Herediter sferositozda membran protein eksikliklerinin elektroforetik ve spektrometrik yöntemler ile araştırılması

Abstract

Herediter sferositoz (HS) 1:5000 ile 1:2000 arasında değişen görülme sıklığı ile beyaz ırkta en sık görülen doğumsal hemolitik anemidir (Morton vd 1962, Eber vd 1990). Periferik kan yaymasında sferositlerin görülmesi ve eritrositlerin artmış ozmotik frajilitesi ile karakterizedir. Hemolitik aneminin derecesi ve eşlik eden semptomlara göre hafif, orta veya ağır olarak sınıflandırılır (Bolton-Maggs vd 2004, Perrota vd 2008). HS olgularının çoğunda otozomal dominant geçiş görülmekle beraber (%75) yaklaşık dörtte birinde otozomal resesif veya de novo mutasyonlar da söz konusudur. Otozomal dominant formda eksiklik hafif, dolayısıyla aneminin şiddeti hafiftir. Resesif formda ise eksiklik daha büyük ve anemi daha şiddetlidir (Segel 2004). Spektrin-? (SPTA1), spektrin-ß (SPTB), ankrin (ANK1), band 3 (SLC4A1) ve protein 4.2 (EPB42) gibi eritrosit membran proteinlerindeki bozukluklar sonucu eritrosit membran stabilitesi bozulur, daha sert ve sferositik hale gelir. Esnekliğini kaybetmiş olan eritrositler dalak porlarından geçemez ve yıkıma uğrar, bunun sonucunda hemolitik anemi görülür (Cooper vd 1969, Da Costa vd 2001).HS'da hastalığın şiddetinin membrandaki spektrin düzeyi ile ilişkili olduğu, membranda spektrin miktarı azaldıkça hastalık şiddetinin arttığı düşünülmektedir (Agre vd 1986, Jarolim vd 1996, Nakanishi vd 2001). Eritrosit membran proteinlerinin 2-D jel elektroforezi ile protein profillerinin incelenmesi, spektrometrik yöntemler ile ilgili proteinlerin kimliklendirilmesi, HS gibi kalıtsal hastalıklar için ?omik? teknolojilerin kullanıldığı yeni veri üretme potansiyeli olan değerli yöntemlerdir. Yük ve moleküler ağırlık gibi iki bağımsız biyofiziksel değişkene dayalı bu protein ayırma yöntemi özellikle kompleks karışımların ayrımı ve spektrometrik yöntemlerle beraber kullanımı ile translasyon sonrası fosforilasyon, metilasyon gibi proteinlerin gerçek yapı fonksiyonlarını belirleyen değişimleri göstermesi açısından klinik proteomikste oldukça önemlidir (Bruschi vd 2005).Bu çalışmada, proteomik yaklaşımlar ile HS hastalığında önemli olan eritrosit membran proteinlerinin araştırılması amacıyla 4 HS olgusu ve 5 kontrol, 2 hasta probandı aileleri ile birlikte çalışılmıştır. Eritrosit membran proteinlerinin eldesi ve ayrımında bilinen metodlarda birtakım değişiklikler yapılmış, elde edilen iki boyutlu elektroforez jellerinin PDQuest 8.0.1 programı ile protein profil analizleri yapılmış ve ifade farklılıkları tespit edilmiş, peptid kütle parmakizi (PMF) analizleri ile ankrin, spektrin, band 3 gibi HS patolojisinde önemli rol oynayan eritrosit membran proteinleri tanımlanabilmiştir.

Hereditary spherocytosis (HS) is the most common congenital hemolytic anemia in Caucasians, with an estimated prevalence ranging from 1:2000 to 1:5000 (Morton et al. 1962, Eber et al. 1990). HS is characterized with the presence of spherocytes and increased osmotic fragility of erythrocytes (RBC). It is classified as mild, moderate and severe, according to the degree of the haemolytic anaemia and the associated symptoms (Morton et al. 1962, Eber et al. 1990). Although the majority of HS cases present an autosomal dominant inheritance pattern (75%), about one quarter of the patients arise from autosomal recessive or de novo mutations (Bolton-Maggs et al. 2004, Perrota et al. 2008). In autosomal dominant form, the deficiency is mild, and hence, the anaemia is mild while in the recessive form, the deficiency is greater, and the anaemia is profound (Segel 2004). The molecular defect in one of the erythrocytes membrane proteins underlying HS like; spectrin-? (SPTA1), spectrin-ß (SPTB), ankyrin (ANK1), band 3 (SLC4A1) and protein 4-2 (EPB42) that lead to membrane destabilization and vesiculation, may change the RBCs into denser and more rigid cells (spherocytes), which are removed by the spleen, leading to the development of a haemolytic anaemia (Cooper et al.1969, Da Costa et al. 2001). It is usually thought that the clinical phenotype of HS is releated with the level of residual spectrin inversely and correlates with the severity of anemia (Agre et al. 1986, Jarolim et al. 1996, Nakanishi et al. 2001). 2D gel electrophoresis of red cell membrane proteins is therefore a potentially valuable method for studying heritable disorders as HS that involve membrane proteins. This separation technique of proteins based upon two biophysically unrelated parameters; molecular weight and charge, is a good option in clinical proteomics in terms of ability to separate complex mixtures, display post-translational modifications and change after phosphorylation (Bruschi et al. 2005). In the present work, we aimed to use a proteomic approach to characterize the erythrocyte membrane proteins in normal and in hereditary spherocytosis (HS) erythrocytes. 4 HS patients and 5 controls, 2 proband with their families have been studied. We have used contemporary methods with some modifications for the solubilization, separation and identification of erythrocyte membrane proteins. 2DE protein profile analysis were performed using PDQuest software 8.0.1 and some erythrocyte membrane proteins were identified by Peptide Mass Fingerprinting (PMF) including ankyrin, spectrin alpha and beta chain, and band 3 proteins.