Huntingtin

Huntingtin (Htt), HTT geni tarafından kodlanan ve IT15 (“ilginç transkript 15”) olarak da bilinen bir insan proteinidir. HTT genindeki patojenik genişlemeler (hastalığa neden olan tekrar uzunluğu artışları) Huntington hastalığına (HD) yol açar ve bu proteinin uzun süreli hafıza depolanması mekanizmalarında da rol oynadığı düşünülmektedir.

HTT, birçok dokuda eksprese edilen bir gendir ve en yüksek ekspresyon düzeyi beyinde gözlenir. Gen ekspresyonu gelişimsel olarak sıkı biçimde düzenlenmiştir ve embriyonik gelişim (embriyogenez) için gereklidir. Huntingtin proteini, normal koşullarda 3.144 amino asitten oluşur ve içerdiği poliglutamin (polyQ) tekrarlarının uzunluğuna bağlı olarak yaklaşık 350 kDa moleküler ağırlığa sahiptir. HTT genindeki polimorfizmler, proteindeki glutamin tekrar sayısını belirler ve yabanıl tip aleller genellikle 6–35 tekrar içerirken Huntington hastalığına neden olan patojenik genişlemelerde bu sayı 36'nın üzerine çıkar. Ağır ve erken başlangıçlı (juvenil) olgularda tekrar sayısı yaklaşık 250'ye kadar ulaşabilmektedir. Huntingtin adı, proteinin bu hastalıkla olan güçlü ilişkisini yansıtır. IT15 ise genin önceki adlandırmasıdır.

Huntingtin proteininin moleküler işlevleri henüz tam olarak tanımlanmamış olmakla birlikte, nöronal sağkalım ve gelişim için vazgeçilmez olduğu bilinmektedir. Hücre içi sinyal iletim yollarına katkıda bulunduğu, aksonal taşınım ve vezikül trafiği süreçlerinde rol oynadığı ve protein–protein etkileşimlerini aracıladığı düşünülmektedir. Ayrıca huntingtin'in apoptoza karşı koruyucu etkiler gösterdiği de rapor edilmiştir. HTT geninin deneysel olarak bozulması, model organizmalarda embriyonik letaliteye yol açmakta olup, bu durum proteinin gelişimdeki kritik rolünü vurgulamaktadır.Nasir J, Floresco SB, O'Kusky JR, Diewert VM, Richman JM, Zeisler J, et al. (Jun 1995).  Huntingtin'deki genişlemiş poliglutamin (polyQ) tekrarları, toksik fonksiyon-kazanımı (gain-of-function) etkilerine neden olarak Huntington hastalığının ortaya çıkmasına yol açar. Otozomal dominant kalıtılan bu nörodejeneratif hastalıkta, patojenik huntingtin nöronlar içinde agregatlar oluşturur; bu agregatlar hücresel süreçleri bozarak sonunda hücre ölümüne neden olur.

 Gen 
HTT geninin 5′ ucu (five-prime end), glutamin aminoasidini kodlayan sitozin–adenin–guanin (CAG) dizisinin çoklu tekrarlarından oluşur. Bu bölge trinükleotid tekrar olarak adlandırılır. Normal koşullarda CAG tekrar sayısı 7 ile 35 arasında değişmektedir. HTT geni, 4. kromozomun kısa kolunda (p), 16.3 bölgesinde (4p16.3) yer almakta olup, 3.074.510 ile 3.243.960 baz çifti arasını kapsamaktadır. 

 Protein yapısı 
Huntingtin (HTT) proteini, kanonik formunda 3.144 amino asitten oluşan ve yaklaşık 348 kDa moleküler ağırlığa sahip, büyük ve baskın olarak α-helikal bir moleküldür. Yapısal organizasyonu üç ana bölgeden oluşur: amino-terminal (N-uç) domain, karboksi-terminal (C-uç) domain ve bu iki büyük bölgeyi birbirine bağlayan daha küçük bir köprü (bridge) domaini. Hem amino- hem de karboksi-terminal bölgeler, HEAT tekrarları (Huntingtin, Elongation factor 3, Protein phosphatase 2A ve lipid kinaz TOR'dan adını alan) açısından zengindir. Bu tekrarlar solenoid veya süperhelikal bir düzenleme sergiler ve protein–protein etkileşimlerinin aracılanmasında kritik rol oynar. Köprü domaini, farklı tiplerde tandem tekrarlar içerir ve iki büyük domain arasındaki yapısal bütünlüğün korunmasına katkı sağlar. Huntingtin'in yüksek derecede değişken olan N-terminal segmenti, Huntington hastalığında genişleyen poliglutamin (polyQ) bölgesini içerir. Bu bölge çoğu zaman intrinsik olarak düzensiz (intrinsically disordered) yapıdadır ve yüksek çözünürlüklü yapısal çalışmalarda tam olarak çözümlenememiştir. Huntingtin'in esnek ve uzamış mimarisi, bir partner protein olan HAP40 ile kompleks oluşturduğunda stabilize olur; bu durum proteinin hücre içinde bir iskelet (scaffold) ve etkileşim merkezi (interaction hub) olarak işlev görmesini sağlar. Son yıllarda, birçok araştırma grubu tam boyutlu HTT proteininin 3B yapısını kriyo-elektron mikroskobu (cryo-EM) kullanarak çözmeyi başarmıştır. Bu çalışmalar, proteinin doğal katlanmasını oluşturan çeşitli helikal HEAT tekrar domainlerinin üç boyutlu mimarisini ortaya koymuştur (sağdaki şekilde gösterildiği gibi).Guo Q, Huang B, Cheng J, Seefelder M, Engler T, Pfeifer G, et al. (Mar 2018).  Ancak proteinin zincirinin yaklaşık %25'i esneklik nedeniyle yapıda görülememiştir. Bu özellikle, Huntington hastalığında mutasyonlardan etkilenen N-terminal bölgeyi kapsamaktadır; bu konu aşağıda ayrıntılı olarak tartışılacaktır.

 Proteinin işlevi 
Huntingtin (Htt) proteininin işlevi tam olarak anlaşılamamış olmakla birlikte, aksonal taşınımda rol oynadığı bilinmektedir.   Huntingtin gelişim için vazgeçilmezdir ve yokluğu farelerde letal sonuçlar doğurmaktadır.Nasir J, Floresco SB, O'Kusky JR, Diewert VM, Richman JM, Zeisler J, et al. (Jun 1995).  Proteinin diğer proteinlerle dizi homolojisi yoktur ve hem insanlar hem de kemirgenlerde özellikle nöronlar ve testislerde yüksek düzeyde eksprese edilir. Huntingtin, beyinden türeyen nörotrofik faktör (BDNF) ekspresyonunu transkripsiyon düzeyinde artırır; ancak huntingtinin gen ekspresyonunu nasıl düzenlediği henüz belirlenememiştir. Molekülün immünhistokimya, elektron mikroskopi ve hücresel fraksiyon çalışmaları göstermiştir ki huntingtin esas olarak veziküller ve mikrotübüllerle ilişkilidir. Bu durum, proteinin sitokeletal ankraj veya mitokondri taşınımı işlevlerinde rol oynayabileceğini düşündürmektedir. Ayrıca huntingtin, vezikül trafiğinde rol alır; bunun mekanizması olarak, endositozu (maddenin hücre içine taşınmasını) aracılık eden clathrin bağlayıcı protein HIP1 ile etkileşim göstermesi gösterilmiştir. Huntingtinin, epitel polaritesinin kurulmasında da rol oynadığı, RAB11A ile etkileşimi aracılığıyla ortaya konmuştur.

 Etkileşimleri 
Huntingtin'in en az 19 farklı proteinle doğrudan etkileştiği bulunmuştur; bunlardan altısı transkripsiyon, dördü taşınım, üçü hücre sinyalleşmesi ve kalan altısı (HIP5, HIP11, HIP13, HIP15, HIP16 ve CGI-125) bilinmeyen işlevlere sahiptir. Ayrıca, 100'den fazla etkileşimli protein belirlenmiştir; örneğin huntingtin ilişkili protein 1 (HAP1) ve huntingtin etkileşimli protein 1 (HIP1) bunlara dahildir. Bu etkileşimler genellikle iki-hibrid tarama ile tespit edilmiş ve immünpresipitasyon ile doğrulanmıştır.
Etkileşimli Protein PolyQ uzunluk bağımlılığı İşlev α-adaptin C/ HYPJ Evet Endositoz Akt /PKB HAYIR Kinaz CBP Evet Asetiltransferaz aktivitesine sahip transkripsiyonel ko-aktivatör CA150 HAYIR Transkripsiyonel aktivatör CIP4 Evet cdc42'ye bağlı sinyal iletimi CtBP Evet Transkripsiyon faktörü FIP2 Bilinmiyor Hücre morfojenezisi Grb2  Bilinmiyor Büyüme faktörü reseptörüne bağlanan protein HAP1 Evet Membran trafiği HAP40 (F8A1, F8A2, F8A3) Bilinmiyor Bilinmiyor HIP1 Evet Endositoz, proapoptotik HIP14 /HYP-H Evet Taşıma, endositoz N-CoR Evet Nükleer reseptör ko-represörü NF-κB Bilinmiyor Transkripsiyon faktörü p53  HAYIR Transkripsiyon faktörü PACSIN1  Evet Endositoz, aktin sitoskeleti DLG4 (PSD-95) Evet Postsinaptik Yoğunluk 95 RASA1 (RasGAP)  Bilinmiyor Ras GTPaz aktivasyon proteini SH3GL3  Evet Endositoz SIN3A Evet Transkripsiyonel baskılayıcı Sp1  Evet Transkripsiyon faktörü
Huntingtin'in ayrıca aşağıdakilerle de etkileşime girdiği gösterilmiştir:

 HIP2
 MAP3K10
 OPTN
 PRPF40A
 SETD2
 TRIP10
 ZDHHC17

 Klinik önemi 

 Huntington hastalığı 
+Trinükleotid tekrarının sınıflandırılması ve bunun sonucunda ortaya çıkan hastalık durumu, CAG tekrarlarının sayısına bağlıdır  Tekrar sayısı Sınıflandırma Hastalık durumu <26 Normal Etkilenmemiş 27–35 Orta seviye Etkilenmemiş 36–40 Azaltılmış penetrans +/- Etkilenen >40 Tam nüfuz Etkilenen
Huntington hastalığı (HD), huntingtin geninin mutant bir formundan kaynaklanır; burada aşırı sayıda (36'dan fazla) CAG tekrarı, kararsız bir protein oluşumuna yol açar.Walker FO (Jan 2007).    Bu genişlemiş tekrarlar, N-terminalde anormal uzunlukta bir poliglutamin (polyQ) bölgesi içeren huntingtin proteininin üretilmesine neden olur. Bu durum, Huntington hastalığını trinükleotid tekrar bozuklukları veya poliglutamin hastalıkları olarak bilinen nörodejeneratif hastalık sınıfına dahil eder.

Huntington hastalığında kritik dizilim, 18. amino asitten itibaren glutamin kalıntılarının tekrar ettiği bir trinükleotid genişlemesidir. Etkilenen olmayan bireylerde bu bölge genellikle 9–35 glutamin kalıntısı içerir ve herhangi bir olumsuz etki oluşturmaz.Huntington's Disease Collaborative Research Group (Mar 1993).  Ancak 36 veya daha fazla kalıntı, hatalı bir mutant Htt (mHtt) formunun oluşmasına yol açar. 36–39 tekrar sayılarında ise hastalıkta azalmış penetrans gözlenir.

Huntington hastalığı hastalarında, mutant Htt (mHtt) proteininin N-terminal fragmentleri keşfedilmiştir. Bu fragmentler, proteaz enzimleri tarafından bu uzamış proteinin parçalanmasıyla oluşabilir. Ayrıca, son araştırmalar, mutant gen ürünlerini etkileyen anormal ekzon kaynaşmalarının (aberrant splicing) bu fragmentlerin oluşumuna yol açtığını ve bu fragmentlerin proteinin ilk eksonu ile örtüştüğünü ortaya koymuştur. Bu protein fragmentlerinin, sinir hücrelerinin içinde nöronal intranükleer inklüzyonlar (NII'ler) olarak bilinen anormal kümeler oluşturduğu gözlemlenmiştir. Bu kümeler, diğer normal proteinleri de içine çekebilir. Hastalarda bu kümelerin karakteristik olarak bulunması, Huntington hastalığının gelişimine katkıda bulunduğu düşünülmektedir. Ancak, sonraki araştırmalar, bu inklüzyonların (kümelerin) rolü hakkında bazı sorular ortaya koymuştur. Yapılan çalışmalar, gözle görülebilen NII'lerin nöronların yaşam süresini uzattığını ve komşu nöronlardaki hücre içi mutant huntingtini azalttığını göstermiştir. Karışıklığa yol açan bir diğer faktör ise, mutant proteinin farklı türde agregatlar oluşturduğu ve bunlar arasında, daha önceki çalışmalarda gözle görülebilen inklüzyonlar olarak tanınamayacak kadar küçük protein birikintilerinin de bulunduğunun artık bilinmesidir. Nöronal ölüm olasılığını tahmin etmek hâlâ zordur. Büyük olasılıkla birden fazla faktör rol oynamaktadır; bunlar arasında: (1) huntingtin genindeki CAG tekrarlarının uzunluğu ve (2) nöronun difüz hücre içi mutant huntingtin proteini ile maruziyeti sayılabilir. NII'ler (protein kümelenmeleri), sadece patojenik bir mekanizma olarak değil, aynı zamanda difüz huntingtin miktarını azaltarak nöronal ölümü engelleyen bir başa çıkma mekanizması olarak da yararlı olabilir. Bu süreç, özellikle striatumda (hareketleri koordine eden beyin bölgesi) ve frontal kortekste (düşünce ve duyguları kontrol eden beyin bölgesi) meydana gelme olasılığı yüksektir. Ayrıca, patojenik mekanizmanın, gerçek huntingtin proteini yerine, RNA transkriptleri ve bunlardaki olası CAG tekrarlarının RNAi etkisi gösterme potansiyeli ile daha fazla ilişkili olabileceği de düşünülmektedir.

36–40 CAG tekrarı olan kişiler, Huntington hastalığının belirtilerini geliştirip geliştirmeyecekleri konusunda değişkenlik gösterir; 40'tan fazla tekrar olan kişiler ise normal bir yaşam süresi içinde hastalığı mutlaka geliştirir. 60'tan fazla CAG tekrarı olan bireylerde ise juvenil (erken başlangıçlı) HD adı verilen şiddetli bir hastalık formu ortaya çıkar. Bu nedenle, CAG tekrar sayısı (glutamin aminoasidini kodlayan dizi) hastalığın başlangıç yaşını etkiler. 36'dan az tekrar sayısına sahip bir bireyde Huntington hastalığı hiçbir zaman tanımlanmamıştır.Chong SS, Almqvist E, Telenius H, LaTray L, Nichol K, Bourdelat-Parks B, et al. (Feb 1997). 

Mutasyona uğramış gen nesilden nesile aktarıldıkça, CAG tekrar genişlemesinin boyutu değişebilir; özellikle baba tarafından aktarıldığında sıklıkla artar. 28–35 CAG tekrarı olan kişilerde hastalığın geliştiği bildirilmemiştir, ancak tekrar genişlemesi artarsa, çocuklarının hastalığı geliştirme riski bulunmaktadır.

Hastalığın patogenezinde, CAG tekrarlarının somatik genişlemesi de gözlemlenir. 80 tekrar sayısına ulaşmak on yıllar alırken, 150 tekrar sayısına ulaşmak ise yıllar sürer. 150 tekrarın ötesinde, hücresel toksisite ortaya çıkmaya başlar. Aylar içinde nöron yavaşça hücresel kimliğini kaybeder ve nihayetinde hücre ölüm yolları aktive edilir.

 Mitokondriyal disfonksiyon 
Huntingtin, ATM oksidatif DNA hasar yanıt kompleksi içinde bir iskelet (scaffolding) proteini olarak görev yapar. Mutant huntingtin (mHtt), mitokondriyal elektron taşıma sisteminin inhibisyonu, mitokondriyal protein giriş süreçlerinin engellenmesi, reaktif oksijen türlerinin (ROS) artışı ve oksidatif stresin yükselmesi dahil olmak üzere mitokondriyal disfonksiyonda kritik bir rol oynar. DNA'ya yönelik oksidatif hasarın artması, Huntington hastalığının patolojisine katkıda bulunabilir.

 Ayrıca bakınız 

 Votoplam

 Kaynakça 

 Dış bağlantılar 


 The Huntingtin Protein and Protein Aggregation at HOPES Archived 2021-02-12 at the Wayback Machine: Huntington's Outreach Project for Education at Stanford
 The HDA  Huntington's Disease Association UK
 Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM): 143100
 EntrezGene 3064
 GeneCard
 iHOP

Kategori:İnsan proteinleri
Kategori:İnsan kromozom 4 üzerindeki genler
Kategori:Genetik hastalıklar ve bozukluklar
Kategori:Genetik