豊富な遺伝子型特異的プロテオフォームがハプトグロビンによるヘモグロビン掃討を微調整

A wealth of genotype-specific proteoforms fine-tunes hemoglobin scavenging by haptoglobin.

• Sem Tamara
• Vojtech Franc
• Albert J R Heck

抄録

血清中のハプトグロビン蛋白質（Hp）は、赤血球から血流中に流出した有毒なヘモグロビン（Hb）を捕捉します。ヒトでは、Hpには2つの対立遺伝子が頻繁に発現しており、3つの遺伝子型があります。ホモ接合型のHp 1-1およびHp 2-2、およびヘテロ接合型のHp 2-1である。Ｈｐの遺伝的多型は、Ｈｐの４級構造に興味をそそる影響を与えている。最も単純な形態であるHp 1-1は、ジスルフィド橋で連結された2つのα1β単位からなる二量体を形成している。Hp 2-1は、直鎖状(α1)(α2)(β)オリゴマーの混合物(> 1)を形成し、一方、Hp 2-2は環状(α2)(β)オリゴマー(> 2)を形成します。異なるHp遺伝子型は、異なる親和性でHbを結合し、Hp 2-2は最も弱い結合剤である。この挙動は、潜在的に特徴的な個別化された臨床的結果を有するHpの抗酸化能に重要な影響を及ぼす。Hpは過去に広く研究されてきたが、HpとHbの間の相互作用における観察された違いの詳細な分子的詳細はまだ完全には理解されていない。ここでは、最も一般的な3つの遺伝的Hpバリアントすべての完全なプロテオフォームプロファイルとプロテオフォームアセンブリを決定した。数十から数百の異なるプロテオフォームとその集合体がHpのHb結合能にどのように影響するかを明らかにするために、様々な形態のクロマトグラフィー、質量光度法、異なる層の質量分析法を含む、いくつかの最先端の分析方法を組み合わせた。我々は、Hb結合がドナーの遺伝子型に依存するだけでなく、Hpのオリゴマー化、グリコシル化、およびHpα鎖のタンパク質分解処理のバリエーションによっても影響を受けることを示すことによって、現在の知識を拡張します。

The serum haptoglobin protein (Hp) scavenges toxic hemoglobin (Hb) leaked into the bloodstream from erythrocytes. In humans, there are two frequently occurring allelic forms of Hp, resulting in three genotypes: Homozygous Hp 1-1 and Hp 2-2, and heterozygous Hp 2-1. The Hp genetic polymorphism has an intriguing effect on the quaternary structure of Hp. The simplest form, Hp 1-1, forms dimers consisting of two α1β units, connected by disulfide bridges. Hp 2-1 forms mixtures of linear (α1)(α2)(β) oligomers ( > 1) while Hp 2-2 occurs in cyclic (α2)(β) oligomers ( > 2). Different Hp genotypes bind Hb with different affinities, with Hp 2-2 being the weakest binder. This behavior has a significant influence on Hp's antioxidant capacity, with potentially distinctive personalized clinical consequences. Although Hp has been studied extensively in the past, the finest molecular details of the observed differences in interactions between Hp and Hb are not yet fully understood. Here, we determined the full proteoform profiles and proteoform assemblies of all three most common genetic Hp variants. We combined several state-of-the-art analytical methods, including various forms of chromatography, mass photometry, and different tiers of mass spectrometry, to reveal how the tens to hundreds distinct proteoforms and their assemblies influence Hp's capacity for Hb binding. We extend the current knowledge by showing that Hb binding does not just depend on the donor's genotype, but is also affected by variations in Hp oligomerization, glycosylation, and proteolytic processing of the Hp α-chain.

Copyright © 2020 the Author(s). Published by PNAS.