Гранулы гликогена: Гранулы гликогена — Справочник химика 21

Разное

Содержание

Genomia: Тестирование кошек: GSD IV

Описание:

Гликогеноз (Glycogen Storage Disease, GSD) – группа аутосомно-рецессивных заболеваний, возникающих вследствие нарушения метаболизма гликогена.
Основным и наиболее универсальным источником энергии для человека, животных и растений является глюкоза. В организме животных глюкоза хранится в форме гликогена, который откладывается в виде гранул в цитоплазме клеток, преимущественно в клетках печени и мышц. При недостатке глюкозы гликоген расщепляется, и глюкоза попадает в кровь. Превращение гликогена в глюкозу – многоступенчатый процесс, протекающий под воздействием ряда ферментов, нарушение работы которых приводит к избыточному накоплению гликогена в виде аномальных гранул и нарушению гомеостаза глюкозы.
Больные котята погибают от гипогликемии вскоре после рождения. В некоторых случаях животное живет до полугода, страдая при этом от прогрессирующей мышечной дегенерации.

Наследственность:

Мутация передается аутосомно-рецессивным наследованием.

Заболевание проявляется у особей, которые получили мутированный ген от обоих родителей. Данные особи обозначаются как P/P (мутированный гомозигот). Носители мутированного гена, обозначаемые как N/P (гетерозигот), получили мутированный ген лишь от одного из родителей, клинические признаки заболевания у них отсутствуют; однако носители передают заболевание своим потомкам. Теоретически в результате спаривания двух гетерозигот (N/P) 25% потомства будут здоровыми, 50% будут носителями, а 25 % потомства унаследуют от своих родителей мутированные гены и будут страдать данным генетическим заболеванием.

Тестируемая мутация: p.Y34X в гене GBE1

Образец: кровь в EDTA (1,0 мл) или мазок из ротовой полости. Подробная информация об отборе образцов приведена здесь

Общая информация о генетическом тесте:

Генетический тест позволяет обнаружить больную особ или носителя мутации. Тест может быть выполнен в любом возрасте и действителен на протяжении всей жизни. Генетический тест методом полимеразной цепной реакции (PCR) является очень точным, результаты анализа позволяют определить больных животных, здоровых носителей мутации и здоровых животных.

С учетом наличия мутаций собаки делятся на три группы:

  • P/P = позитивный / позитивный = больной, особь унаследовала мутацию от обоих родителей „affected“

  • N/P = негативный / позитивный = особь унаследовала мутацию от одного родителя, является носителем мутации „Carrier“, болезнь у него не проявится

  • N/N = негативный / негативный = особь без мутаций, болезнь у особи не проявится = нормальный генотип „wildtype“

Результаты спаривания особей с различными генотипами:

Affected (P/P)

Wild type (N/N)

аллель

P

P

N

N/P (carrier)

N/P (carrier)

N

N/P (carrier)

N/P (carrier)

Все потомки являются носителями мутации

.

Carrier (N/P)

Wild type (N/N)

аллель

N

P

N

N/N (здоровый)

N/P (carrier)

N

N/N (здоровый)

N/P (carrier)

Статистически 50 % потомков будут носителями, а 50 % будут здоровыми.

.

Carrier (N/P)

Carrier (N/P)

аллель

N

P

N

N/N (здоровый)

N/P (carrier)

P

N/P (carrier)

P/P (больной)

Статистически 25 % потомства будут здоровы, 25 % больны, а 50 % будут носителями.

.

Литература:

John C. Fyfe, Rebeccah L. Kurzhals, Michelle G. Hawkins, Ping Wang, Naoya Yuhki, Urs Giger, Thomas J. Van Winkle, Mark E. Haskins, Donald F. Patterson, Paula S. Henthorn: A complex rearrangement in GBE1 causes both perinatal hypoglycemic collapse and late-juvenile-onset neuromuscular degeneration in glycogen storage disease type IV of Norwegian forest cats, Molecular Genetics and Metabolism 90 (2007) 383-392

Detecting Glycogen in Peripheral Blood Mononuclear Cells with Periodic Acid Schiff Staining

Критические шаги этого видео статьи были во время стирки и амилазы обработки клеток. При промывке слайды, ключевым шагом было с помощью пластиковой податливый стиральная бутылку и вода мягко запустить через образец на слайде и не стремимся непосредственно на образцах. Даже малейшее прямое давление воды может вызвать клетки оторваться от слайда. Другим ключевым шагом было использовать тот же слайд для ± условиях амилазы. После того, как РВМС прикреплен к слайд, слайд был осторожно помещают в химический стакан так что только половина мазок подвергается воздействию амилазы раствора. Этот шаг обеспечивает надежный контроль, потому что клетки крови от одной и той же слайде, таким образом минимизируя искажающих факторов, которые могут возникнуть в связи с небольшими вариациями синхронизации. Клетки застрял и без обработки, так что не будет оправданным дополнительные затраты и время связаны с поли-L-лизин или полиэтиленгликоль, например, покрытия.

Через TRoubleshooting оптимального деятельность амилазы определена. Для секций мышцы, было отмечено, что оптимальная активность амилазы наблюдалось в течение 1 ч инкубации. При более длительном разделы мышечные бы Медленно снимите слайд, в то время как более короткие интервалы времени амилазы не в полной мере удалить Па-сигнал. Время для амилазы инкубации в течение РВМС слайдов должно было быть уменьшена по сравнению с мышечной-образец синхронизации (который был 1 час) до всего лишь 15 мин. Более длительное время вызвало МНПК оторваться слайд, в то время как более короткие времена не эффективно воздействовать па-сигнал. Одна из модификаций со стандартным протоколом окрашивания PAS меняется метод промывки слайдов. Инструкции производителя указано мыть слайды с проточной водой, что вызывало клетки оторваться слайды. Модификация была мыть слайды с податливый стиральной бутылки, чтобы сохранить клетки. Как описано в шагах раздела критической, это было очень важно не непосредственно применять водуДавление на клетках.

Есть некоторые ограничения в этой технике. Мышечных клеток мембрану окрашивают наряду с точечными гранул в цитоплазме мышечных клеток. Гранулы были устранены путем обработки амилазы и, следовательно, скорее всего, будет гликогена, в то время как окрашивание мембраны был нечувствителен к амилазы. Идентичность частиц PAS-положительных на клеточной мембране, не известно. Это может быть мышечная подвал (perimysium) мембрана. Эта мембрана окружает мышечные пучки и из-за высокого содержания гликопротеина известно, что ПАС положительным. Другим ограничением окрашивания PAS в том, что гранулы гликогена должно быть не менее 50 нм в диаметре, чтобы быть видимыми с помощью обычного светового микроскопа. Таким образом, мелкие гранулы гликогена может присутствовать в клетке, но все еще зарегистрировать отрицательный тест на PAS. Второй метод преодолевает это ограничение, обеспечивая обнаружение гликогена в лизате. В сочетании со стандартной кривой это может быть использовано, чтобы Determine точное количество гликогена. Хотя этот метод является очень количественно и не ограничивается размером гранул, она сама по себе имеет некоторые ограничения. Гликоген гранулы представляют собой сложные разветвленные структуры со многими вспомогательными белками и химических поперечных связей, что делает маловероятным, что гидролиз ферменты полного растворения всей молекулы гликогена 13. Таким образом, ферментативная обнаружения (например, техники PAS) может при-представляют собой реальную сумму гликогена в образце. Единственный способ справиться с это ограничение с электронной микроскопии, который решает даже самые маленькие гранулы гликогена 14. Можно было бы использовать комбинацию этих методов, PAS-окрашивание, ферментативного расщепления и электронной микроскопии для наиболее полной характеристики гликогена.

Эта статья и видео демонстрирует кислоты Шифф (PAS) метод периодического окрашивания, предназначенную для использования на МНПК. Значение этого исследования видно в выборе использованияМНПК более мазке крови, что сделало его более возможным перечислить лимфоцитов. Первоначально классический метод крови мазок был протестирован, однако большинство клеток на слайде были красные кровяные клетки и, возможно, нейтрофилы (рис 4в). Концентрировать лимфоциты, РВМС выделяли из крови с использованием стандартной техники в градиенте плотности. Используя методику, аналогичную кроваво-мазке, РВМС легко придерживаться на протяжении процедуре PAS, которая имеет множество активные стадии промывки. Техника PAS был использован на протяжении десятилетий для определения уровня гликогена в тканях биопсии мышц, которые разрезают на тонкие секции и присоединились к слайдам. Окрашивание PAS был выбран по сравнению с другими химическими веществами окрашивания углеводов из-за его высокой надежностью и наличием ожидаемых результатов в литературе. Мышь (Mus spretus) участки мышц был использован в качестве положительного контроля и обнаружили, как и ожидалось, что 37% клеток были PAS-положительных 9. С точки зрения стоимости и времени, готовясь PBMС более обременительным, чем мазке крови, но есть несколько преимуществ. Во-первых, препарат более обогащены лимфоцитов, которые являются клетки, представляющие интерес для проектов, которые сосредотачиваются на аутоиммунных заболеваний. Если были использованы мазки крови, лимфоциты будет меньшинство, что делает его сложно найти ячейку интерес. Можно было бы готовить и анализировать гораздо больше слайдов, чтобы получить те же самые номера вы получите с несколькими горками РВМС. Исследователи были бы очень заинтересованы в использовании наш новый оптимизированный метод в АУТОИММУНИТЕТ проектов, связанных с сахарным диабетом 1 типа, рассеянный склероз, волчанка, ревматоидный артрит, и т.д., где Т- и В-лимфоциты и NK-клетки играют роль. Конечно, для других применений, где эритроциты или нейтрофилов интерес мазка крови будет рекомендовано. Другим преимуществом является то, что РВМС могут быть использованы для изучения биологии лимфоцитов человека в лабораторных условиях.

Текущие исследования расследует источник гликогена в МНПК. Яп будущее, планируется для измерения содержания гликогена в контексте рассеянный склероз, Т-лимфоцитами аутоиммунные заболевания, поражающего насчитывалось 2,3 миллиона человек во всем мире в 2013 15,16. Каковы малые и большие клетки в образцах РВМС? Клетки в 5 мкм согласуются с лимфоидного в их состоянии покоя. Т-лимфоцитов, В-лимфоциты, природные клетки-киллеры и другие незначительные подмножества в пределах этого диапазона размера. Более крупные РВМС, вероятно, состоит из активированных лимфоцитов, которые растут больше, так как они получают воспалительные сигналы от иммунной системы, а также моноцитов с миелоидной линии. Передовые технологии сортировки клеток, например, люминесцентных активирована сортировки клеток или магнитного активирована сортировки клеток требуется для улучшения результативности подмножество, которое выражает гликогена.

Гематоксилин счетчика окрашивание используется, когда окрашивание было сделано на цельной крови. Это позволило нам выделить моноцитов эритроцитов (Фиг.4С). Когда окрашивание было сделано на РВМС, так как все клетки мононуклеарных, нет никакой необходимости, чтобы противостоять пятна гематоксилином выявления клеток. Также гематоксилин вмешивается с PAS сигнала в клетках. Таким образом, мы показали, процедуру PAS-окрашивание, приспособленный для РВМС. Этот метод полезен для ученых и клиницистов, исследующих АУТОИММУНИТЕТ, инфекции и аллергии.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

«Переборки» между гепатоцитами определяют уникальное строение печени

Ученые Сколтеха и их коллеги из Германии и США обнаружили новые структуры в клетках печени, отвечающие за формирование и регулирование просвета между гепатоцитами. Авторы исследования, опубликованного в Journal of Cell Biology, также установили белок, необходимый для формирования этих ранее неизвестных «перемычек», похожих на переборки судна.

Изображение a: разветвление желчного канальца между тремя клетками (электронная микроскопия продольного среза дифференцированных гепатоцитов in vitro; GG — гранулы гликогена). На изображении b — увеличенная версия прямоугольного участка из a, на изображениях c и d — увеличенные участки из b. Изображение f — модель желчного канальца с периодическими похожими на переборки сросшимися участками клеточных мембран (см. наконечники стрелок) в просвете. Источник: © 2021 Belicova et al. Originally published in Journal of Cell Biology. https://doi.org/10.1083/jcb.202103002

В организме человека есть множество поверхностей, покрытых эпителиальными клетками. При этом в сосудах или кишечнике клетки повернуты внутрь канала так называемыми апикальными участками мембраны, из которых и складывается внутренняя поверхность «трубки». Однако гепатоциты — самые распространенные клетки печени — в этом смысле ведут себя иначе: они формируют полости попарно, объединяясь лишь с клетками непосредственно по соседству. В результате образуется разветвленная трехмерная сеть из очень узких просветов.

До сих пор не было понятно, что стоит за этой особенностью гепатоцитов. При этом клетки печени другого типа, холангиоциты, образуют каналы гораздо большего диаметра и делают это по той же схеме, что и обычные эпителиальные клетки. И хотя ученые подозревали, что форма просвета между гепатоцитами и образование ими сетей объясняются детерминированным локальным механическим взаимодействием между клетками, эта гипотеза прежде носила общий характер и не подкреплялась экспериментальными данными.

Апикальные перемычки

Ученые из Института молекулярно-клеточной биологии и генетики им. Макса Планка во главе с Марино Зериалом совместно с группой исследователей Сколтеха под руководством доцента Тимофея Зацепина и специалистами других организаций обнаружили на апикальной поверхности просвета между гепатоцитами выросты, которые образуют внутри канала структуры, напоминающие по форме переборки — ребра жесткости в корпусе судна. Исследовав их с помощью электронного микроскопа, ученые показали, что узость просвета и сложность сети желчных канальцев обусловлены именно наличием этих структур.

Обе структуры — и рукотворные переборки между бортами судна, и их естественный аналог в просвете между гепатоцитами — служат обеспечению жесткости «конструкции». Только переборки делят корпус судна на отсеки, а апикальные перемычки оставляют канал непрерывным.

Чтобы убедиться, что перемычки не артефакт, привнесенный процедурой наблюдения за культурой клеток, коллектив исследовал эмбриональную печень мыши при помощи электронного микроскопа. Этот эксперимент in vivo подтвердил наличие схожих с переборками судна структур в формирующихся просветах в печени эмбриона. Также было однозначно показано, что перемычки не делят просвет канала на отдельные отсеки. Те же структуры были обнаружены и в печени взрослой мыши. Кроме того, эксперимент in vivo позволил исключить путаницу между перемычками и микроворсинками — ранее изученным образованием на клеточной мембране гепатоцитов.

3D-реконструкция: цитоплазма двух образующих просвет клеток показана зеленым и синим цветами. Плотные межклеточные соединения (TJ) выделены красным. Источник:
© 2021 Belicova et al. Originally published in Journal of Cell Biology. https://doi.org/10.1083/jcb.202103002

Генетика образования перемычек

Исследователи рассмотрели ряд белков, которые могут принимать участие в образовании перемычек. Коллектив уделил основное внимание белку Rab35, который прежде никак не связывали со строением просвета между гепатоцитами. Используя методы электронной микроскопии и 3D-моделирование, ученые показали, что при отключении экспрессии гена Rab35 перемычки между гепатоцитами не образуются, а просвет получается таким, как между холангиоцитами. 

«Важно отметить, что гепатоцит и холангиоцит имеют общего предшественника — гепатобласт, поэтому это наблюдение позволяет определить Rab35 как непосредственного участника событий. Мы знаем, что белок Rab35 напрямую не управляет формированием перемычек, — рассказывает Тимофей Зацепин. — Он известен как переносчик и, по всей видимости, отвечает за транспортировку внутри клетки какого-то комплекса или комплексов белков, которые в свою очередь приводят к образованию перемычек. Поиском этих комплексов мы сейчас и занимаемся — мы хотим полностью изучить механизм, который делает печень такой отличающейся от других органов».

Исследователи предполагают, что обнаруженные ими перемычки важны для дальнейших исследований с возможными приложениями в медицине. «Эти структуры сами по себе очень интересны и красивы. Апикальные перемычки встречаются квазипериодически на расстоянии друг от друга, равном диаметру просвета, что внешне напоминает несущие элементы инженерных конструкций, — поясняет Тимофей Зацепин. — Мы планируем воспользоваться возможностью регулирования этого механизма для исследования работы печени и ее регенерации в условиях ожирения и фиброза печени».

Исследование проводилось с участием специалистов Сколковского института науки и технологий (Сколтеха), Института молекулярно-клеточной биологии и генетики им. Макса Планка, Института молекулярной генетики им. Макса Планка, Кильского университета им. Кристиана Альбрехта и Йенского университета им. Фридриха Шиллера (Германия), а также МГУ им. М.В. Ломоносова (Россия) и Nelson Laboratories LLC (США).

 

Источник информации и фото: Сколтех

сеть ветеринарных лабораторий «Шанс Био»

Гликогеноз (Glycogen Storage Disease, GSD)

– группа аутосомно-рецессивных заболеваний, возникающих вследствие нарушения метаболизма гликогена.

Основным и наиболее универсальным источником энергии для человека, животных и растений является глюкоза. В организме животных глюкоза хранится в форме гликогена, который откладывается в виде гранул в цитоплазме клеток, преимущественно в клетках печени и мышц. При недостатке глюкозы гликоген расщепляется, и глюкоза попадает в кровь. Превращение гликогена в глюкозу – многоступенчатый процесс, протекающий под воздействием ряда ферментов, нарушение работы которых приводит к избыточному накоплению гликогена в виде аномальных гранул и нарушению гомеостаза глюкозы.

Клинические проявления гликогеноза бывают разными в зависимости от исходных ферментативных нарушений, в связи с чем выделяют разные типы заболевания. Номера типам присваивались в хронологическом порядке по мере их открытия.

Для собак известны следующие породоспецифичные типы: Ia тип описан для мальтийских болонок (дефицит глюкозо-6-фосфотазы, болезнь фон Гирке), II тип – для лапландской собаки (дефицит лизосомальной кислоты альфа-глюкозидазы, болезнь Помпе), III тип – для немецкой овчарки (дефицит гликоген-дебранчинг фермента, болезнь Кори) и VII тип – для английских спрингер-спаниелей (дефицит фосфофруктокиназы, PFK).

Недавно гликогеноз был описан для собак породы курчавошерстный ретривер (CCR) и классифицирован как тип IIIa. На первом году жизни GSD IIIa сложно детектируем и внешне почти никак не проявляется. С возрастом гликоген все больше и больше накапливается в клетках печени и мышц, начинают появляться непереносимость физических нагрузок, эпизодическая гипогликемия, вялость, миопатии. Люди, болеющие гликогенозом III типа, страдают от гипогликемии, возможно развитие скелетной миопатии, кардиомиопатии, цирроза печени, несмотря на это многие пациенты доживают до старости.Причина GSD IIIa у курчавошерстных ретриверов – мутация в гене AGL (amylo-alpha-1, 6-glucosidase, 4-alpha-glucanotransferase). Несмотря на сходство GSD IIIa CCR с болезнью Кори, показано, что для немецких овчарок заболевание имеет другую генетическую природу.

Диагностика

Для диагностики GSD IIIa курчавошерстных ретриверов разработан генетический тест. Исследование можно проводить в любом возрасте. При тестировании анализируется мутация в ДНК, приводящая к развитию заболевания. ДНК-тест позволяет определить дефектную (мутантную) копию гена и нормальную копию гена. Результат теста – это определение генотипа, которое позволяет разделить животных на три группы: здоровые (гомозиготы по нормальной копии гена), носители (гетерозиготы) и больные (гомозиготы по мутации).

Код 844

Почему животные используют гликоген для хранения полисахаридов, а растения используют крахмал?

Резюме

Ключевое различие между гликогеном и амилопектином (основным компонентом крахмала) заключается не в количестве 1,6-гликозидных ветвей, а в их расположении .

В гликогене ветви последовательно подразделяются, образуя относительно небольшую глобулярную структуру, которая не способна расти дальше. Он растворим в водной среде и с его многочисленными открытыми концами может быстро метаболизироваться — подходит для клеток животных, в которых необходимо мобилизовать запасы энергии в ответ на насущные потребности, например, для сокращения мышц.

В амилопектине имеется длинная центральная полисахаридная цепь, от которой ветки ограниченного размера простираются с интервалами. В результате образуются гораздо большие полукристаллические частицы (крахмальные зерна), форма, особенно подходящая для длительного хранения в больших количествах в семенах и клубнях.

Химия

Это общая черта гликогена и амилопектиновой части крахмала. (Часть амилозы неразветвленная.) В гликогене содержится ок. одна точка ветвления на 10 единиц глюкозы, тогда как у амилопектина эта цифра равна 1 на 24–30 (источник: Wikipedia ).

Топография

Контрастная ветвящаяся топография двух полисахаридов, упомянутых выше, схематически показана ниже:

Это двумерное представление. В трех измерениях гликоген распространяется во всех направлениях от центральной точки — на самом деле праймерный фермент, гликогенин . В трех измерениях нити амилопектина в основном лежат рядом.

Макроструктура

Иллюстрация ниже, измененная от Bell et al. , показывает различные формы и размеры макромолекулярных структур. Следует отметить, что полукристаллической природе амилопектина способствует спиральная конформация цепей.

Вместо того, чтобы предоставить информацию о обзоре Bell et al. (Журнал «Экспериментальная ботаника», том 62, стр. 1775–1801, 2011). Я приведу их непосредственно (не упоминая их цитаты).

Что касается гликогена, они пишут:

Каждая цепь, за исключением внешних неразветвленных цепей, поддерживает две ветви. Эта схема ветвления обеспечивает сферический рост уровней, генерирующих частицы (уровень соответствует сферическому пространству, отделяющему две последовательные ветви от всех цепей, расположенных на одинаковом расстоянии от центра частицы). Этот тип роста приводит к увеличению плотности цепей на каждом уровне, что приводит к прогрессивно более тесной структуре к периферии.

Математическое моделирование предсказывает максимальное значение для размера частиц, выше которого дальнейший рост невозможен, поскольку не было бы достаточно места для взаимодействия цепей с каталитическими центрами ферментов метаболизма гликогена. В результате образуется частица, состоящая из 12 ярусов, соответствующих максимальному диаметру 42 нм, включая 55 000 остатков глюкозы. 36% от этого общего количества находится в наружной (неразветвленной) оболочке и, таким образом, легко доступен для катаболизма гликогена без разветвления. Таким образом, in vivo частицы гликогена присутствуют в форме гранул предельного размера (макрогликоген), а также гранул меньшего размера, представляющих промежуточные состояния биосинтеза и деградации гликогена (прогликоген). Частицы гликогена полностью растворимы в воде и, следовательно, определяют состояние, при котором глюкоза становится менее активной осмотически, но в то же время легко доступной для быстрой мобилизации через ферменты катаболизма гликогена, как если бы она находилась в растворимой фазе.

Относительно амилопектина они пишут:

Амилопектин определяет один из, если не самый большой, известный биологический полимер и содержит от 105 до 106 остатков глюкозы. Не существует теоретического верхнего предела размера, достигаемого отдельными молекулами амилопектина. Это не связано с несколько меньшей степенью общего разветвления молекулы по сравнению с гликогеном. Скорее это связано с тем, как ветви распределяются внутри структуры. Ветви сконцентрированы в участках молекулы амилопектина, приводящих к скоплениям цепей, которые обеспечивают неограниченный рост полисахарида. Другая важная особенность кластерной структуры амилопектина состоит в плотной упаковке цепей, образующихся в корне кластеров, где плотность ветвей локально достигает или превышает плотность гликогена. Эта плотная упаковка ветвей генерирует плотно упакованные глюкановые цепи, которые достаточно близки для выравнивания и образования параллельных двойных спиральных структур. Спирали внутри одного кластера и соседних кластеров выравнивают и образуют участки кристаллических структур, разделенных участками аморфного материала (содержащего ветви), тем самым генерируя полукристаллическую природу амилопектина и последующей гранулы крахмала. Действительно, кристаллизованные цепи становятся нерастворимыми и обычно разрушаются в макрогранулированное твердое вещество. Эта осмотически инертная гранула крахмала позволяет хранить неограниченное количество глюкозы, которая становится метаболически недоступной. В самом деле, ферменты синтеза и мобилизации крахмала не могут напрямую взаимодействовать с твердой структурой, за исключением заметного гранулярно-связанной крахмалсинтазы, единственного фермента, необходимого для синтеза амилозы.

кода

Недостаток информации о метаболизме растительного крахмала, по-видимому, отражает комбинацию того, что они менее известны о биохимии растений и менее интересны из-за общего внимания к медицинской биохимии и биохимии животных. Хотя сам биохимик по животным (и, таким образом, ранее неосведомленный об информации в этом ответе) я чувствую, что пришло время исправить этот дисбаланс.

гликоген — это… Что такое гликоген?

  • гликоген — гликоген …   Орфографический словарь-справочник

  • ГЛИКОГЕН — (от греч. glykys сладкий, и gignomai рождаю). Животный крахмал, встречающийся в тканях печени человека и животных. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ГЛИКОГЕН название животного крахмала; по составу… …   Словарь иностранных слов русского языка

  • ГЛИКОГЕН — ГЛИКОГЕН, или животный крахмал, является полисахаридом, в виде к рого отлагаются запасы углеводов в теле человека и др. животных. Г. принадлежит к группе коллоидальных полисахаридов, частицы которых построены из нескольких частиц простых… …   Большая медицинская энциклопедия

  • ГЛИКОГЕН — полисахарид, образованный остатками глюкозы; основной запасной углевод человека и животных. Откладывается в виде гранул в цитоплазме клеток (главным образом печени и мышц). При недостатке в организме глюкозы гликоген под воздействием ферментов… …   Большой Энциклопедический словарь

  • ГЛИКОГЕН — ГЛИКОГЕН, УГЛЕВОД, содержащийся в печени и мускулах животных. Его часто называют животным крахмалом; наряду с крахмалом и клетчаткой, он является ПОЛИМЕРОМ ГЛЮКОЗЫ. При выработке энергии гликоген распадается на глюкозу, позднее усваивающуюся в… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • ГЛИКОГЕН — разветвлённый полисахарид, молекулы к рого построены из остатков a D глюкозы. Мол. м. 103 107. Быстро мобилизуемый энергетич. резерв мн. живых организмов, накапливается у позвоночных гл. обр. в печени и мышцах, обнаружен в дрожжах, нек рых… …   Биологический энциклопедический словарь

  • Гликоген — Гликоген, т. е. сахар образующее вещество, представляет углеводформулы С6Н10О5 встречающееся в животном теле в преимущественно в печениздоровых, упитанных животных; кроме того, Г. встречается в мышцах, белыхкровяных тельцах, в ворсинках… …   Энциклопедия Брокгауза и Ефрона

  • ГЛИКОГЕН — ГЛИКОГЕН, полисахарид, состоящий из остатков глюкозы; основной запасной углевод человека и животных. Откладывается в виде гранул в цитоплазме клеток (главным образом печени и мышц). Потребность организма в глюкозе удовлетворяется путем… …   Современная энциклопедия

  • гликоген — разветвленный полисахарид, молекулы которого построены из остатков a–D–глюкозы. Мол. масса – 105 107 Да. Быстро мобилизуемый энергетический резерв многих живых организмов, накапливается у позвоночных в печени, мышцах. Нередко называется животным… …   Словарь микробиологии

  • гликоген — сущ., кол во синонимов: 3 • крахмал (19) • полисахарид (36) • углевод (33) Словарь с …   Словарь синонимов

  • гликоген — Разветвленная структура полисахарида (мономер глюкоза), характерного для животных [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN glycogen …   Справочник технического переводчика

    • Распад — гликоген — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

    Распад — гликоген

    Cтраница 2

    Адреналин не только стимулирует распад гликогена, но одновременно тормозит его синтез в печени из глюкозы, что способствует максимальному поступлению глюкозы в кровь.  [16]

    Глюкагон и эпинефрин вызывают усиленный распад гликогена, и эти же вещества оказывают активирующее действие на фос-форилазу.  [17]

    У крыс при остром отравлении усиливается распад гликогена в печени и накапливаются некоторые промежуточные продукты гликолиза.  [18]

    Глюкагон оказывает двойное действие: ускоряет распад гликогена ( гликолиз, гликогенолиз) и ингибирует его синтез из. УДФ-глюкозы, суммарным результатом которого является ускорение превращения гликогена печени в глюкозу. Гипергликемический эффект глюкагона обеспечивает и глюконеогенез, который по времени действия более продолжителен, чем гликолиз.  [19]

    Понижает содержание сахара в крови, задерживая распад гликогена в печени и увеличивая использование глюкозы мышечными и др. клетками.  [20]

    Адреналин влияет на углеводный обмен, способствуя распаду гликогена в печени до глюкозы.  [21]

    В начальный послеубойный период в тканях мяса происходит частичный распад гликогена, глюкозы, аденозинтрифосфорной кислоты ( АТФ), фосфокреатина. Этот частичный распад протекает с выделением тепла. Выделяемое тепло повышает активность ферментативных и микробиальных процессов. Из всех превращений, совершающихся в мышечной ткани в посмертный период, важную роль играет окоченение и расслабление мышц.  [22]

    Глюкагон вызывает увеличение концентрации сахара в крови и стимулирует распад гликогена. Объясняется это тем, что глюкагон, как и адреналин, превращает неактивную фосфорилазу печени в активную ( стр.  [23]

    Глюкагон вызывает увеличение концентрации сахара в крови и стимулирует распад гликогена.  [24]

    Гипергликемический эффект глюкагона обусловлен, однако, не только распадом гликогена. Имеются бесспорные доказательства существования глюконеогенетического механизма гипергликемии, вызванной глюкагоном. Установлено, что глюкагон способствует образованию глюкозы из промежуточных продуктов обмена белков и жиров. Глюкагон стимулирует образование глюкозы из аминокислот путем индукции синтеза ферментов глюконеогенеза при участии цАМФ, в частности фосфоенолпируваткарбок-сикиназы — ключевого фермента этого процесса. Глюкагон в отличие от адреналина тормозит гликолитический распад глюкозы до молочной кислоты, способствуя тем самым гипергликемии. Он активирует опосредованно через цАМФ липазу тканей, оказывая мощный липолитический эффект. Существуют и различия в физиологическом действии: в отличие от адреналина глюкагон не повышает кровяного давления и не увеличивает частоту сердечных сокращений. Следует отметить, что, помимо панкреатического глюкагона, в последнее время доказано существование кишечного глюкагона, синтезирующегося по всему пищеварительному тракту и поступающего в кровь. Первичная структура кишечного глюкагона пока точно не расшифрована, однако в его молекуле открыты идентичные N-концевому и среднему участкам панкреатического глюкагона аминокислотные последовательности, но разная С-концевая последовательность аминокислот.  [25]

    Более подробно изучен механизм активирования и регуляции мышечной гликогенфосфорилазы, активирующей распад гликогена. Обе фосфорилазы построены из двух идентичных субъединиц ( мол.  [27]

    Другим важным процессом, происходящим при хранении ры — 5ы, является распад гликогена.  [28]

    С этими же гранулами прочно связаны ферменты, ответственные за синтез и распад гликогена.  [30]

    Страницы:      1    2    3    4

    (PDF) Динамическая жизнь гранулы гликогена

    E. I. (1999) Фрактальная структура гликогена: умное решение для оптимизации клеточного метаболизма.

    Biophys. J. 77, 1327–1332

    31. Мелендес, Р., Мелендес-Хевиа, Э., Мас, Ф., Мах, Дж., Касканте, М., Р., М., Мелендес-Хевиа, Э. ,

    F., M., Mach, J., and Cascnte, M. (1998) Физические ограничения в синтезе гликогена, которые влияют на его структурную однородность

    : двумерный подход.Биофиз. J. 75, 106–114

    32. Baqué, S., Guinovart, J. J., and Ferrer, J. C. (1997) Гликогенин, праймер для синтеза гликогена,

    связывается с актином. FEBS Lett. 417. FEBS J. 272, 3197–213

    34. Wilson, WA, Boyer, MP, Davis, KD, Burke, M., and Roach, PJ (2010). Субклеточная локализация дрожжевой гликогенсинтазы

    зависит от содержания гликогена. .Может. J. Microbiol.

    56, 408–20

    35. Ou, H., Yan, L., Osmanovic, S., Greenberg, CC, and Brady, MJ (2005) Пространственная реорганизация

    гликоген-синтазы при активации в 3T3-L1 Адипоциты. Эндокринология. 146, 494–502

    36. Фернандес-Новелл, Дж. М., Беллидо, Д., Виларо, С. и Гуиноварт, Дж. Дж. (1997). Глюкоза индуцирует транслокацию

    гликогенсинтазы в кору клеток гепатоцитов крыс. Biochem. J. 321, 227–31

    37.Prats, C., Cadefau, JA, Cussó, R., Qvortrup, K., Nielsen, JN, Wojtaszewski, JFP,

    Wojtaszewki, JFP, Hardie, DG, Stewart, G., Hansen, BF, and Ploug, T. . (2005)

    Зависимая от фосфорилирования транслокация гликогенсинтазы в новую структуру во время

    ресинтеза гликогена. J. Biol. Chem. 280, 23165–72

    38. Prats, C., Helge, JW, Nordby, P., Qvortrup, K., Ploug, T., Dela, F., and Wojtaszewski, JFP

    (2009) Двойное регулирование мышечная гликогенсинтаза во время упражнений путем активации и

    компартментализации.J. Biol. Chem. 284, 15692–700

    39. Маршан, И., Чернейко, К., Тарнопольски, М., Гамильтон, С., Ширер, Дж., Потвин, Дж., И Грэм,

    TE (2002). субклеточный гликоген в мышцах человека в состоянии покоя: размер гранул, количество,

    и расположение. J. Appl. Physiol. 93, 1598–1607

    40. Элснер П., Кисторфф Б., Хансен Г. Х. и Граннет Н. (2002) Частично упорядоченный синтез и

    деградация гликогена в культивируемых мышечных трубках крыс. Дж.Биол. Chem. 277, 4831–4838

    41. Девос П. и Херс Х. Г. (1979) Молекулярный порядок в синтезе и расщеплении гликогена

    в печени. Евро. J. Biochem. 99, 161–7

    42. Oe, Y., Baba, O., Ashida, H., Nakamura, KC, and Hirase, H. (2016) Распределение гликогена в головном мозге мышей

    , фиксированных с помощью микроволн, выявляет гетерогенные астроциты. узоры. Глия. 64, 1532–45

    43. Накамура-Цурута, С., Ясуда, М., Накамура, Т., Шинода, Э., Фуруясики, Т., Kakutani, R.,

    Takata, H., Kato, Y., and Ashida, H. (2012) Сравнительный анализ связывания углеводов

    гостем 11 мая 2020 г. http://www.jbc.org/ Скачал с

    Glycogen

    2

    Агрессивный рак груди накапливает большое количество энергии, которая позволяет ей распространяться

    4 октября 2019 г. — Исследователи обнаружили, что при агрессивном раке груди гликоген накапливается в очень больших количествах, что дает объяснение того, как клетки могут изменить свою функцию, чтобы избежать лечения, расти и распространяться.Ориентация на …

    Роль ядерного гликогена в немелкоклеточном раке легких

    12 сентября 2019 г. — Исследователи сделали прорывное открытие, которое решает загадку, давно забытую наукой, и выявили потенциально новый путь в доклинических моделях для лечения немелкоклеточного легкого …

    Стресс-тест обнаруживает трещины в стойкости к вредоносным медицинским ошибкам

    22 апреля 2021 г. — Исследования выявили критические факторы, которые позволяют опасным бактериям распространять болезни, выживая на поверхностях в больницах и…

    Рак яичников: быстрые шаги к широко распространенному заболеванию

    6 сентября 2018 г. — Клетки рака яичников, которые взаимодействуют с фибробластами, связанными с раком, могут мобилизовать гликоген в качестве источника энергии, что приводит к пролиферации, инвазии и метастазированию. Блокирование мобилизации гликогена в …

    Первая в мире генная терапия болезни накопления гликогена дает замечательные результаты

    20 сентября 2019 г. — Редкое и смертельное генетическое заболевание печени, GSD типа Ia, поражает детей от младенчества до взрослого возраста, вызывая опасно низкий уровень сахара в крови и постоянную зависимость от потребления глюкозы у детей…

    Завтрак сжигает больше углеводов во время упражнений и ускоряет метаболизм для следующего приема пищи

    15 августа 2018 г. — Новое исследование показывает, что завтрак может «подготовить» организм к сжиганию углеводов во время упражнений и более быстрому усвоению пищи после работы …

    Новый свет проливает свет на ролевые биологические игры в болезни

    2 декабря 2019 г. — Новое исследование показывает, что система регуляции железа в организме намного сложнее, чем предполагалось изначально, и это имеет удивительные последствия как минимум для трех человек…

    Подробное описание молекулярных эффектов физических упражнений

    28 мая 2020 г. — Простой анализ крови может определить вашу физическую форму, согласно новому …

    Выявлен иммунный драйвер старения мозга

    20 января 2021 г. — Ученые из Стэнфордского университета определили ключевой фактор умственного старения и показали, что его можно предотвратить или обратить вспять, исправив сбой на переднем крае иммунной системы …

    Новое исследование почек проливает свет на вред некоторых лекарств

    Янв.24 января 2019 г. — Ученые определили фермент, который является «главным регулятором» функции почек, чрезмерное подавление которого может вызвать почечную недостаточность. Их выводы имеют значение для использования …

    Гликоген — определение, структура, функция и примеры

    Определение гликогена

    Гликоген — это большой разветвленный полисахарид, который является основной формой хранения глюкозы у животных и людей. Гликоген является важным резервуаром энергии; когда организму требуется энергия, гликоген расщепляется на глюкозу, которая затем попадает в гликолитический или пентозофосфатный путь или попадает в кровоток.Гликоген также является важной формой хранения глюкозы в грибах и бактериях.

    Структура гликогена

    Гликоген — это разветвленный полимер глюкозы. Остатки глюкозы линейно связаны α-1,4-гликозидными связями, и примерно через каждые десять остатков цепь остатков глюкозы разветвляется через α-1,6-гликозидные связи. Α-гликозидные связи образуют спиральную полимерную структуру. Гликоген гидратируется с помощью трех-четырех частей воды и образует в цитоплазме гранулы диаметром 10-40 нм.Белок гликогенин, который участвует в синтезе гликогена, находится в ядре каждой гранулы гликогена. Гликоген является аналогом крахмала, который является основной формой хранения глюкозы в большинстве растений, но крахмал имеет меньше ответвлений и менее компактен, чем гликоген.


    На этих рисунках показана структура гликогена. Зеленые кружки представляют связи α-1,6 в точках ветвления, а красные кружки представляют невосстанавливающие концы цепи.

    Функция гликогена

    У животных и людей гликоген находится в основном в мышечных клетках и клетках печени.Гликоген синтезируется из глюкозы, когда уровень глюкозы в крови высок, и служит готовым источником глюкозы для тканей по всему телу, когда уровень глюкозы в крови снижается.

    Клетки печени

    Гликоген составляет 6-10% от веса печени. Когда пища попадает в организм, уровень глюкозы в крови повышается, а инсулин, выделяемый поджелудочной железой, способствует усвоению глюкозы клетками печени. Инсулин также активирует ферменты, участвующие в синтезе гликогена, такие как гликогенсинтаза. Хотя уровни глюкозы и инсулина достаточно высоки, цепи гликогена удлиняются за счет добавления молекул глюкозы, этот процесс называется гликонеогенезом.По мере снижения уровня глюкозы и инсулина синтез гликогена прекращается. Когда уровень глюкозы в крови падает ниже определенного уровня, глюкагон, выделяемый поджелудочной железой, подает сигнал клеткам печени о расщеплении гликогена. Гликоген расщепляется посредством гликогенолиза на глюкозо-1-фосфат, который превращается в глюкозу и попадает в кровоток. Таким образом, гликоген служит главным буфером уровней глюкозы в крови, сохраняя глюкозу, когда ее уровень высокий, и высвобождая глюкозу, когда уровень низкий. Распад гликогена в печени имеет решающее значение для поставки глюкозы для удовлетворения энергетических потребностей организма.Помимо глюкагона, расщепление гликогена также стимулируют кортизол, адреналин и норадреналин.

    Мышечные клетки

    В отличие от клеток печени, гликоген составляет всего 1-2% от веса мышц. Однако, учитывая большую мышечную массу в теле, общее количество гликогена, хранящегося в мышцах, больше, чем в печени. Мышцы также отличаются от печени тем, что гликоген в мышцах поставляет глюкозу только мышечным клеткам. Мышечные клетки не экспрессируют фермент глюкозо-6-фосфатазу, который необходим для выброса глюкозы в кровоток.Глюкозо-1-фосфат, образующийся при расщеплении гликогена в мышечных волокнах, превращается в глюкозо-6-фосфат и обеспечивает мышцы энергией во время тренировки или в ответ на стресс, например, в реакции «бей или беги».

    Другие ткани

    Помимо печени и мышц, гликоген в меньших количествах обнаружен в других тканях, включая эритроциты, лейкоциты, клетки почек и некоторые глиальные клетки. Кроме того, гликоген используется для хранения глюкозы в матке, чтобы обеспечить энергетические потребности эмбриона.

    Грибы и бактерии

    Микроорганизмы обладают механизмами для хранения энергии, чтобы справиться в случае ограниченных ресурсов окружающей среды, а гликоген представляет собой основную форму хранения энергии. Ограничение питательных веществ (низкий уровень углерода, фосфора, азота или серы) может стимулировать образование гликогена в дрожжах, в то время как бактерии синтезируют гликоген в ответ на легкодоступные источники энергии углерода с ограничением других питательных веществ. Рост бактерий и спорообразование дрожжей также были связаны с накоплением гликогена.

    Гомеостаз гликогена — это строго регулируемый процесс, который позволяет организму накапливать или выделять глюкозу в зависимости от его энергетических потребностей. Основными этапами метаболизма глюкозы являются гликогенез, или синтез гликогена, и гликогенолиз, или распад гликогена.

    Гликогенез

    Для синтеза гликогена требуется энергия, которую обеспечивает уридинтрифосфат (UTP). Гексокиназы или глюкокиназа сначала фосфорилируют свободную глюкозу с образованием глюкозо-6-фосфата, который фосфоглюкомутазой превращается в глюкозо-1-фосфат.Затем UTP-глюкозо-1-фосфатуридилилтрансфераза катализирует активацию глюкозы, при которой UTP и глюкозо-1-фосфат реагируют с образованием UDP-глюкозы. В синтезе гликогена de novo белок гликогенин катализирует присоединение UDP-глюкозы к самому себе. Гликогенин представляет собой гомодимер, содержащий остаток тирозина в каждой субъединице, который служит якорем или точкой присоединения глюкозы. Затем к восстанавливающему концу предыдущей молекулы глюкозы добавляются дополнительные молекулы глюкозы, чтобы сформировать цепочку из примерно восьми молекул глюкозы.Затем гликогенсинтаза удлиняет цепь, добавляя глюкозу через α-1,4-гликозидные связи.

    Разветвление катализируется амило- (1,4-1,6) -трансглюкозидазой, также называемой ферментом разветвления гликогена. Фермент разветвления гликогена переносит фрагмент из шести-семи молекул глюкозы от конца цепи к C6 молекулы глюкозы, расположенной дальше внутри молекулы гликогена, образуя α-1,6 гликозидные связи.

    Гликогенолиз

    Глюкоза удаляется из гликогена с помощью гликогенфосфорилазы, которая фосфоролитически удаляет одну молекулу глюкозы с невосстанавливающего конца, давая глюкозо-1-фосфат.Глюкозо-1-фосфат, образующийся при расщеплении гликогена, превращается в глюкозо-6-фосфат, для этого процесса требуется фермент фосфоглюкомутаза. Фосфоглюкомутаза переносит фосфатную группу с фосфорилированного серинового остатка в активном центре на C6 глюкозо-1-фосфата, продуцируя глюкозо-1,6-бисфосфат. Затем глюкозо-C1-фосфат присоединяется к серину активного центра в фосфоглюкомутазе, и высвобождается глюкозо-6-фосфат.

    Гликогенфосфорилаза не способна расщеплять глюкозу по точкам ветвления; для разветвления требуется амило-1,6-глюкозидаза, 4-α-глюканотрансфераза или фермент, разветвляющий гликоген (GDE), который обладает активностью глюкотрансферазы и глюкозидазы.Примерно через четыре остатка от точки ветвления гликогенфосфорилаза не может удалить остатки глюкозы. GDE отщепляет последние три остатка разветвления и присоединяет их к C4 молекулы глюкозы на конце другой ветви, затем удаляет последний α-1,6-связанный остаток глюкозы из точки разветвления. GDE не удаляет α-1,6-связанную глюкозу из точки разветвления фосфорилитически, что означает, что высвобождается свободная глюкоза. Эта свободная глюкоза теоретически могла бы высвобождаться из мышц в кровоток без действия глюкозо-6-фосфатазы; однако эта свободная глюкоза быстро фосфорилируется гексокиназой, предотвращая ее попадание в кровоток.

    Глюкозо-6-фосфат, образующийся в результате распада гликогена, может превращаться в глюкозу под действием глюкозо-6-фосфатазы и попадать в кровоток. Это происходит в печени, кишечнике и почках, но не в мышцах, где этот фермент отсутствует. В мышцах глюкозо-6-фосфат вступает в гликолитический путь и обеспечивает клетку энергией. Глюкозо-6-фосфат также может вступать в пентозофосфатный путь, что приводит к выработке НАДФН и пяти углеродных сахаров.

    Упражнения и истощение гликогена

    При упражнениях на выносливость спортсмены могут испытывать истощение гликогена, при котором большая часть гликогена истощается из мышц.Это может привести к сильной усталости и затруднениям при движении. Истощение запасов гликогена можно уменьшить, постоянно потребляя углеводы с высоким гликемическим индексом (высокая скорость превращения в глюкозу в крови) во время упражнений, которые заменят часть глюкозы, потребляемой во время упражнений. Также можно использовать специальные режимы упражнений, которые заставляют мышцы использовать жирные кислоты в качестве источника энергии с большей скоростью, тем самым разрушая меньше гликогена. Спортсмены также могут использовать углеводную загрузку, потребление большого количества углеводов, чтобы увеличить способность к хранению гликогена.

    Примеры болезней накопления гликогена

    Есть две основные категории болезней накопления гликогена: болезни, возникающие в результате дефектного гомеостаза гликогена в печени, и болезни, возникающие в результате дефектного гомеостаза гликогена в мышцах. Заболевания, вызванные недостаточным хранением гликогена в печени, обычно вызывают гепатомегалию (увеличение печени), гипогликемию и цирроз (рубцевание печени). Заболевания, вызванные недостаточным хранением гликогена в мышцах, обычно вызывают миопатии и нарушение обмена веществ.Примеры болезней накопления гликогена включают болезнь Помпе, болезнь Макардла и болезнь Андерсена.

    Болезнь Помпе

    Болезнь Помпе вызывается мутациями в гене GAA , который кодирует лизосомальную кислотную α-глюкозидазу, также называемую кислой мальтазой, и поражает скелетные и сердечные мышцы. Кислая мальтаза участвует в распаде гликогена, а мутации, вызывающие заболевание, приводят к пагубному накоплению гликогена в клетке. Существует три типа болезни Помпе: взрослая форма, ювенильная форма и младенческая форма, которые становятся все более тяжелыми.Инфантильная форма приводит к смерти в возрасте от одного до двух лет, если ее не лечить.

    Болезнь Макардла

    Болезнь Макардла вызывается мутациями в гене PYGM , который кодирует миофосфорилазу, изоформу гликогенфосфорилазы, присутствующую в мышцах. Симптомы часто наблюдаются у детей, но болезнь может быть диагностирована только в зрелом возрасте. Симптомы включают мышечную боль и усталость, и заболевание может быть опасным для жизни, если не лечить должным образом.

    Болезнь Андерсена

    Болезнь Андерсена вызывается мутацией в гене GBE1 , который кодирует фермент ветвления гликогена, и поражает мышцы и печень.Симптомы обычно наблюдаются в возрасте нескольких месяцев и включают задержку роста, увеличение печени и цирроз. Осложнения болезни могут быть опасными для жизни.

    Тест

    1. Что лучше всего описывает функцию гликогена?
    A. Обеспечивает структурную поддержку мышечным клеткам
    B. Фактор транскрипции, регулирующий дифференцировку клеток
    C. Хранит глюкозу в растениях
    D. Буферизует уровни глюкозы в крови и служит легко мобилизуемым источником энергии

    Ответ на вопрос № 1

    D правильный.Гликоген — это основная форма хранения глюкозы у животных и людей. Гликоген синтезируется при высоком уровне глюкозы в крови и расщепляется при низком уровне глюкозы в крови, что делает его важным буфером уровней глюкозы в крови. Когда клетке или организму требуется энергия, гликоген служит важным источником энергии, обеспечивая глюкозой ткани по всему телу.

    2. Какой главный гормон стимулирует распад гликогена?
    A. Глюкагон
    B. Щитовидная железа
    C. Инсулин
    D. Эстроген

    Ответ на вопрос № 2

    правильный. Глюкагон, который вырабатывается в ответ на низкий уровень сахара в крови, стимулирует расщепление гликогена. Инсулин, вырабатываемый в ответ на повышенный уровень сахара в крови, стимулирует поглощение глюкозы и синтез гликогена.

    3. Какова возможная судьба глюкозо-1-фосфата, образующегося при гликогенолизе?
    A. Превращение в глюкозо-6-фосфат с последующим вступлением в гликолитический путь
    B. Превращение в глюкозо-6-фосфат с последующим вступлением в пентозофосфатный путь
    C. Превращение в глюкозу с последующим выбросом в кровоток
    D. Все вышеперечисленное

    Ответ на вопрос № 3

    D правильный. В мышечных клетках глюкозо-1-фосфат превращается в глюкозо-6-фосфат фосфоглюкомутазой, после чего он может попасть в гликолитический или пентозофосфатный пути. В клетках печени глюкозо-6-фосфат превращается в глюкозу глюкозо-6-фосфатазой и попадает в кровоток.

    Ссылки

    • Eicke, S., Seung, D., Egli, B., Devers, EA, and Streb, S. (2017) «Повышение способности растений хранить углеводы путем создания пула гликогеноподобных полимеров. в цитозоле ». Метаболическая инженерия. 40: 23-32.
    • Харгривз, М. и Рихтер, Э.А. (1988) «Регулирование гликогенолиза скелетных мышц во время упражнений». Канадский журнал спортивных наук. 13 (4): 197-203.
      • ,
    • Айви, Дж. Л. (1991). «Синтез мышечного гликогена до и после тренировки. Спортивная медицина. 11 (1): 6-19.

    болезнь накопления гликогена (GSD); Симптомы, причины, лечение

    Обзор

    Что такое гликоген и болезнь накопления гликогена (GSD)?

    Клеткам тела требуется постоянный запас топлива для правильного функционирования. Это топливо представляет собой простой сахар, называемый глюкозой. Глюкоза образуется в результате расщепления пищи, которую мы едим. Организм использует столько глюкозы, сколько ему необходимо для функционирования, а остальное сохраняет, чтобы использовать позже.

    Прежде чем его можно будет хранить, организм должен объединить простые единицы глюкозы в новый сложный сахар, называемый гликогеном. Затем гликоген накапливается в печени и мышечных клетках. Когда организму требуется дополнительное топливо, он расщепляет гликоген, хранящийся в печени, обратно на единицы глюкозы, которые клетки могут использовать. Специальные белки, называемые ферментами, помогают производить и расщеплять гликоген в процессе, называемом метаболизмом гликогена.

    Иногда человек рождается без фермента, необходимого для этого процесса, или он может работать неправильно.Тогда организм не сможет хранить или расщеплять гликоген должным образом. Это может привести к очень низкому уровню глюкозы в крови во время голодания. Мышцам и органам для правильной работы необходим определенный уровень глюкозы в крови.

    Когда в организме отсутствует фермент или имеется дефектный фермент и он не может правильно использовать гликоген, это приводит к состоянию, называемому болезнью накопления гликогена (GSD). Для переработки гликогена организм использует множество различных ферментов. И, как следствие, существует несколько типов GSD.

    Какие бывают типы GSD?

    Каждый тип GSD основан на определенном ферменте или наборе ферментов, участвующих в хранении или распаде гликогена. Существует как минимум 13 типов болезни накопления гликогена. Врачи знают о некоторых типах больше, чем о других. GSD в основном поражает печень и мышцы. Некоторые типы вызывают проблемы и в других частях тела. Типы GSD и части тела, на которые они влияют больше всего, включают:

    • Тип 0 (болезнь Льюиса) — Печень.
    • Тип I (болезнь фон Гирке) Тип Ia — печень, почки, кишечник; Тип Ib — печень, почки, кишечник, клетки крови.
    • Тип II (болезнь Помпе) — Мышцы, сердце, печень, нервная система, кровеносные сосуды.
    • Тип III (болезнь Форбса-Кори) — печень, сердце, скелетные мышцы, клетки крови.
    • Тип IV (болезнь Андерсена) — печень, мозг, сердце, мышцы, кожа, нервная система.
    • Тип V (болезнь Макардла) — Скелетные мышцы.
    • Тип VI (болезнь Херса) — Печень, клетки крови.
    • Тип VII (болезнь Таруи) — Скелетные мышцы, клетки крови.
    • Тип IX — Печень.
    • Тип XI (синдром Фанкони-Бикеля) — печень, почки, кишечник.

    Насколько они распространены?

    Расстройство накопления гликогена встречается примерно у одного из 20 000–25 000 младенцев. Наиболее распространенными типами GSD являются типы I, II, III и IV, причем тип I является наиболее распространенным. Считается, что почти 90% всех пациентов с GSD имеют типы от I до IV. Считается, что около 25% пациентов с GSD имеют тип I. Однако GSD типов VI и IX могут иметь очень легкие симптомы и могут быть недооценены.

    Большинство тяжелых форм GSD диагностируется у младенцев и детей. Некоторые из более мягких типов могут не обнаружиться, пока человек не станет взрослым.

    Симптомы и причины

    Каковы симптомы болезни накопления гликогена (GSD)?

    Симптомы зависят от типа GSD. Некоторые GSD поражают в основном печень. К ним относятся типы 0, I, III, IV, VI и IX. Однако иногда они могут иметь частично совпадающие симптомы, влияющие на мышцы и сердце. Эти типы (за исключением GSD типа 0) могут вызывать увеличение печени.Увеличение печени связано с низким уровнем глюкозы в крови, потому что избыток гликогена хранится в печени, а не выделяется в виде глюкозы в кровоток. Симптомы низкого уровня глюкозы в крови или гипогликемии включают потливость, тремор, сонливость, спутанность сознания, а иногда и судороги. Некоторые GSD, такие как типы V и VII, в основном поражают скелетные мышцы. Мышечная слабость и мышечные судороги являются наиболее частыми симптомами этих типов.

    Другие симптомы, которые могут возникнуть, включают:

    • Усталость.
    • Очень медленный рост.
    • Ожирение (избыточный вес).
    • Проблемы с кровотечением и свертыванием крови.
    • Проблемы с почками.
    • Низкая устойчивость к инфекциям.
    • Проблемы с дыханием.
    • Проблемы с сердцем.
    • Язвы во рту.
    • Подагра.

    Что вызывает GSD?

    GSD возникают, когда есть проблема с геном, который имеет инструкции по производству фермента, который отсутствует или работает неправильно.Ген передается от родителей к детям. В большинстве случаев, чтобы иметь GSD, ребенок должен получить плохой ген от обоих родителей. Тот факт, что у обоих родителей есть этот ген, не всегда означает, что они оба передадут его своим детям.

    Диагностика и тесты

    Как выявляются типы болезней накопления гликогена (GSD)?

    Есть четыре симптома, по которым врач может заподозрить тип GSD, поражающий печень.

    Сюда входят:

    • Низкий уровень глюкозы в крови.
    • Увеличенная печень.
    • Отставание в росте.
    • Аномальные анализы крови.

    Поскольку GSD могут работать в семьях, подробный медицинский анамнез также может дать врачу первую подсказку. Он или она может предложить несколько тестов, которые могут включать:

    • Анализы крови — чтобы узнать уровень глюкозы в крови и посмотреть, как работают ваша печень, почки и мышцы.
    • УЗИ брюшной полости — чтобы увидеть, увеличена ли ваша печень.
    • Биопсия ткани — исследование образца ткани мышцы или печени для измерения уровня гликогена или присутствующих ферментов.
    • Тестирование генов — поиск проблем с генами различных ферментов. Генное тестирование может подтвердить GSD.

    Ведение и лечение

    Как лечится болезнь накопления гликогена (GSD)?

    Лечение зависит от типа GSD. При типах GSD, поражающих печень, лечение направлено на поддержание нужного уровня глюкозы в крови. Этого часто бывает достаточно, чтобы поддерживать потребности элементов в топливе и предотвращать долгосрочные осложнения, связанные с плохо контролируемым GSD.Лечение заключается в регулярном приеме сырого кукурузного крахмала и / или пищевых добавок. Кукурузный крахмал — сложный углевод, который трудно переваривать организмом; поэтому он поддерживает нормальный уровень сахара в крови в течение более длительного периода времени, чем большинство углеводов в пище. Употребление большого количества небольших блюд с низким содержанием сахара может помочь поддерживать нормальный уровень сахара в крови, предотвращая при этом избыточное накопление гликогена в печени.

    Растворы углеводов можно давать постоянно в течение ночи, чтобы предотвратить падение уровня глюкозы в крови во время сна, но это несет больший риск тяжелой гипогликемии по сравнению с круглосуточным употреблением сырого кукурузного крахмала.

    GSD типа IV с прогрессирующим заболеванием печени, возможно, потребуется рассмотреть для трансплантации печени после тщательной оценки.

    Профилактика

    Можно ли предотвратить болезнь накопления гликогена (GSD)?

    GSD передаются от родителей к детям через их гены. Следовательно, их нельзя предотвратить. Родители могут узнать с помощью генетического тестирования, несут ли они ген GSD. У обоих родителей должен быть ген одного и того же типа GSD, чтобы ребенок унаследовал заболевание.

    Перспективы / Прогноз

    Каковы перспективы человека с болезнью накопления гликогена (GSD)?

    Прогноз зависит от типа GSD и пораженных органов. Благодаря недавним достижениям в терапии, лечение очень эффективно при лечении болезней накопления гликогена, поражающих печень. GSD типа I считался смертельным заболеванием до 1971 года, когда было обнаружено, что постоянный источник глюкозы улучшает метаболические нарушения, связанные с этим заболеванием.В 1982 году сырой кукурузный крахмал начал использоваться в качестве постоянного источника глюкозы, и прогноз для пациентов, страдающих этим заболеванием, резко улучшился. Люди с этими типами теперь могут жить полноценной нормальной жизнью.

    GSD, которые не лечить должным образом, могут привести к таким проблемам, как печеночная недостаточность, сердечная недостаточность и легочная недостаточность. В этих случаях снижается качество жизни и ожидаемая продолжительность жизни. Поскольку они влияют на очень многие системы органов, GSD типа II (болезнь Помпе) и GSD типа IV (болезнь Андерсена) очень трудно поддаются лечению и могут привести к летальному исходу.

    Исследования в области заместительной ферментной терапии и генной терапии являются многообещающими, что может улучшить перспективы на будущее.

    Жить с

    Когда мне следует позвонить своему врачу по поводу GSD?

    Позвоните своему врачу, если у вас необъяснимая мышечная слабость или какие-либо симптомы низкого уровня глюкозы в крови, такие как потливость, тремор, сонливость и спутанность сознания.

    границ | Множественные функции обычных микробных углеродных полимеров, гликогена и ПОБ, во время стрессовых реакций у недиазотрофных Cyanobacterium Synechocystis sp.PCC 6803

    Введение

    Все микроорганизмы накапливают углеродные биополимеры, а именно гликоген и / или поли-β-гидроксибутират (ПОБ), которые действуют как поглотители клеток, а также как стабильные и все же легкодоступные резервуары для углерода и энергии, чтобы акклиматизироваться и справляться с условиями голода в условиях голода. особое азотное голодание, приводящее к высокому соотношению C – N питательных веществ (Allen, 1984). Гликоген представляет собой гомогенный водорастворимый полиглюкан, состоящий из 9-13 (1-4) -связанных остатков α- D -глюкозы, которые связаны через (1-6) -α- D -глюкозидные связи, образуя сильно разветвленная и жесткая гранулярная структура с массой около 10 7 –10 8 Да и размером 42 нм (Ball et al., 2011). Первым решающим шагом биосинтеза гликогена является синтез АДФ-глюкозы с помощью АДФ-глюкозопирофосфорилазы (AGPase, GlgC; для обзора см. Zilliges, 2014). Глюкозный фрагмент АДФ-глюкозы переносится на невосстанавливающий конец линейной α- (1-4) глюкановой цепи, реакция, катализируемая гликогенсинтазой (GlgA). Фермент ветвления (GlgB) вводит симметрично распределенные α- (1–6) глюкозидные связи в соответствии с принципом бинарного ветвления. Напротив, ПОБ представляет собой нерастворимый в воде, конформационно амфифильный, линейный и очень гибкий полиэфир, состоящий из звеньев ( R ) -3-гидроксибутирата, образующих включения размером 200-500 нм (Reusch, 2012; Jendrossek and Pfeiffer, 2014).Первым этапом синтеза ПОБ является конденсация двух молекул ацетил-кофермента A (CoA) до ацетоацетил-CoA, катализируемая β-кетотиолазой (PhaA). Последующее восстановление ацетоацетил-КоА-редуктазой (PhaB) образует мономерный предшественник D -3-гидроксибутирил-CoA, который, наконец, полимеризуется до PHB с помощью PHB-синтазы (PhaC / PhaE; Hein et al., 1998). Гранула ПОБ окружена мембранным поверхностным слоем, содержащим белок фазин, который участвует в образовании гранул и прикреплении гранул к клеточным компонентам (Hauf et al., 2015).

    Большинство микроорганизмов синтезируют гликоген или ПОБ. Ферментативные параметры метаболизма гликогена, преобладающего углеродного полимера цианобактерий, сохраняются у всех цианобактерий (Beck et al., 2012). Некоторые цианобактерии, такие как Synechocystis sp. PCC 6803 дополнительно синтезирует ПОБ (Allen, 1984; Stal, 1992; Beck et al., 2012). Эта двойная способность также присутствует у некоторых симбиотических ризобий и некоторых фототрофных пурпурных бактерий, и это исключение из принципа, согласно которому только один вид углерод-полимерного метаболизма действует как поглотитель и доступный резерв (De Philippis et al., 1992). В последние годы более глубокое понимание физиологической роли двух физико-химически различных углеродных полимеров было получено с помощью подходов к мутагенезу, нацеленных на АДФ-глюкозопирофосфорилазу (GlgC) и / или гликогенсинтазу (GlgA, для блокирования синтеза гликогена; для обзор, см. Zilliges, 2014), а также нацеливание на кетотиолазу (PhaA) и / или PHB-синтазу (PhaE / C) или связанные полипептиды, образующие гранулы (для блока синтеза PHB; Taroncher-Oldenburg and Stephanopoulos, 2000; Tsang et al. al., 2013; van der Woude et al., 2014; Hauf et al., 2015). Различные принципы метаболизма цианобактерий связаны с метаболизмом гликогена: поддержание фотосинтетической эффективности на свету и жизнеспособности в периоды голода, например, в темноте и / или истощение макроэлементов, а также адаптация к дефициту макроэлементов (для обзора см. Zilliges , 2014). Напротив, роль синтеза ПОБ все еще неясна из-за отсутствия значимого фенотипа. Основное внимание в настоящем исследовании уделяется прямому сравнению физиологических и метаболических свойств мутантов с единичным нокаутом (Δ glgC ; Δ phaC ) с очень чувствительным мутантом с двойным нокаутом (Δ glgC / Δ phaC , впервые сгенерированный в фототрофном модельном организме), после чего последовало окончательное обсуждение индивидуальной и взаимной функции гликогена и ПОБ в регуляции потока углерода и в адаптации к стрессу макроэлементов, особенно во время азотного хлороза.

    Материалы и методы

    Мутагенез

    Мутант ΔphaC

    Для мутагенеза с делецией и вставкой два равных удаленных участка последовательности ORF phaC (локус slr1830 ) были слиты с помощью ПЦР с удлинением перекрывания (последовательности праймеров показаны в дополнительной таблице S1) и лигированы в вектор pIC20H ( Марш и др., 1984). Кассета устойчивости к канамицину из pUC4K (GE Healthcare), наконец, была вставлена ​​через сайт Bam HI.Конструкции использовали для трансформации Synechocystis дикого типа, как описано Ermakova et al. (1993). Трансформанты пересевались шесть раз с последовательным увеличением давления антибиотиков. Статус сегрегации был проверен и подтвержден с помощью ПЦР (дополнительный рисунок S1; таблица S1).

    ΔglgC Мутант

    Делеционно-вставочный мутагенез ORF glgC (локус slr1176 ) описан Gruendel et al. (2012).

    ΔglgC :: glgC Комплементация

    Для комплементации нокаута glgC ORF glgC (локус slr1176 ) амплифицировали на полную длину (включая промоторную область) с помощью ПЦР (дополнительная таблица S1).Продукт ПЦР интегрировали через Sal I и Pst I в самореплицирующуюся плазмиду pVZ325. Плазмидную ДНК переносили в клетки Synechocystis дикого типа и Δ glgC -мутантные клетки путем трехродительного скрещивания, как описано Wilde and Dienst (2011). Exconjugants были повторно взяты шесть раз с последовательным увеличением давления антибиотиков, проанализированы и подтверждены с помощью ПЦР (дополнительный рисунок S2).

    Мутант ΔglgC / ΔphaC

    Для мутагенеза с двойным нокаутом как гликогена, так и синтеза ПОБ использовали плазмиду Δ glgC -нокаут (Gruendel et al., 2012) был использован для трансформации мутантных клеток Δ phaC . Трансформанты повторно взяли шесть раз с последовательно увеличивающимся давлением антибиотиков, проанализировали и подтвердили с помощью ПЦР (см. Дополнительный рисунок S1).

    Физиологический анализ

    Бактериальные штаммы и условия роста

    Все сравнительные эксперименты по выращиванию строго проводили без давления антибиотиков. Жидкие культуры Synechocystis дикого типа и мутантных штаммов выращивали при 28 ° C при непрерывном освещении белым светом в диапазоне 45–120 мкмоль фотонов м -2 с -1 в среде BG11, содержащей 20 мМ HEPES буфер (pH 8.0) и 17,6 мМ нитрата натрия в качестве источника азота (+ N) или в BG11 0 , в котором отсутствует нитрат натрия (–N; Stanier et al., 1971). Эксперименты по выращиванию проводили в колбах Эрленмейера на роторном шейкере или в удлиненных тонких колбах, которые непрерывно аэрировали в диапазоне 0,03-3% об. / Об. CO 2 . Депривация азота достигалась повторной процедурой промывки / центрифугирования и ресуспендирования в среде BG11 0 , как описано Gruendel et al.(2012). Полученные клеточные суспензии разделяли, и нитрат добавляли к контрольной культуре клеток. Кроме того, к культурам добавляли 10 мМ ацетат натрия (с конечной концентрацией 0,4% мас. / Об.), Чтобы вызвать значительное накопление ПОБ (через 7 дней), как описано Hein et al. (1998).

    Ростовые характеристики штаммов (в жидких культурах) регистрировали как путем ежедневного измерения оптической плотности при 750 нм (OD 750 ), так и содержания хлорофилла a (определение в соответствии с методом, описанным Tandeau de Marsac и Houmard, 1988), зарегистрированные спектрофотометром Specord200 plus (Analytic Jena AG, Германия) (дополнительный рисунок S3).

    Для контроля процесса отбеливания (в условиях отсутствия азота) спектры поглощения целых клеток были записаны в диапазоне длин волн от 400 до 750 нм на спектрофотометре Specord200 plus (Analytic Jena AG, Германия), оборудованном позицией рассеяния, и были нормализованы на 750 нм (дополнительный рисунок S4).

    Тесты на жизнеспособность (эксперименты с точечным анализом)

    Для экспериментов с точечным анализом клетки выращивали в колбах Эрленмейера до OD 750 нм 0,4–0.6 и доведен до содержания хлорофилла 5 мкг / мл -1 (определение хлорофилла в соответствии с методом, описанным Tandeau de Marsac и Houmard (1988). Аликвоты по семь микролитров трех различных разведений (1: 1, 1:10, 1: 100) наносили на чашки с агаром BG11 с (+ N) или без NaNO 3 (–N) и с или без K 2 HPO 4 (+ P i или –P i ) Планшеты инкубировали при 28 ° C при чередовании циклов свет / темнота или при непрерывном освещении с интенсивностью света 75 мкмоль фотонов m -2 с -1 в течение 7 дней (рисунки 1-3).

    РИСУНОК 1. Испытание на жизнеспособность при чередовании светлых и темных условий. Рост и жизнеспособность дикого типа (wt) и мутантов с дефектом синтеза гликогена (Δ glgC ), синтеза PHB (Δ phaC ) или обоих углерод-полимерных синтезов (Δ glgC / Δ phaC ) были протестированы с помощью точечных анализов (7 дней) в условиях непрерывного и чередования свет / темнота (16 ч / 8 ч, 12 ч / 12 ч или 8 ч / 16 ч) (см. Материалы и методы). Эффект был подтвержден тремя независимыми точечными анализами.

    РИСУНОК 2. Тест жизнеспособности в условиях дефицита азота и фосфата. Рост и жизнеспособность дикого типа (wt) и мутантов с дефектом синтеза гликогена (Δ glgC ), синтеза PHB (Δ phaC ) или обоих углерод-полимерных синтезов (Δ glgC / Δ phaC ) были протестированы с помощью точечных анализов при непрерывном освещении (7 дней) на чашках с агаром BG11, лишенных соответствующего источника азота (–N) или фосфата (–P) (см. «Материалы и методы»).Эффект был подтвержден четырьмя независимыми точечными анализами.

    РИСУНОК 3. Возможность восстановления. Способность к восстановлению обедненных азотом (–N, 2 дня) дикого типа (wt) и мутантов, дефектных в синтезе гликогена (Δ glgC ), синтезе PHB (Δ phaC ) или обоих синтезах углерод-полимер (Δ glgC / Δ phaC ) тестировали с помощью точечных анализов при непрерывном освещении на чашках с агаром BG11, заполненных источником азота (+ N; см. Материалы и методы).Эффект был подтвержден шестью независимыми точечными анализами.

    Определение концентрации метаболитов

    Количественное определение гликогена (Glc
    n )

    Уровни внутриклеточного гликогена определяли согласно протоколу, описанному Gruendel et al. (2012) (Рисунок 4A).

    РИСУНОК 4. Анализ профиля накопления полимера. Накопление полимеров у дикого типа (wt) и мутантов, дефектных в синтезе гликогена (Δ glgC ), синтезе PHB (Δ phaC ) или обоих углерод-полимерных синтезах (Δ glgC / Δ phaC ) были зарегистрированы для гликогена через 2 дня истощения азота (A) , для PHB через 7 дней истощения азота (B) и для цианофицина через 24 часа условий пополнения азота [после 2 дней истощения азота (C ) (см. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ)].Данные накопления гликогена (A) представляют собой средние значения и стандартные отклонения из 11 различных экспериментов по выращиванию, данные из PHB (B) и накопления цианофицина (C) представляют собой средние значения и стандартные отклонения от 3 до 5 различных экспериментов ( с тремя биологическими повторами в каждой). Значение p (уровень значимости) было рассчитано с помощью теста Велча t . Уровни метаболитов рассчитываются (количество мономеров на сухой вес в мг / г) следующим образом: (A) гликоген из эквивалентов глюкозы, (B) PHB из мономеров β-гидроксибутирата и (C) цианофицин из β-аспартиларгинина. дипептиды, относящиеся к относительному количеству сухой массы клеток (% DW).

    Количественное определение PHB

    Поли-β-гидроксибутират экстрагировали из высушенных гранул клеток и одновременно гидролизовали до его мономеров (3-гидроксибутират) встряхиванием в 0,5 М NaOH (300–400 мкл) (1 ч инкубации при 85 ° C). После охлаждения раствор нейтрализовали добавлением 1 М HCl (объемное соотношение NaOH / HCl 4: 1). Наконец, содержание ПОБ было количественно определено спектрофотометрически в ферментативном анализе с использованием 3-гидроксибутиратдегидрогеназы из Rhodobacter spheroides (Roche Diagnostics) в присутствии никотинамидаденозиндинуклеотида (НАД).Синтез НАДН сочетали с колориметрическим анализом феназинметосульфат-п-иодонитротетразолия фиолетового (PMS-INT) (для предотвращения обратной реакции), как описано Lim and Buttery (1977). Здесь сгенерированный НАДН переносит свой водород через систему PMS-INT с образованием красного формазана, который является стабильным и поглощает свет с длиной волны 505 нм. Количественная оценка ПОБ (рис. 4В) была проведена путем калибровки ряда НАДН.

    Количественное определение содержания цианофицина (CyPh)

    Цианофицин экстрагировали, как описано Li et al.(2001) с использованием френч-пресса вместо сонификатора. Осадок цианофицина гидролизовали, как описано Maheswaran et al. (2006) и количественно оценили ферментативно, как описано Bergmeyer et al. (1974) (рис. 4C).

    Количественное определение внеклеточного пирувата и 2-оксоглутарата

    Уровни внеклеточного пирувата и 2-оксоглутарата определяли согласно протоколу, описанному Gruendel et al. (2012) (Таблица 1).

    ТАБЛИЦА 1. Исключительное разливание 2-оксоглутаровой кислоты и пировиноградной кислоты в гликоген-дефицитных мутантах.

    Количественное определение сухой массы

    Для определения сухой массы осадки клеток 10–50 мл культуры дважды промывали стерильной водой, полностью сушили при 80 ° C в нагревательном устройстве и, наконец, взвешивали.

    Просвечивающая электронная микроскопия

    Образцы для просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) получали, как описано ранее для Anabaena sp. PCC 7120 (Fiedler et al., 1998). Фиксацию и постфиксацию клеток проводили с помощью 2.5% (об. / Об.) Глутарового альдегида и 2% (мас. / Об.) Перманганата калия. Фиксированные клетки иммобилизовали в агарозе и дегидратировали серией увеличивающихся объемов этанола. После погружения в EPON и создания срезов ультратонкие срезы (60–80 нм) окрашивали уранилацетатом и цитратом свинца. Срезы были исследованы с помощью электронного микроскопа Philipps Tecnai при 80 кВ (рис. 5).

    РИСУНОК 5. Ультраструктурные изменения в ответ на азотное голодание. Структурные изменения, происходящие в диком типе (wt) (A, E) и мутантных штаммах, дефектных по синтезу гликогена (Δ glgC ) (B, F) , в синтезе PHB (Δ phaC ) (C , G) , или в обоих синтезах углерод-полимер (Δ glgC / Δ phaC ) (D, H) в ответ на лишение азота контролировали с помощью просвечивающей электронной микроскопии.Клетки, лишенные азота (2 дня) (E – H) , сравнивают с соответствующими необработанными контролями (A – D) (см. Материалы и методы). Т, тилакоиды; GG, гранула гликогена; ПГБ, гранулы полигидроксибутирата; С, карбоксисома; ПП, гранулы полифосфата; V — пузырек; PG, пептидогликановый слой; ЦМ — цитоплазматическая мембрана; ОМ, наружная мембрана.

    Результаты

    Двойные мутанты без гликогена и PHB

    Для полного прекращения биосинтеза углерод-полимер, нокаутирующие мутанты либо АДФ-глюкозопирофосфорилазы (AGPase, GlgC), либо гликогенсинтазы (GlgA) для биосинтеза гликогена, либо β-кетотиолазы (PhaA), ацетоацетил-PhaBA, редуктазы ( или PHB-синтаза (PhaC / PhaE) для синтеза PHB были успешно созданы в различных штаммах цианобактерий ранее (Taroncher-Oldenburg and Stephanopoulos, 2000; Xie et al., 2011; Цанг и др., 2013; van der Woude et al., 2014; Зиллигес, 2014). В этом исследовании мы впервые описываем создание мутанта с двойным нокаутом, лишенного как AGPase (GlgC), так и PHB-синтазы (PhaC) (см. Дополнительный рисунок S1). Полученный штамм (Δ glgC / Δ phaC ) не способен синтезировать ни гликоген, ни ПОБ (см. Ниже). Прямое сравнение этого мутанта с соответствующим мутантом с единичным нокаутом и диким типом (а также дополнительным вариантом, см. Дополнительный рисунок S2 для glgC ) обеспечивает более глубокое понимание индивидуальной и взаимной физиологической роли, а также метаболические взаимоотношения двух углерод-полимерных синтезов.

    Источники энергии и углерода для поддержания метаболизма в темноте

    Все цианобактерии способны осуществлять поддерживающий метаболизм в отсутствие света, преимущественно за счет использования внутренних полимерных резервов. Различные исследования показали вклад гликогена полимера, запасающего углерод, в поддержание метаболизма в темноте. Напротив, об участии метаболизма PHB до сих пор не сообщалось (см. Обзор Zilliges, 2014). Чтобы напрямую сравнить и продемонстрировать предполагаемую взаимосвязь между двумя синтезами углеродных полимеров, рост и жизнеспособность мутанта с дефицитом гликогена (Δ glgC ), мутанта с дефицитом PHB (Δ phaC ) и мутанта дефицитные в синтезе обоих соединений (Δ glgC / Δ phaC ) были протестированы с помощью точечных анализов, а также в жидких системах культивирования при различных режимах чередования свет / темнота (Рисунок 1 и дополнительные рисунки S3A, B).Мутант Δ phaC демонстрирует такую ​​же жизнеспособность и рост, что и дикий тип, во всех тестируемых условиях (фиг. 1; дополнительные рисунки S3A, B). Напротив, недостаток гликогена в штамме Δ glgC оказывает отрицательное влияние на жизнеспособность и рост с увеличением продолжительности периодической темноты (Рисунок 1; Дополнительные рисунки S3A, B). Только в непрерывных режимах низкой освещенности жизнеспособность и рост мутанта Δ glgC и дикого типа схожи (рис. 1 и дополнительные рисунки S3A, B).Напротив, мутант с двойным нокаутом Δ glgC / Δ phaC демонстрирует пониженную жизнеспособность даже в условиях постоянного слабого освещения (рис. 1). Более того, отрицательное влияние на жизнеспособность и рост с увеличением продолжительности периодического темноты более выражено у мутанта Δ glgC / Δ phaC , чем у одиночного мутанта Δ glgC . Клетки, дефицитные как по PHB, так и по синтезу гликогена, не могут расти в условиях периодического режима 12 ч / 12 ч свет / темнота (рис. 1).В заключение, оба синтеза углерод-полимер предположительно необходимы для фотоавтотрофного образа жизни Synechocystis sp. PCC 6803. Однако пул гликогена (а не пул PHB) может быть основным источником энергии и углерода для поддерживающего метаболизма в темноте, а пул PHB необязателен.

    Углеродно-полимерный синтез как стратегия адаптации и выживания к стрессовым условиям, связанным с макронутриентами

    Несбалансированные условия роста, такие как голодание по макроэлементам, обычно приводят к накоплению резервного материала, а также к быстрой деградации после условий пополнения у всех микроорганизмов, включая цианобактерии (Schwarz and Forchhammer, 2005).Чтобы понять роль и взаимосвязь между метаболизмом двух углеродных полимеров в таких стрессовых ответах, необходимо изучить рост и жизнеспособность мутанта с двойным нокаутом Δ glgC / Δ phaC по сравнению с обоими мутантами с однократным нокаутом Δ glgC и Δ phaC были протестированы в ответ на истощение азотом и фосфатом (рис. 2 и дополнительный рисунок S3C), а также после условий пополнения азотом (рис. 3). У мутанта Δ glgC значительно снижена как его жизнеспособность (рис. 2), так и способность к восстановлению (рис. 3) в условиях длительного голодания, как ранее сообщалось Gruendel et al.(2012).

    Одиночный мутант с дефицитом ПОБ Δ phaC ведет себя аналогично дикому типу. При азотном голодании оба штамма дублируются еще раз и вступают в хлороз, что визуализируется желтым цветом из-за потери пигментов (рисунок 2; дополнительный рисунок S3C). При истощении Pi у штаммов наблюдается замедленный рост и только слабая желто-зеленая пигментация (рис. 2). Мутант Δ phaC выздоравливает после стресса голодания, как и мутант дикого типа, проверенный через 7 дней истощения азота (рис. 3).

    В соответствии с этим открытием, мутант Δ glgC / Δ phaC демонстрирует фенотип, сходный с мутантом Δ glgC , что указывает на то, что нарушение роста, жизнеспособности и способности к восстановлению является результатом скорее блока синтеза гликогена, чем от блока синтеза ПОБ у этого мутанта с двойным нокаутом (рис. 2 и 3). В заключение, синтез гликогена (а не синтез PHB), по-видимому, играет ключевую роль в краткосрочной акклиматизационной реакции Synechocystis на стрессовые условия, связанные с макроэлементами, такие как азотное голодание.

    Метаболические последствия блокированного синтеза углерод-полимеров при ответной реакции макроэлементов на стресс

    Как было показано ранее, блокировка биосинтеза гликогена, как в штаммах Δ glgC- или Δ glgA n -мутантных штаммов, приводит к трем очень характерным, сопутствующим фенотипам в качестве краткосрочной реакции на азотное голодание: (i ) неспособность перенаправить избыток углерода в образование гранул гликогена (см. также рисунки 4 и 5), (ii) нарушенный хлороз (не отбеливающий фенотип; (рисунки 2, 3; дополнительный рисунок S4) и (iii) разлив частично окисленных угольных кислот, таких как 2-оксоглутарат и пируват (таблица 1; обзор см. в Zilliges, 2014).Все три характеристики также наблюдаются с аналогичной величиной в испытанных условиях у мутанта с двойным нокаутом Δ glgC / Δ phaC (рисунки 2–5; дополнительный рисунок S4; таблица 1). Этот фенотип полностью дополняется экспрессией in-trans гена glgC под контролем его собственного промотора на фоне мутанта Δ glgC (данные показаны только для избыточного метаболизма; см. Таблицу 1: Δ glgC :: glgC ) и согласуется с результатами Carrieri et al.(2012), используя аналогичный подход дополнения. Напротив, мутант Δ phaC реагирует на условия азотного голодания аналогично дикому типу, что согласуется с предыдущими данными, полученными с мутантом Δ phaA (van der Woude et al., 2014). Как дикого типа, так и мутант Δ phaC накапливают одинаковое количество гликогена (примерно 25% DW за 48 часов) (рисунок 4), разлагают свои фикобилисомы за аналогичный период (примерно 48 часов; дополнительный рисунок S4) и не проливайте частично окисленные угольные кислоты, такие как 2-оксоглутарат (Таблица 1).В испытанных условиях восполнения азота дикий тип и мутант Δ phaC демонстрируют сходный характер деградации гликогена (данные не показаны) и аналогичное накопление цианофицина (Фиг.4).

    Напротив, мутанты с дефицитом гликогена Δ glgC и Δ glgC / Δ phaC , по-видимому, не способны перенаправить пополненные источники азота в биосинтез цианофицина, который не обнаруживается в экстрактах клеток в тестируемых условиях (рис. 4).Однако в ответ на условия азотного голодания мутант с единичным нокаутом Δ glgC значительно (Рисунок 4: p — значение ниже 0,01) перенаправляет больше избытка углерода в биосинтез ПОБ, чем соответствующий дикий тип, который находится в согласие с данными Wu et al. (2001).

    В заключение, блоки в синтезе гликогена (но не блоки в синтезе ПОБ) приводят к реакциям переполнения в другие синтезы полимеров (и, по-видимому, не наоборот ), а также к разливу определенных метаболитов, таких как 2-оксоглутарат, в ответ на голодание по макроэлементам.

    Влияние на ультраструктуру клетки из-за отсутствия углерод-полимерных биосинтезов

    В клетках дикого типа в ответ на азотное голодание наблюдаются четыре основных структурных и морфологических изменения (рис. 5): (i) массивное скопление электронно-плотных включений гликогена (примерно 40 нм в диаметре) между слоями тилакоидов (рис. 5E), (ii) деградация антенных комплексов (фикобилисомы; дополнительный рисунок S4), (iii) разборка слоев тилакоидной мембраны, включая уменьшение количества и плотности упаковки (рисунок 5E), и (iv) образование отчетливые электронно-прозрачные гранулы ПГБ (прибл.Диаметр 400–500 нм; Рисунок 5E). Подобные структурные и морфологические изменения, за исключением накопления включений ПОБ, происходят в мутанте с дефицитом ПОБ-синтазы Δ phaC (Фигуры 5C, G и Дополнительный Рисунок S4). Этот результат согласуется с ранее опубликованными данными Tsang et al. (2013). Некоторые из электронно-прозрачных структур в обоих типах клеток предположительно представляют собой гранулы полифосфата (показаны на рисунке 5A), как ранее подчеркивалось Tsang et al. (2013) и Нагараджан и др.(2014).

    Напротив, мутантные клетки с дефицитом AGPазы (Δ glgC ; Фигуры 5B, F; Дополнительный рисунок S4), а также клетки с дефицитом гликогенсинтазы (Δ glgA1 / Δ glgA2 ; данные не показаны) не способны ни для разрушения их антенных комплексов (фикобилисомов), ни для уменьшения количества и плотности упаковки тилакоидной мембранно-слойной системы, ни для накопления гранул гликогена в ответ на истощение азота. Вместо этого несколько неопределенных пузырьков (прибл.Диаметром 90 нм) появляются внутри тилакоидных стопок (Рисунки 5B, F). Препаративные артефакты можно было исключить из-за равной обработки всех образцов (фиг. 5; сравните с диким типом и мутантом Δ phaC ). Подобный эффект структурных и морфологических изменений, что и в клетках-мутантах Δ glgC , за исключением образования дефинитивных гранул ПОБ, наблюдался у мутанта с двойным нокаутом Δ glgC / Δ phaC (Фигуры 5D, H ).

    В заключение, синтез гликогена (а не синтез ПОБ) оказывает существенное влияние на адаптационный ответ на голодание по макроэлементам.Формирование гранул гликогена играет важную роль в перестройке и разборке фотосинтетических механизмов, таких как деградация фикобилисом и изменение плотности и упаковки тилакоидов. Эти изменения необходимы для акклиматизации и трофического перехода из активной фотосинтетической клетки в состояние покоя.

    Обсуждение

    Синтез гликогена как метаболический и структурный ключевой процесс в акклимации азота

    Реакция азотного голодания характеризуется каскадом структурных и метаболических событий, которые, наконец, переключают клеточный режим с фотосинтетически активного на состояние покоя у недиазотрофных цианобактерий.Эти существенные изменения тесно связаны с активным синтезом гликогена. Удаление внешних источников нитрата или аммиака останавливает процессы первичной ассимиляции азота, в основном опосредованные глутамин синтетазой и глутамин / 2-оксоглутарат аминотрансферазой. Снижение клеточного азота сопровождается быстрым повышением уровней 2-оксоглутарата (2-OG) из-за отсутствия дегидрогеназы 2-OG (2-OGDH; Muro-Pastor et al., 2001). Даже у 2-OGDH-содержащих бактерий и растений фермент почти всегда ингибируется во время азотного голодания, что, в свою очередь, приводит к сопутствующему перетоку избытка углерода в синтез гликогена или полимера PHB, биосинтез аминокислот или альтернативные шунты TCA ( е.g., шунт ГАМК; Walshaw et al., 1997). Наше сравнительное исследование нокаут-мутантов однозначно показывает, что первичный избыток углерода (от прекращения фотосинтетических реакций и начала высвобождения аминокислот в результате деградации белка (Hasunuma et al., 2013; Depraetere et al., 2015) в основном направляется на синтез гликогена, а не на Синтез ПОБ (рис. 4). Только блоки синтеза гликогена в Synechocystis sp. PCC 6803 приводят к быстрому разливу частично окисленных субстратов, таких как 2-OG (для избавления от избытка углерода) в условиях несбалансированного роста, независимо от отсутствие или наличие активного синтеза ПОБ (табл. 1).Однако этот эффект разлива аналогичен нокауту синтеза PHB у других бактерий, у которых естественным образом отсутствует метаболизм гликогена (Steinbuchel and Schlegel, 1989; Russell, 2007). Направление избытка углерода на синтез гликогена (а не на синтез ПОБ) имеет решающее значение для адекватной адаптации активной фотосинтетической клетки к спящей клетке в присутствии света. В отсутствие внешних источников азота как светозависимые процессы, так и прогрессирование хлороза (Gorl et al., 1998) и синтез гликогена (Gruendel et al., 2012), неразрывно связаны друг с другом (рисунок 6; дополнительный рисунок S4). Статистический анализ данных указывает на значительную линейную корреляцию (коэффициент детерминации R 2 равен 0,74; коэффициент Пирсона 0,86; значение p составляет 1,52 × 10 -25 ) между прогрессированием накопления гликогена и деградации фикобилисом. в клетках дикого типа (фиг. 6; дополнительный рисунок S4) и в клетках Δ phaC (данные не показаны) в качестве краткосрочной реакции на истощение азота.Клетки, дефицитные по синтезу гликогена, не могут выполнять переключение и остаются в состоянии остановки метаболизма (Рисунки 5B, F).

    РИСУНОК 6. Значимая линейная корреляция между развитием синтеза гликогена и азотным хлорозом. (A) Значимость линейной корреляции (обозначенная коэффициентом детерминации R 2 составляет 0,74) между двумя группами (накопление гликогена и прогрессирование азотного хлороза), как показано на диаграмме разброса, была определена с помощью t -тест с использованием программы EXCEL TDIST (двусторонняя).Таким образом, значение p было вычислено как 1,52 × 10 -25 относительно тестовой статистики 12,2 и степеней свободы f = 54-2. (B) Зависящий от времени курс (0–3 дня) накопления гликогена (левая ось, серые черные квадраты, включая метки данных в% (мас. / Мас.) Гликогена / сухой массы) и деградации фикобилисом (правая ось, желто-зеленый) метки в соотношениях фикоцианина и хлорофилла a ) после начала депривации азота в клетках дикого типа.Аналогичный временной ход наблюдали для мутантных клеток Δ phaC (данные не показаны). Прогрессию деградации фикобилисом (пик фикоцианина при 628 нм) рассчитывали по отношению к пику хлорофилла и пику (PC / Chl) путем анализа спектров поглощения целой клетки. Каждый момент времени представлен более чем 10 одиночными парными значениями, указывающими диапазон (минимум и максимум) и среднее значение (медиана и среднее арифметическое).

    Мы выдвигаем гипотезу о двух механизмах, которые не обязательно исключают друг друга: метаболический механизм (i) и / или структурный механизм (ii).(i) Сопутствующее направление избытка углерода (в основном из-за деградации белка) на синтез гликогена позволяет приспособиться к адекватной клеточной концентрации 2-OG в условиях истощения азота, что, в свою очередь, приводит к активации сигнального каскада азота, в частности сигнального белка PII (Muro-Pastor et al., 2001; Schwarz and Forchhammer, 2005). Недостаточная активация ферментов и ассоциированных белков сигнального каскада азота, скорее всего, предотвращает азотный хлороз, аналогично тому, как показано для nblA в Synechococcus elongatus PCC 7942 Hickman et al.(2013). (ii) Замена фикобилисом (размером около 35-40 нм) жесткими гранулами гликогена (размером около 42 нм) между слоями тилакоидов является важным структурным компонентом для последующего контролируемого процесса остановки фотосинтетической активности, включая тилакоид. разборка. Аналогичным образом, дефицитный по AGPазе мутант (Δ glgC ) Synechococcus sp. PCC 7002 по-прежнему сохранял эффективную передачу энергии от фикобилисом к реакционным центрам фотосистемы II после длительного азотного голодания (Jackson et al., 2015). Повышенное количество еще неопределенных везикул между слоями тилакоидов у мутанта Δ glgC из Synechocystis sp. PCC 6803 (рис. 5B) дополнительно поддерживает новую роль синтеза гликогена / гранул для целостности системы тилакоидного слоя. Такие везикулы (размером около 90 нм) могут представлять собой продукты разлива (для удаления дестабилизирующих катаболитов с тилакоидной мембраны) или пластоглобулеподобные структуры, которые выполняют аналогичные функции в процессах биогенеза / деградации тилакоидов у растений (Brehelin and Kessler, 2008; Cunningham и другие., 2010; Besagni, Kessler, 2013). Потенциальная путаница с липидными каплями вряд ли связана с размером и формой везикул (Peramuna and Summers, 2014; Perez et al., 2015).

    Классическая роль хранения и потенциальные взаимосвязи обоих углеродных полимеров

    Это сравнительное исследование показывает, что биосинтез гликогена и ПОБ не оказывает отрицательного влияния друг на друга (рис. 4) и, таким образом, потенциально не взаимодействует в условиях азотного голодания. Лишь небольшая часть избытка первичного углерода перенаправляется на синтез ПОБ в клетках, блокированных синтезом гликогена (рис. 4).Большая часть излишков углерода выливается незамедлительно (Таблица 1). В этом отношении не выяснено, были ли части избытка углерода направлены на биосинтез липидов, еще одну распространенную форму хранения углерода у Synechocystis sp. PCC 6803 (Monshupanee and Incharoensakdi, 2014). Липидные капли, наблюдаемые у акинет Nostocales , не были обнаружены на электронных микрофотографиях клеток дикого типа и мутантных клеток (рис. 5; сравните Perez et al., 2015). Более того, это и несколько других физиологических исследований показывают, что массовый синтез гликогена начинается сразу же с наступлением азотного голодания.Значительные количества гликогена обнаруживаются уже через один день, достигая пика примерно через 3 дня азотного голодания, тогда как ПГБ достигает пика только после пяти дней испытаний в условиях азотного голодания (Lehmann and Wober, 1976; De Philippis et al., 1992; Miyake et al., 1997; Panda et al., 2006; Monshupanee, Incharoensakdi, 2014; Hauf et al., 2015). Этот временной сдвиг в реакции азота при двух синтезах углерод-полимер согласуется с данными транскрипции (Krasikov et al., 2012; Хуанг и др., 2013; Копф и др., 2014; Depraetere et al., 2015). Сопутствующая экспрессия была показана только для ферментов, участвующих в деградации гликогена, таких как гликогенфосфорилаза (GlgP2) и фермент разветвления (GlgX), а также для ферментов синтеза PHB, таких как кетотиолаза (PhaA), ацетил-кофермент A-редуктаза ( PhaB) и PHB-синтазы (PhaCE; Azuma et al., 2011; Osanai et al., 2013; Nakaya et al., 2015). Оба катаболических фермента (GlgP2, GlgX) потенциально также участвуют в модификации гликогена, что изменяет доступность полимера для кратковременного или длительного хранения (Suzuki et al., 2007). Наконец, мы не можем однозначно ответить, служат ли углеродные полимеры гликоген и PHB запасными соединениями для поддерживающего метаболизма Synechocystis ’в периоды голодания по макроэлементам.

    Невозможность выздоровления у мутантов с дефицитом гликогена (рис. 3), возможно, является результатом множества отрицательных плейотропных (метаболических и структурных) эффектов, выраженных в нарушенной реакции акклиматизации, чем из-за отсутствия источника углерода. Только клетки с дефицитом ПОБ не подвержены влиянию тестируемых условий (рис. 1–3), что согласуется с Tsang et al.(2013), van der Woude et al. (2014) и Hauf et al. (2015). Более длительное воздействие голодания (более семи дней), определение модификаций полимера в условиях азотного голодания и условий пополнения наверняка принесут новые показания в отношении физиологической функции. Более того, нельзя однозначно ответить, почему некоторые виды цианобактерий, такие как Synechocystis sp. PCC 6803 (и некоторые пурпурные бактерии) массово синтезируют оба типа физически и химически различных углеродных полимеров, гликогена и ПОБ, в ответ на дефицит макроэлементов (рис. 4).Очевидно, что синтез ПОБ не действует как резервный для синтеза гликогена и не компенсирует нокаут в метаболизме гликогена.

    Эти наблюдения соответствуют общему метаболическому принципу, согласно которому только один вид углерод-полимерного метаболизма действует как поглотитель и доступный резерв. Пока что единственное указание на специфическую роль PHB у Synechocystis sp. PCC 6803 характеризуется выраженной чувствительностью и сниженной скоростью роста мутанта с двойным нокаутом Δ glgC / Δ phaC (определенная потеря устойчивости) по сравнению с одиночными нокаутами даже в стандартных условиях роста (рис. 1).В этом отношении возможны некоторые уже обсуждавшиеся функции ПОБ: (i) как временный сток электронов (Stal, 1992) и / или (ii) как запасной компонент (однако это ставится под сомнение отсутствием специфических ферментов для деградации ПОБ у Synechocystis. sp. PCC 6803 и некомпенсаторный эффект при нокаутах с дефицитом гликогена) и / или (iii) в качестве структурного компонента во время равного разделения множественных бактериальных нуклеоидов и гранул ПОБ в процессах деления клеток (Jendrossek and Pfeiffer, 2014 ), что может быть важно для немедленного возобновления пролиферации клеток после пополнения азотных условий.

    Авторские взносы

    RD, IM и YZ внесли существенный вклад в концепцию и дизайн исследования, сбор данных, а также анализ и интерпретацию данных; RD, IM и YZ участвовали в написании статьи и критическом пересмотре ее на предмет важного интеллектуального содержания; RD, IM и YZ окончательно утвердили версию, которая должна быть представлена. RD, IM и YZ согласились нести ответственность за все аспекты работы, обеспечивая надлежащее расследование и решение вопросов, связанных с точностью или целостностью любой части работы.

    Финансирование

    Мы благодарим Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) за финансовую поддержку (YZ) в рамках Центра совместных исследований 1078 по «Динамике протонирования в функции белков» (SFB 1078, проект A4 / Holger Dau).

    Заявление о конфликте интересов

    Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

    Благодарности

    Мы особенно благодарим Вольфганга Локау за его приверженность и ценные обсуждения этой темы, а также за его постоянную поддержку наших исследований.Мы с благодарностью благодарим Гизу Баумерт (Университет Гумбольдта в Берлине, Германия) и Клаудию Менцель (Университет Эберхарда Карлса в Тюбингене, Германия) за их отличную техническую помощь.

    Дополнительные материалы

    Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/article/10.3389/fmicb.2016.00966

    Список литературы

    Аллен М. М. (1984). Включения цианобактериальных клеток. Annu. Rev. Microbiol. 38, 1–25.DOI: 10.1146 / annurev.mi.38.100184.000245

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Адзума М., Осанай Т., Хираи М. Ю. и Танака К. (2011). Регулятор ответа Rre37 и сигма-фактор РНК-полимеразы SigE представляют собой два параллельных пути активации катаболизма сахара в цианобактериях Synechocystis sp PCC 6803. Physiol растительных клеток. 52, 404–412. DOI: 10.1093 / pcp / pcq204

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Болл, С., Коллеони, К., Ченчи, У., Радж, Дж. Н., и Тиртье, К. (2011). Эволюция метаболизма гликогена и крахмала у эукариот дает молекулярные ключи к пониманию возникновения пластидного эндосимбиоза. J. Exp. Бот. 62, 1775–1801. DOI: 10.1093 / jxb / erq411

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Бек К., Кнуп Х., Аксманн И. и Стойер Р. (2012). Разнообразие метаболизма цианобактерий: анализ генома множества фототрофных микроорганизмов. BMC Genomics 13:56. DOI: 10.1186 / 1471-2164-13-56

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Бергмейер, Х.У., Бернт, Э., Мёллеринг, Х., и Пфлейдерер, Г. (1974). «L-аспартат и l-аспарагин», в «Методы ферментативного анализа» (второе английское издание), , ред. Х. У. Бергмейер и К. Гауэн (Кембридж: Academic Press), 1696–1700.

    Google Scholar

    Besagni, C., and Kessler, F. (2013). Механизм вовлечения пластоглобул в разборку тилакоидов во время старения и азотного голодания. Planta 237, 463–470. DOI: 10.1007 / s00425-012-1813-9

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Карриери Д., Паддок Т., Манесс П. К., Зайберт М. и Ю. Дж. П. (2012). Фотокаталитическое превращение диоксида углерода в органические кислоты рекомбинантными цианобактериями, неспособными накапливать гликоген. Energy Environ. Sci. 5, 9457–9461. DOI: 10.1039 / c2ee23181f

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Каннингем, Ф.X. мл., Тайс, А. Б., Фам, К., и Гант, Э. (2010). Инактивация генов, кодирующих пластоглобулиноподобные белки в Synechocystis sp PCC 6803, приводит к светочувствительному фенотипу. J. Bacteriol. 192, 1700–1709. DOI: 10.1128 / JB.01434-09

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Де Филиппис, Р., Эна, А., Гуастиини, М., Сили, К., и Винченцини, М. (1992). Факторы, влияющие на накопление поли-β-гидроксибутирата у цианобактерий и у пурпурных несерных бактерий. FEMS Microbiol. Lett. 103, 187–194. DOI: 10.1016 / 0378-1097 (92)

    -C

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Депретер, О., Дешоенмакер, Ф., Бадри, Х., Месье, П., Фубер, И., Лейс, Н., и др. (2015). Компромисс между ростом и накоплением углеводов в ограниченном питательными веществами Arthrospira sp PCC 8005 изучен путем интеграции транскриптомного и протеомного подходов. PLoS ONE 10: 0132461. DOI: 10.1371 / journal.pone.0132461

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ермакова, С.Ю., Еланская, И. В., Каллис, К. У., Вейхе, А., Борнер, Т., и Шестаков, С. В. (1993). Клонирование и секвенирование мутантных генов psbB цианобактерий Synechocystis PCC 6803. Photosynthesis Res. 37, 139–146. DOI: 10.1007 / BF02187472

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Фидлер, Г., Арнольд, М., Ханнус, С., и Малденер, И. (1998). Экспортер DevBCA необходим для формирования оболочки в гетероцистах цианобактерии Anabaena sp. штамм PCC 7120. Mol. Microbiol. 27, 1193–1202. DOI: 10.1046 / j.1365-2958.1998.00762.x

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Горл М., Зауэр Дж., Байер Т. и Форчхаммер К. (1998). Индуцированный азотным голоданием хлороз у Synechococcus PCC 7942: адаптация к долгосрочному выживанию. Микробиология 144, 2449–2458. DOI: 10.1099 / 00221287-144-9-2449

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Грюндель, М., Scheunemann, R., Lockau, W., and Zilliges, Y. (2012). Нарушение синтеза гликогена вызывает реакции метаболического переполнения и влияет на стрессовые реакции у цианобактерий Synechocystis sp PCC 6803. Microbiology 158, 3032–3043. DOI: 10.1099 / mic.0.062950-0

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Хасунума Т., Кикуяма Ф., Мацуда М., Айкава С., Идзуми Ю. и Кондо А. (2013). Динамическое метаболическое профилирование биосинтеза гликогена цианобактерий в условиях истощения нитратов. J. Exp. Бот. 64, 2943–2954. DOI: 10.1093 / jxb / ert134

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Хауф В., Уотцер Б., Роос Н., Клотц А. и Форчхаммер К. (2015). Образование фотоавтотрофных гранул полигидроксибутирата регулируется цианобактериальным Phasin PhaP в штамме Synechocystis sp PCC 6803. Прил. Environ. Microbiol. 81, 4411–4422. DOI: 10.1128 / AEM.00604-15

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Хайн, С., Тран, Х., и Стейнбучель, А. (1998). Synechocystis sp. PCC6803 содержит двухкомпонентную синтазу полигидроксиалкановой кислоты, аналогичную синтазе аноксигенных пурпурных серных бактерий. Arch. Microbiol. 170, 162–170. DOI: 10.1007 / s002030050629

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Hickman, J. W., Kotovic, K. M., Miller, C., Warrener, P., Kaiser, B., Jurista, T., et al. (2013). Синтез гликогена является необходимым компонентом реакции на азотный стресс у Synechococcus elongatus PCC 7942. Algal Res. 2, 98–106. DOI: 10.1016 / j.algal.2013.01.008

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Хуанг, С., Чен, Л., Те, Р., Цяо, Дж., Ван, Дж., И Чжан, В. (2013). Дополнительная протеомика iTRAQ и транскриптомика RNA-seq выявляют множественные уровни регуляции в ответ на азотное голодание у Synechocystis sp PCC 6803. Mol. Биосист. 9, 2565–2574. DOI: 10.1039 / c3mb70188c

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Джексон, С.А., Итон-Рай, Дж. Дж., Брайант, Д. А., Посевиц, М. К., и Дэвис, Ф. К. (2015). динамика фотосинтеза у гликоген-дефицитного мутанта glgC Synechococcus sp. Штамм PCC 7002. Заявл. Environ. Microbiol. 81, 6210–6222. DOI: 10.1128 / AEM.01751-15

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Jendrossek, D., и Pfeiffer, D. (2014). Новые взгляды на формирование гранул полигидроксиалканоата (карбоносом) и новые функции поли (3-гидроксибутирата). Environ. Microbiol. 16, 2357–2373. DOI: 10.1111 / 1462-2920.12356

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Копф, М., Клаен, С., Шольц, И., Маттиссен, Дж. К. Ф., Гесс, В. Р. и Восс, Б. (2014). Сравнительный анализ первичного транскриптома Synechocystis sp PCC 6803. DNA Res. 21, 527–539. DOI: 10.1093 / dnares / dsu018

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Красиков, В., фон Вобезер, Э.А., Деккер, Х.Л., Хейсман, Дж., и Маттейс, Х.С.П. (2012). Разрешение временного ряда постепенного азотного голодания и его влияние на фотосинтез у цианобактерий Synechocystis PCC 6803. Physiol. Завод 145, 426–439. DOI: 10.1111 / j.1399-3054.2012.01585.x

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Леманн М. и Вобер Г. (1976). Накопление, мобилизация и оборот гликогена в сине-зеленой бактерии Anacystis nidulans . Arch. Microbiol. 111, 93–97. DOI: 10.1007 / BF00446554

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ли, Х., Шерман, Д. М., Бао, С. Л., и Шерман, Л. А. (2001). Характер накопления цианофицина у азотфиксирующих и неазотфиксирующих цианобактерий. Arch. Microbiol. 176, 9–18. DOI: 10.1007 / s002030100281

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Махесваран, М., Циглер, К., Локау, В., Хагеманн, М., и Форчхаммер, К. (2006). P-II-регулируемый синтез аргинина контролирует накопление цианофицина в штамме Synechocystis sp PCC 6803. J. Bacteriol. 188, 2730–2734. DOI: 10.1128 / JB.188.7.2730-2734.2006

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Марш, Дж. Л., Эрфле, М., и Уайкс, Э. Дж. (1984). Плазмида pIC и фаговые векторы с универсальными сайтами клонирования для рекомбинантной селекции путем инактивации инсерцией. Ген 32, 481–485.DOI: 10.1016 / 0378-1119 (84)

    -2

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Мияке, М., Катаока, К., Шираи, М., и Асада, Ю. (1997). Контроль поли-бета-гидроксибутират-синтазы, опосредованной ацетилфосфатом, у цианобактерий. J. Bacteriol. 179, 5009–5013.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    Monshupanee, T., and Incharoensakdi, A. (2014). Повышенное накопление гликогена, липидов и полигидроксибутирата при оптимальных питательных веществах и интенсивности света у цианобактерий Synechocystis sp.PCC 6803. J. Appl. Microbiol. 116, 830–838. DOI: 10.1111 / jam.12409

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Муро-Пастор, М. И., Рейес, Дж. К., и Флоренсио, Ф. Дж. (2001). Цианобактерии воспринимают азотный статус, определяя внутриклеточные уровни 2-оксоглутарата. J. Biol. Chem. 276, 38320–38328.

    Google Scholar

    Нагараджан С., Шривастава С. и Шерман Л. А. (2014). Существенная роль оперона плазмиды hik31 в регуляции центрального метаболизма в темноте у Synechocystis sp.PCC 6803. Мол. Microbiol. 91, 79–97. DOI: 10.1111 / mmi.12442

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Накая Ю., Иидзима Х., Таканобу Дж., Ватанабэ А., Хираи М. Ю. и Осанай Т. (2015). Один день азотного голодания показывает эффект сверхэкспрессии sigE и rre37 на экспрессию генов, связанных с метаболизмом углерода и азота у Synechocystis sp. PCC 6803. J. Biosci. Bioeng. 120, 128–134.DOI: 10.1016 / j.jbiosc.2014.12.020

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Osanai, T., Numata, K., Oikawa, A., Kuwahara, A., Iijima, H., Doi, Y., et al. (2013). Повышенное производство биопластов с помощью сигма-фактора РНК-полимеразы SigE во время азотного голодания у Synechocystis sp PCC 6803. DNA Res. 20, 525–535. DOI: 10.1093 / dnares / dst028

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Панда, Б., Джайн, П., Шарма, Л., и Маллик, Н. (2006). Оптимизация условий культивирования и питания для накопления поли-бета-гидроксибутирата в Synechocystis sp PCC 6803. Biores. Technol. 97, 1296–1301. DOI: 10.1016 / j.biortech.2005.05.013

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Перамуна А., Саммерс М. Л. (2014). Состав и наличие липидных капель у цианобактерии Nostoc punctiforme. Arch. Microbiol. 196, 881–890. DOI: 10.1007 / s00203-014-1027-6

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Перес Р., Форчхаммер К., Салерно Г. и Малденер И. (2015). Четкие различия в метаболических и морфологических адаптациях акинет двух Nostocales, живущих в разных местообитаниях. Микробиология 162, 214–223. DOI: 10.1099 / mic.0.000230

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Шварц Р. и Форчхаммер К.(2005). Акклимация одноклеточных цианобактерий к дефициту макроэлементов: возникновение сложной сети клеточных ответов. Микробиология 151, 2503–2514. DOI: 10.1099 / mic.0.27883-0

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Сталь, Л. Дж. (1992). Поли (гидроксиалканоат) в цианобактериях: обзор. FEMS Microbiol. Lett. 103, 169–180. DOI: 10.1111 / j.1574-6968.1992.tb05835.x

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Станье, Р.Ю., Кунисава, Р., Мандель, М., и Коэн-Базир, Г. (1971). Очистка и свойства одноклеточных сине-зеленых водорослей (отряд Chroococcales). Бактериол. Ред. 35, 171–205.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    Steinbuchel, A., и Schlegel, H.G. (1989). Экскреция пирувата мутантами Alcaligenes eutrophus, у которых нарушено накопление поли (бета-гидроксимасляной кислоты) (ПОБ) в условиях, допускающих синтез ПОБ. Заявл. Microbiol.Biotechnol. 31, 168–175. DOI: 10.1007 / BF00262457

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Судзуки, Э., Умеда, К., Нихей, С., Мория, К., Окава, Х., Фудзивара, С. и др. (2007). Роль белка GlgX в метаболизме гликогена цианобактерий Synechococcus elongatus PCC 7942. Biochim. Биофиз. Acta 1770, 763–773. DOI: 10.1016 / j.bbagen.2007.01.006

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Тандо де Марсак, Н.и Хумард Дж. (1988). Дополнительная хроматическая адаптация: физиологические условия и спектры действия. Methods Enzymol. 167, 318–328.

    Google Scholar

    Taroncher-Oldenburg, G., and Stephanopoulos, G. (2000). Направленное разрушение генов на основе ПЦР у цианобактерий: инактивация генов синтазы полигидроксиалкановой кислоты в Synechocystis sp PCC 6803. Прил. Microbiol. Biotechnol. 54, 677–680. DOI: 10.1007 / s002530000450

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Цанг, Т.К., Роберсон Р. В. и Вермаас В. Ф. Дж. (2013). Частицы полигидроксибутирата у Synechocystis sp PCC 6803: факты и вымысел. Photosynth. Res. 118, 37–49. DOI: 10.1007 / s11120-013-9923-1

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    van der Woude, A. D., Angermayr, S. A., Veetil, V. P., Osnato, A., and Hellingwerf, K. J. (2014). Удаление поглотителя углерода: увеличение фотосинтетической продукции молочной кислоты Synechocystis sp PCC 6803 в мутанте, запасающем гликоген. J. Biotechnol. 184, 100–102. DOI: 10.1016 / j.jbiotec.2014.04.029

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Уолшоу, Д. Л., Уилкинсон, А., Манди, М., Смит, М., и Пул, П. С. (1997). Регулирование цикла TCA и общей аминокислотной пермеазы за счет избыточного метаболизма в Rhizobium leguminosarum. Микробиология 143, 2209–2221. DOI: 10.1099 / 00221287-143-7-2209

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Уайлд, А., и Динст, Д. (2011). «Инструменты для генетической манипуляции с цианобактериями», в «Биоэнергетические процессы цианобактерий» , ред. Г. А. Пешек, К. Обингер и Г. Ренгер (Амстердам: Springer), 685–703.

    Google Scholar

    Ву, Г. Ф., Шен, З. Ю., Ву, К. Ю., и Чжао, Н. М. (2001). Молекулярное клонирование и конструирование мутанта с делецией гена agp в цианобактерии Synechocystis sp. PCC 6803. Acta Bot. Грех. 43, 512–516.

    Google Scholar

    Се, Дж., Чжоу, Дж., Чжан, Х., и Ли, Ю. (2011). Повышение содержания восстановителя НАДФН посредством метаболической инженерии пути синтеза ПОБ у Synechocystis sp. PCC 6803. Подбородок. J. Biotechnol. 27, 998–1004.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    Зиллигес Ю. (2014). «Гликоген, динамический клеточный сток и резервуар углерода», в Клеточная биология цианобактерий , ред. Э. Флорес и А. Эрреро (Норфолк, Вирджиния: Caister Academic Press), 189–210.

    Google Scholar

    Гликогенсинтаза защищает нейроны от цитотоксичности мутантного хантингтина, увеличивая поток аутофагии.

  • 1.

    Brown, A.M. Гликоген в мозге пробудился заново. J. Neurochem. 89 , 537–552 (2004).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 2.

    Vilchez, D. et al. Механизм подавления синтеза гликогена в нейронах и его гибель при прогрессирующей миоклонической эпилепсии. Нат. Neurosci. 10 , 1407–1413 (2007).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 3.

    Триведи, Дж. Р. и др. Полиглюкозановая болезнь тела взрослых, связанная с непристойными телами и тремором. Arch. Neurol. 60 , 764–766 (2003).

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 4.

    Иноуэ, М., Ягишита, С., Ито, Ю., Амано, Н. и Мацусита, М. Сосуществование парных спиральных нитей и полиглюкозановых тел в одном нейроне при вскрытии болезни Альцгеймера. Acta Neuropathol. 92 , 511–514 (1996).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 5.

    Робитайл, Ю., Карпентер, С., Карпати, Г. и ДиМауро, С.Д. Отдельная форма болезни тела взрослых полиглюкозаном с массовым поражением центральных и периферических нейронных процессов и астроцитов: отчет о четырех случаях и обзор появления полиглюкозановых тел при других состояниях, таких как болезнь Лафора и нормальное старение. Мозг 103 , 315–336 (1980).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 6.

    Saez, I. et al. Нейроны обладают активным метаболизмом гликогена, что способствует устойчивости к гипоксии. J. Cereb. Кровоток. Метаб. 34 , 945–955 (2014).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 7.

    Wang, Y. et al. Лафорин предотвращает вызванное стрессом образование полиглюкозановых тел и прогрессирование болезни Лафора в нейронах. Мол. Neurobiol. 48 , 49–61 (2013).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 8.

    Duran, J. et al. Вредные эффекты накопления гликогена в нейронах у мух и мышей. EMBO Mol. Мед 4 , 719–729 (2012).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 9.

    Миттал С. и Ганеш С. Механизмы контроля качества белка и нейродегенеративные расстройства: сдержки, противовесы и тупики. Neurosci. Res 68 , 159–166 (2010).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 10.

    Yerbury, J. J. et al. По канату: протеостаз и нейродегенеративные заболевания. J. Neurochem. 137 , 489–505 (2016).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 11.

    Davis, J. B. & Maher, P. Активация протеинкиназы C подавляет цитотоксичность, вызванную глутаматом, в линии нейрональных клеток. Brain Res. 652 , 169–173 (1994).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 12.

    Кумар А. и Ратан Р. Р. Окислительный стресс и болезнь Хантингтона: хорошее, плохое и уродливое. Дж. Хантингт. Дис. 5 , 217–237 (2016).

    Артикул Google Scholar

  • 13.

    Kumar, A. et al. Снижение О-связанного GlcNA-цилирования защищает от цитотоксичности, опосредованной фрагментом белка экзона 1 хантинтина. J. Biol. Chem. 289 , 13543–13553 (2014).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 14.

    Garyali, P. et al. Комплекс малин-лафорин подавляет клеточную токсичность неправильно свернутых белков, способствуя их деградации через систему убиквитин-протеасома. Гум. Мол. Genet. 18 , 688–700 (2009).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 15.

    Баба О. [Производство моноклональных антител, распознающих гликоген, и его применение в иммуногистохимии]. Kokubyo Gakkai Zasshi 60 , 264–287 (1993).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 16.

    Goswami, A. et al. Окислительный стресс способствует агрегации мутантного хантинтина и зависимой от мутантного хантингтина гибели клеток, имитируя протеасомные нарушения. Biochem Biophys. Res. Commun. 342 , 184–190 (2006).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 17.

    Mangiarini, L. et al. Экзона 1 гена HD с увеличенным повторением CAG достаточно, чтобы вызвать прогрессирующий неврологический фенотип у трансгенных мышей. Cell 87 , 493–506 (1996).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 18.

    Carter, R.J. et al. Характеристика прогрессирующих моторных дефицитов у мышей, трансгенных по мутации болезни Гентингтона человека. J. Neurosci. 19 , 3248–3257 (1999).

    CAS PubMed Google Scholar

  • 19.

    Сингх П.K., Singh, S. & Ganesh, S. Комплекс лафорин-малин отрицательно регулирует синтез гликогена, модулируя поглощение глюкозы клетками через переносчики глюкозы. Мол. Cell Biol. 32 , 652–663 (2012).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 20.

    Юнг, К. Ю. и Рампал, А. Л. Сайты связывания цитохалазина B и переносчик глюкозы в призраках эритроцитов человека. Дж.Биол. Chem. 252 , 5456–5463 (1977).

    CAS PubMed Google Scholar

  • 21.

    Мора, А., Сакамото, К., МакМанус, Э. Дж. И Алесси, Д. Р. Роль пути PDK1-PKB-GSK3 в регулировании гликогенсинтазы и захвата глюкозы сердцем. FEBS Lett. 579 , 3632–3638 (2005).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 22.

    Гринберг, К. С., Мередит, К. Н., Ян, Л. и Брэди, М. Дж. Нацеливание белка на сверхэкспрессию гликогена приводит к специфическому усилению накопления гликогена в адипоцитах 3T3-L1. J. Biol. Chem. 278 , 30835–30842 (2003).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 23.

    Klionsky, D. J. et al. Рекомендации по использованию и интерпретации анализов для мониторинга аутофагии. Аутофагия 8 , 445–544 (2012).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 24.

    Танида И. и Вагури С. Измерение аутофагии в клетках и тканях. Methods Mol. Биол. 648 , 193–214 (2010).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 25.

    Ginet, V. et al. Умирающие нейроны таламуса доношенных новорожденных и крыс являются аутофагами. Ann. Neurol. 76 , 695–711 (2014).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 26.

    Ginet, V. et al. Участие аутофагии в гипоксически-эксайтотоксической гибели нейронов. Аутофагия 10 , 846–860 (2014).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 27.

    Ginet, V., Puyal, J., Кларк, П. Г. и Труттманн, А. С. Усиление аутофагического потока после неонатальной церебральной гипоксии-ишемии и его регионально-зависимая связь с механизмами апоптоза. Am. J. Pathol. 175 , 1962–1974 (2009).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 28.

    Чжан З., Сингх Р. и Ашнер М. Методы обнаружения аутофагии в клетках млекопитающих. Curr. Protoc.Toxicol. 69 , 20 12 21–20 12 26 (2016).

    Google Scholar

  • 29.

    Чен С. и Ветцель Р. Солюбилизация и дезагрегация полиглутаминовых пептидов. Protein Sci. 10 , 887–891 (2001).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 30.

    Чен, С., Бертелье, В., Гамильтон, Дж. Б., О’Нуаллен, Б.& Ветцель, Р. Амилоидоподобные особенности агрегатов полиглутамина и их кинетика сборки. Биохимия 41 , 7391–7399 (2002).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 31.

    Chen, S., Berthelier, V., Yang, W. & Wetzel, R. Поведение агрегации полиглутамина in vitro поддерживает механизм набора цитотоксичности. J. Mol. Биол. 311 , 173–182 (2001).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 32.

    Джаяраман, М., Такур, А. К., Кар, К., Кодали, Р. и Ветцель, Р. Анализы для изучения ядерной агрегации полиглутаминовых белков. Методы 53 , 246–254 (2011).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 33.

    Scherzinger, E. et al. Самосборка полиглутамин-содержащих фрагментов хантингтина в амилоидоподобные фибриллы: последствия для патологии болезни Хантингтона. Proc. Natl. Акад. Sci. США 96 , 4604–4609 (1999).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 34.

    Harish, G. et al. Метаболизм глутатиона регулируется посмертным интервалом, гендерными различиями и агональным состоянием в посмертном человеческом мозге. Neurochem. Int. 59 , 1029–1042 (2011).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 35.

    Li, I.H. et al. Активация аутофагии участвует в нейротоксичности, вызванной 3,4-метилендиоксиметамфетамином («экстази») в культивируемых корковых нейронах. PLoS ONE 9 , e116565 (2014).

    Артикул PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 36.

    Хиггинс, Г. К., Девениш, Р. Дж., Беарт, П. М. и Нагли, П. Аутофагическая активность корковых нейронов в условиях острого окислительного стресса напрямую способствует гибели клеток. Cell Mol. Life Sci. 68 , 3725–3740 (2011).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 37.

    Shi, R. et al. Чрезмерная аутофагия способствует гибели нейронов при церебральной ишемии. CNS Neurosci. Ther. 18 , 250–260 (2012).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 38.

    Рами, А. и Когель, Д.Апоптоз встречает гибель клеток, подобную аутофагии, в ишемической полутени: две стороны одной медали? Аутофагия 4 , 422–426 (2008).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 39.

    Котулас, О. Б., Каламидас, С. А., Кондомеркос, Д. Дж. Аутофагия гликогена. Microsc. Res Tech. 64 , 10–20 (2004).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 40.

    Сингх П. К., Сингх С. и Ганеш С. Активация сывороточной / глюкокортикоид-индуцированной киназы 1 (SGK1) лежит в основе повышенных уровней гликогена, активации mTOR и дефектов аутофагии при болезни Лафора. Мол. Биол. Ячейка 24 , 3776–3786 (2013).

    Артикул PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 41.

    DeBosch, B.J. et al. Трегалоза подавляет белки-носители растворенного вещества 2A (SLC2A), вызывая аутофагию и предотвращая стеатоз печени. Sci. Сигнал. 9 , ra21 (2016).

    Артикул PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 42.

    Zirin, J., Nieuwenhuis, J. & Perrimon, N. Роль аутофагии в распаде гликогена и ее значение для миопатии хлорохина. PLoS Biol. 11 , e1001708 (2013).

    Артикул PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 43.

    Halse, R., Fryer, L.G., McCormack, J.G., Carling, D. & Yeaman, S.J. Регулирование гликогенсинтазы глюкозой и гликогеном: возможная роль AMP-активированной протеинкиназы. Диабет 52 , 9–15 (2003).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 44.

    Харди, Д. Г. AMPK: ключевой регулятор энергетического баланса в отдельной клетке и во всем организме. Int J. Obes. (Лондон) 32 , S7 – S12 (2008).

    CAS Статья Google Scholar

  • 45.

    Ха, Дж., Гуан, К. Л. и Ким, Дж. AMPK и аутофагия в метаболизме глюкозы / гликогена. Мол. Asp. Мед 46 , 46–62 (2015).

    CAS Статья Google Scholar

  • 46.

    Duran, J., Gruart, A., García-Rocha, M., Delgado-García, J. M. & Guinovart, J. J. Накопление гликогена лежит в основе нейродегенерации и нарушения аутофагии при болезни Лафора. Гум. Мол. Genet 23 , 3147–3156 (2014).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 47.

    Puri, R., Suzuki, T., Yamakawa, K. & Ganesh, S. Дисфункции эндосомно-лизосомных путей и аутофагии лежат в основе невропатологии на мышиной модели болезни Лафоры. Гум. Мол. Genet 21 , 175–184 (2012).

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 48.

    Aguado, C. et al. Лафорин, самый распространенный белок, мутировавший при болезни Лафора, регулирует аутофагию. Гум. Мол. Genet. 19 , 2867–2876 (2010).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 49.

    Puri, R., Jain, N. & Ganesh, S. Повышенная концентрация глюкозы приводит к снижению протеасомной активности и образованию гликоген-положительных агресомных структур. FEBS J. 278 , 3688–3698 (2011).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 50.

    Mittal, S. & Singh, L.R. Макромолекулярное скопление замедляет агрегацию бета-богатого белка, бычьей карбоангидразы: тематическое исследование. J. Biochem. 156 , 273–282 (2014).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 51.

    Перуц, М. Ф., Джонсон, Т., Сузуки, М. и Финч, Дж. Т. Глютамин-повторы как полярные застежки-молнии: их возможная роль в наследственных нейродегенеративных заболеваниях. Proc. Natl. Акад. Sci. США 91 , 5355–5358 (1994).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 52.

    Groen, A.C., Coughlin, M. & Mitchison, T.J. Сборка микротрубочек в мейотическом экстракте требует гликогена. Мол.Биол. Ячейка 22 , 3139–3151 (2011).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 53.

    Waelter, S. et al. Накопление мутантных фрагментов хантингтина в агресомоподобных телец включения в результате недостаточной деградации белка. Мол. Биол. Ячейка 12 , 1393–1407 (2001).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 54.

    Джонстон, Дж. А., Уорд, К. Л. и Копито, Р. Р. Агресомы: клеточный ответ на неправильно свернутые белки. J. Cell Biol. 143 , 1883–1898 (1998).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 55.

    Hartl, P., Olson, E., Dang, T. и Forbes, D. J. Сборка ядер с лямбда-ДНК во фракционированных экстрактах яиц Xenopus: неожиданная роль гликогена в образовании промежуточного хроматина более высокого порядка. J. Cell Biol. 124 , 235–248 (1994).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 56.

    Патель, М. Ориентация на окислительный стресс при расстройствах центральной нервной системы. Trends Pharmacol. Sci. 37 , 768–778 (2016).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 57.

    Siwach, P., Сенгупта, С., Парихар, Р. и Ганеш, С. Пространственные положения гомополимерных повторов в протеоме человека и их влияние на клеточную токсичность. Biochem Biophys. Res Commun. 380 , 382–386 (2009).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 58.

    Goenka, A. et al. Некодирующие РНК сателлита-III человека модулируют репрессию транскрипции, вызванную тепловым шоком. J. Cell Sci. 129 , 3541–3552 (2016).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 59.

    Upadhyay, M., Bhadauriya, P. & Ganesh, S. Тепловой шок модулирует внутриклеточную локализацию, стабильность и активность HIPK2. Biochem. Биофиз. Res Commun. 472 , 580–584 (2016).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 60.

    Siwach, P., Sengupta, S., Parihar, R.& Ganesh, S. Пролиновые повторы в цис- и транс-положениях обеспечивают защиту от токсичности неправильно свернутых белков в клеточной модели млекопитающих. Neurosci. Res 70 , 435–441 (2011).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 61.

    Ganesh, S. et al. Целенаправленное нарушение гена Epm2a вызывает образование телец включения Lafora, нейродегенерацию, атаксию, миоклоническую эпилепсию и нарушение поведенческой реакции у мышей. Гум. Мол. Genet 11 , 1251–1262 (2002).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 62.

    Maheshwari, M. et al. Дексаметазон вызывает реакцию теплового шока и замедляет прогрессирование болезни у мышей и мух, моделирующих болезнь Хантингтона. Гум. Мол. Genet 23 , 2737–2751 (2014).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 63.

    Шанкар, С. К., Махадеван, А., Хариш, Г. и Сринивас Бхарат, М. М. Репозиторий тканей человеческого мозга: Национальное учреждение, содействующее исследованиям в области нейробиологии. Proc. Natl. Акад. Sci., India Sect. В: Биол. Sci. 84 , 239–250 (2014).

    CAS Статья Google Scholar

  • 64.

    Джоши, А.С. и Такур, А.К. Биоразлагаемая система доставки, содержащая пептидный ингибитор агрегации полиглутамина: шаг к терапевтическим разработкам при болезни Хантингтона. J. Pept. Sci. 20 , 630–639 (2014).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

    • Гранулы гликогена и пигмент … — Форум студентов-медиков

    Гранулы гликогена и пигментные гранулы являются примерами внутриклеточных включений. Гликоген — это запасенный полимер глюкозы, который может расщепляться с высвобождением глюкозы, когда человек страдает гипогликемией. Гранулы пигмента содержат богатый тирозином полимер под названием меланин.Ароматические боковые группы составляющих аминокислот поглощают УФ-излучение солнечного света и, таким образом, защищают ядерную ДНК от мутации. Вот почему существует множество гранул меланина, образующих зонтик-шапку над ядрами клеток базального слоя эпидермиса.

    Плазматическая мембрана — это фосфолипопротеиновый бислой (единичная мембрана), окружающий все клетки человеческого тела. Он служит функциональной границей между клеткой и окружающей средой. Его избирательная проницаемость регулирует объем клеток, нервную проводимость и сокращение мышц.Это также место для многих рецепторов гормонов и других макромолекул, участвующих в межклеточной коммуникации и адгезии.

    Ядерная оболочка, охватывающая ядро, состоит из двух слоев мембраны. Его межмембранное пространство продолжается с просветом эндоплазматической сети. Внешняя поверхность ядерной оболочки связывает рибосомы. Внутренняя поверхность часто покрыта скоплениями гетерохроматина. Ядерная оболочка перфорирована большими восьмиугольными порами, которые позволяют проходить мРНК, которая синтезируется в ядре, но транспортируется в цитоплазму, где она транслируется в белки на рибосомах.

    Митохондрии — это внутриклеточные органеллы, состоящие из двух элементарных мембран. Внешняя мембрана относительно проницаема и, таким образом, позволяет субстратам проникать в митохондрии. Внутренняя мембрана сильно свернута в кристы или трубчатые выступы в митохондриальном матриксе. В матрице и на внутренних мембранах восстановленные нуклеотиды, образующиеся в результате окисления субстратов, превращаются в АТФ через цепь переноса электронов.

    Аппарат Гольджи состоит из набора уплощенных перепончатых цистерн и везикул, ограниченных мембраной.Он участвует в гликозилировании и упаковке многих белков, синтезируемых на рибосомах грубого эндоплазматического ретикулума и предназначенных для секреции из клеток. Аппарат Гольджи также участвует в производстве лизосом. Эти мембраносвязанные органеллы содержат гидролитические ферменты, используемые для разложения поглощенных материалов, таких как бактерии.

    Гладкая эндоплазматическая сеть представляет собой перепончатую органеллу, состоящую из анастомозирующей сети связанных между собой цистерн и канальцев. Он участвует в расщеплении гликогена, синтезе холестерина и фосфолипидов и служит для детоксикации лекарств и ядов.В мышечных клетках саркоплазматический ретикулум, разновидность гладкой эндоплазматической сети, секвестрирует Ca2 + и важен для регулирования свободного Ca2 + вокруг миофибрилл.

    Внутри каждой клетки есть поддерживающий каркас из канальцев и нитей, известный как цитоскелет. Он состоит из трех отдельных внутриклеточных немембранозных органелл: (1) микротрубочек, (2) микрофиламентов и (3) промежуточных филаментов. Микротрубочки — важные элементы митотического веретена. Они прикрепляются к хромосомам на кинетохоре и необходимы для митотического разделения хромосом.Микротрубочки также являются важными составляющими центриолей, базальных телец, ресничек и жгутиков. Следовательно, они участвуют в движении некоторых клеток, например, сперматозоидов. Микрофиламенты представляют собой нитевидные структуры, богатые актином. В немышечных клетках они обеспечивают динамическую основу для клеток, позволяющую расширять псевдоподии, эндоцитоз внеклеточных материалов и подвижность клеток. Их особенно много в мышечных клетках, где они являются важным компонентом тонких волокон. Промежуточные филаменты представляют собой волокнистые структуры, состоящие из нескольких белков, включая десмин, виментин и кератин.

    Капельки липидов в большом количестве присутствуют в синтезирующих стероиды клетках, таких как клетки коры надпочечников или клетки Лейдига семенников. Здесь они действуют как липидные предшественники стероидных гормонов. Кроме того, липидные капли находятся в адипоцитах, где они служат формой хранения триглицеридов. Капельки липидов можно использовать для выработки энергии, когда потребление пищи меньше, чем выделяемая энергия.

    Лизосомы представляют собой мембранные органеллы, содержащие гидролитические ферменты.Их производят в аппарате Гольджи. Они выполняют несколько функций в клеточной физиологии, включая деградацию фагоцитированных чужеродных материалов (например, бактерий), деградацию липидных агрегатов и гранул гликогена (например, при заболеваниях накопления гликогена, таких как болезнь Помпе, лизосомальные гидролазы изначально отсутствуют, а гликоген накапливается в клетках) и деградация ткани во время регрессии (например, после беременности регрессии матки помогают лизосомы). Лизосомы в изобилии присутствуют в макрофагах и в сильно модифицированной форме в гранулоцитах в виде определенных гранул.

    Пероксисомы также являются мембраносвязанными органеллами, но они, вероятно, образуются в гладком эндоплазматическом ретикулуме, а не в аппарате Гольджи, как лизосомы.

    No related posts.

    Ответить

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *