Metallothionein (MT) ist eine Familie des cysteine-reichen, niedrigen Molekulargewichtes (MW im Intervall von 500 bis 14000 Da) Proteine. Sie werden zur Membran des Apparats von Golgi lokalisiert. MTs haben die Kapazität, beide physiologisch (wie Zink, Kupfer, Selen) und xenobiotic (wie Kadmium, Quecksilber, Silber, Arsen) schwere Metalle durch die thiol Gruppe seiner cysteine Rückstände zu binden, die fast die 30 % seines amino acidic Rückstände vertritt.

MT wurde 1957 von Vallee und Margoshe von der Reinigung eines Cd-Schwergängigkeitsproteins vom Pferd (pferde)-Nierenkortex entdeckt. MTs Funktion ist nicht klare aber experimentelle Angaben weisen darauf hin, dass MTs Schutz gegen die Metallgiftigkeit zur Verfügung stellen, an der Regulierung von physiologischen Metallen (Zn und Cu) beteiligt werden und Schutz gegen Oxidative-Betonung zur Verfügung stellen kann. Es gibt vier wichtige in Menschen ausgedrückte isoforms (Familie 1, sieh Karte unten): MT1 (Subtypen A, B, E, F, G, H, L, M, X), MT2, MT3, MT4. Im menschlichen Körper werden große Mengen in erster Linie in der Leber und den Nieren aufgebaut. Ihre Produktion ist von der Verfügbarkeit der diätetischen Minerale, als Zink, Kupfer und Selen, und die Aminosäuren histidine und cysteine abhängig.

Struktur und Klassifikation

MTs sind in einer riesengroßen Reihe von taxonomischen Gruppen, im Intervall von prokaryotes (wie cyanobacteria Syneccococus spp....), protozoa da (p. ab. die ciliate Klassen von Tetrahymena...), Werke (wie Pisum sativum, Triticum durum, Zea mays, Quercus suber...), Hefe (wie Saccharomyces cerevisiae, Candida albicans...), wirbellose Tiere (wie der Fadenwurm Caenorhabditis elegans, die Kerbtier-Taufliege melanogaster, die Mollusken Mytilus edulis oder echinoderm Strongylocentrotus purpuratus) und Wirbeltiere (wie das Huhn, Gallus gallus, oder der Säugetierhomo Sapiens oder Mus musculus).

Die MTs von dieser verschiedenen taxonomischen Reihe vertreten eine Folge der hohen Heterogenität (bezüglich des Molekulargewichtes und der Zahl und des Vertriebs von Rückständen von Cys) und zeigen allgemeine Homologie nicht; trotz dessen wird Homologie innerhalb von einigen taxonomischen Gruppen (wie Wirbel-MTs) gefunden.

Von ihrer primären Struktur sind MTs durch verschiedene Methoden klassifiziert worden. Die ersten Daten von 1987, wenn Fowler u. a., hat drei Klassen von MTs gegründet: Klasse I, einschließlich der MTs, die Homologie mit Pferd-MT, Klasse II, einschließlich des Rests des MTs ohne Homologie mit Pferd-MT und der Klasse III zeigen, die phytochelatins, Cys-reich enzymatisch einschließt, hat peptides aufgebaut.

Die zweite Klassifikation wurde von Binz und Kagi 2001 durchgeführt, und zieht taxonomische Rahmen und die Muster des Vertriebs von Rückständen von Cys entlang der MT-Folge in Betracht.

Es läuft auf eine Klassifikation von 15 Familien für proteinaceous MTs hinaus. Familie 15 enthält das Werk MTs, die 2002 weiter von Cobbet und Goldsbrough in 4 Typen (1, 2, 3 und 4) abhängig vom Vertrieb ihrer Rückstände von Cys und Cys-leere Gebiete (genannt Distanzscheiben) Eigenschaft des Werks MTs klassifiziert worden sind.

Ein Tisch einschließlich der Hauptaspekte der zwei letzten Klassifikationen wird eingeschlossen.

Mehr Daten auf dieser Klassifikation sind an der Seite von Expasy metallothionein http://expasy.org/cgi-bin/lists?metallo.txt feststellbar

Sekundäre Struktur-Elemente sind in mehreren MTs SmtA von Syneccochoccus beobachtet worden, Säugetier-MT3, Echinoderma SpMTA, fischen Notothenia Coriiceps MT, Krebstier MTH, aber bis zu diesem Moment, wie man betrachtet, ist der Inhalt solcher Strukturen in MTs schwach, und sein funktioneller Einfluss wird nicht betrachtet.

Die tertiäre Struktur von MTs ist auch hoch heterogen. Während Wirbeltier, echinoderm und Krebstier, das MTs einer bidominial Struktur mit divalent Metallen als Zn (II) oder Cd (II) zeigen (wird das Protein gefaltet, um Metalle in zwei funktionell unabhängigen Gebieten, mit einer metallischen Traube jeder zu binden), Hefe und procariotyc MTs eine monodominial Struktur (ein Gebiet mit einer einzelnen metallischen Traube) zeigen. Obwohl keine Strukturdaten für molluscan, nematoda und Taufliege MTs verfügbar sind, wird es allgemein angenommen, dass der erstere bidominial und der letzte monodominial ist. Keine abschließenden Daten sind für das Werk verfügbar MTs, aber zwei mögliche Strukturen sind vorgeschlagen worden: 1) eine bidominial diesem von Wirbel-MTs ähnliche Struktur; 2) eine codominial Struktur, in der zwei Cys-reiche Gebiete aufeinander wirken, um eine einzelne metallische Traube zu bilden.

Vierergruppe-Struktur ist für MTs nicht weit gehend betrachtet worden. Dimerization und Oligomerization-Prozesse sind beobachtet und mehreren molekularen Mechanismen einschließlich der zwischenmolekularen Disulfid-Bildung zugeschrieben worden, durch Metalle überbrückend, die entweder durch Rückstände von Cys oder durch His auf verschiedenem MTs oder anorganische phosphatvermittelte Wechselwirkungen gebunden sind. Wie man gezeigt hat, haben Dimeric und polymerer MTs neuartige Eigenschaften auf Metall detoxification erworben, aber die physiologische Bedeutung dieser Prozesse ist nur im Fall von prokaryotic Synechococcus SmtA demonstriert worden. MT dimer erzeugt durch diesen Organismus bildet Strukturen, die Zinkfingern ähnlich sind, und hat Zn-regulatory Tätigkeit.

Metallothioneins haben verschiedene metallbindende Einstellungen, die mit der funktionellen Genauigkeit vereinigt worden sind. Als ein Beispiel Säugetiermus musculus bindet MT1 bevorzugt divalent Metallionen (Zn (II), Cd (II)...), während Hefe CUP1 für monovalent Metallionen (Cu (I), Ag (I)...) auswählend ist. Eine neuartige funktionelle Klassifikation von MTs als Zn- oder Cu-thioneins wird zurzeit gestützt auf diesen funktionellen Einstellungen entwickelt.

Funktion

Metallschwergängigkeit

Metallothionein ist dokumentiert worden, um eine breite Reihe von Metallen einschließlich Kadmiums, Zinkes, Quecksilbers, Kupfer, Arsens, Silbers usw. zu binden. Wie man vorher berichtete, ist Metallation von MT kooperativ vorgekommen, aber neue Berichte haben starke Beweise zur Verfügung gestellt, dass Metallschwergängigkeit über einen folgenden, nichtkooperativen Mechanismus vorkommt. Die Beobachtung teilweise metallated MT (d. h. etwas freie verbindliche Metallkapazität habend), weist darauf hin, dass diese Arten biologisch wichtig sind.

Metallothioneins nehmen wahrscheinlich am Auffassungsvermögen, dem Transport und der Regulierung von Zink in biologischen Systemen teil. Säugetier-MT bindet drei Ionen von Zn (II) in seinem Beta-Gebiet und vier im Alpha-Gebiet. Cysteine ist eine Schwefel enthaltende Aminosäure, folglich der Name "-thionein". Jedoch ist die Teilnahme des anorganischen Sulfids und der Chlorid-Ionen für einige MT-Formen vorgeschlagen worden. In einem MTs, größtenteils bakteriell, nimmt histidine an der Zinkschwergängigkeit teil. Durch die Schwergängigkeit und die Ausgabe von Zink metallothioneins kann (MTs) Zinkniveaus innerhalb des Körpers regeln. Zink ist abwechselnd ein Schlüsselelement für die Aktivierung und Schwergängigkeit von bestimmten Abschrift-Faktoren durch seine Teilnahme im Zinkfinger-Gebiet des Proteins. Metallothionein trägt auch Zinkionen (Signale) von einem Teil der Zelle zu einem anderen. Wenn Zink in eine Zelle eingeht, kann es durch thionein aufgenommen werden (der so "metallothionein" wird), und getragen zu einem anderen Teil der Zelle, wo es zu einem anderen organelle oder Protein veröffentlicht wird. Auf diese Weise wird der thionein-metallothionein ein Schlüsselbestandteil des Zinksignalsystems in Zellen. Dieses System ist im Gehirn besonders wichtig, wo Zinknachrichtenübermittlung sowohl zwischen als auch innerhalb von Nervenzellen prominent ist. Es scheint auch, für die Regulierung des Geschwulst-Entstörgerät-Proteins p53 wichtig zu sein.

Kontrolle der Oxidative-Betonung

Rückstände von Cysteine von MTs können schädliche oxidant Radikale wie das Superoxyd und hydroxyl Radikale festnehmen. In dieser Reaktion wird cysteine zu cystine oxidiert, und die Metallionen, die zu cysteine gebunden wurden, werden zu den Medien befreit. Wie erklärt, im Ausdruck und der Regulierungsabteilung kann dieser Zn die Synthese von mehr MTs aktivieren. Dieser Mechanismus ist vorgeschlagen worden, um ein wichtiger Mechanismus in der Kontrolle der Oxidative-Betonung durch MTs zu sein. Die Rolle von MTs in Oxidative-Betonung ist von MT-Knock-Out-Mutanten bestätigt worden, aber einige Experimente schlagen auch eine prooxidant Rolle für MTs vor.

Ausdruck und Regulierung

Genausdruck von Metallothionein wird durch eine hohe Vielfalt von Stimuli, als Metallaussetzung, oxidative Betonung, glucocorticoids, hydric Betonung usw. veranlasst. Das Niveau der Antwort auf diese inducers hängt vom MT-Gen ab. MT-Gene präsentieren in ihren Pro-Motoren spezifische Folgen für die Regulierung des Ausdrucks, Elemente als Metallansprechelemente (MRE), Glucocorticoid-Ansprechelemente (GRE), GC-rich Kästen, grundlegende Niveau-Elemente (BLE) und Schilddrüse-Ansprechelemente (TRE).

Metallothionein und Krankheit

Krebs

Weil MTs eine wichtige Rolle in der Abschrift-Faktor-Regulierung spielen, können Probleme mit der MT-Funktion oder dem Ausdruck zu bösartiger Transformation von Zellen und schließlich Krebs führen. Studien haben vergrößerten Ausdruck von MTs in einigen Krebsen des Busens, des Doppelpunkts, der Niere, der Leber, der Haut (Melanom), Lunge, nasopharynx, Eierstock, Vorsteherdrüse, Mund, Speicheldrüse, Hoden, Schilddrüse und Harnblase gefunden; sie haben auch niedrigere Ebenen des MT-Ausdrucks in hepatocellular Krebsgeschwür und Leber adenocarcinoma gefunden.

Es gibt Beweise, um darauf hinzuweisen, dass höhere Niveaus des MT-Ausdrucks auch zu Widerstand gegen chemotherapeutic Rauschgifte führen können.

Autismus

Schwere Metallgiftigkeit ist als eine hypothetische Ätiologie des Autismus vorgeschlagen worden, und die Funktionsstörung der MT-Synthese und Tätigkeit kann eine Rolle darin spielen. Viele schwere Metalle, einschließlich Quecksilbers, Leitung und Arsens sind mit Symptomen verbunden worden, die den neurologischen Symptomen vom Autismus ähneln. Jedoch ist MT-Funktionsstörung mit autistischen Spektrum-Unordnungen nicht spezifisch verbunden worden. Eine 2006-Studie, Kinder untersuchend, die zum Impfkonservierungsmittel thiomersal ausgestellt sind, hat gefunden, dass sich Niveaus von MT und Antikörpern zu MT in autistischen Kindern bedeutsam von normalen Kindern nicht unterschieden haben.

Siehe auch

• Phytochelatin

Weiterführende Literatur

Links

• Seite von Expasy metallothionein