ई. आर. के. के कार्यकरण को बाधित करता है, तो अंतर्जक पेरोक्साइड जमा हो जाते हैं जब कोशिका एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम तनाव का अनुभव करती है। पी. ई. आर. के. की कमी वाले चूहों और मनुष्यों में, उच्च एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम तनाव से गुजरने वाली स्रावी कोशिकाओं का विनाश देखा गया है। आई. एस. आर. आई. बी., एकीकृत तनाव प्रतिक्रिया अवरोधक संदर्भ कोशिकीय प्रक्रिया यूकेरियोट जीव विज्ञान जीन अभिव्यक्ति प्रोटीन भी देखें।