فرودگاه

شکل3-6-نمایی از طیف جذبی آلفا-کریستالین............................................................................... 63 شکل3-7-نمایی از طیف جذبی انسولین............................................................................................. 64 شکل 3-8- نمایی از دستگاه جمع آوری نمونه ((Fraction collector..................................... 68 شکل 3-9- نمایی از دستگاه طراحی شده توسط Robinson و Beckman .............................70 شکل 3-10- نمایی از دستگاه سنتز پراکسی نیتریت در آزمایشگاه شیمی پروتئین (PCL)بر اساس طرح Robinson و Beckman ...................................................................................................71 شکل 3-11-نمایی از طیف جذبی پراکسی نیتریت و پراکسید هیدروژن (منحنی داخلی) .......................................................................................................................................................................71 شکل 3-12- نمایی از دستگاه الکتروفورز ژلی ...................................................................................79 شکل 3-13- نمایی از مسیر اکسایش اسید آسکوربیک به وسیله ی یون مس...........................79 شکل 4-1-1- مسیر احتمالی برای نقش پراکسی نیتریت و کلسیم در ایجاد عارضه ی آب مروارید و نابینایی ......................................................................................................................................84 شکل 4-1-2- نمایی از نمونه های TSPs پس از انکوبه ..................................................................86 شکل 4-1-3- مقایسه ی وضعیت الیگومری و ویژگی های ساختاری TSPs طبیعی و تغییر یافته به وسیله ی پراکسی نیتریت ........................................................................................................88 شکل 4-1-4- مطالعه ی هضم نمونه های TSPs طبیعی و تغییر یافته به وسیله ی پراکسی نیتریت در حضور کیموتریپسین............................................................................................................ 91 شکل 4-1-5- اثر کلسیم بر توده ای شدن TSPs طبیعی و تغییر یافته به وسیله ی پراکسی نیتریت......................................................................................................................................................... 92 شکل 4-1-6- مطالعه ی سینتیکی القاء توده ای شدن TSPs طبیعی و تغییر یافته به وسیله ی یون کلسیم.............................................................................................................................................93 شکل 4-1-7- تغییر الگوی حرکت الکتروفورزی نمونه های TSPs انکوبه شده با کلسیم به مدت 24 ساعت......................................................................................................................................... 95 شکل 4-1-8- تغییر حرکت الکتروفورزی نمونه های TSPs انکوبه شده با کلسیم به مدت 2 هفته............................................................................................................................................................. 97 شکل 4-1-9- مطالعه ی SDS-PAGE نمونه های TSPs انکوبه شده با کلسیم برای مدت 24 ساعت و 2 هفته قبل و بعد از سانتریفیوژ............................................................................................ 98 شکل 4-1-10- مطالعه ی فلورسانس ANS نمونه های مختلف TSPs................................... 100 شکل 4-1-11- مطالعه ی فلورسانس تیوفلاوین-T نمونه های مختلف TSPs...................... 102 شکل 4-1-12- نقش احتمالی توأم پراکسی نیتریت و کلسیم در ایجاد عارضه ی آب مروارید...................................................................................................................................................... 103 شکل 4-2-1- نمایی از باکتری اشیریشیا کلی سویه BL21(DE3)کشت داده شده در محیط کشت جامد (a) و مایع (b).................................................................................................................. 105 شکل 4-2-2- نمایی از ژل SDS-PAGE 12 درصد محلول های پروتئینی حاوی αA و αB-کریستالین القا شده به وسیله ی IPTG.............................................................................................106 شکل 4-2-3- نمایی از رسوب به دست آمده پس از سانتریفیوژ ................................................106 شکل 4-2-4- کروماتوگرام ستون تعویض آنیونی Q- سفاروز و فیلتراسیون ژلی سفاکریلS-300 پروتئین هایαA -کریستالین (a) و αB-کریستالین (b)......................................................107 شکل 4-2-5- نمایی از ژل SDS-PAGE 12 درصد نمونه های پروتئینیαA و αB-کریستالین................................................................................................................................................ 108 شکل 4-2-6- مطالعه ی حرکت الکتروفورزی پروتئینαA –کریستالین و تعیین محتوی کربونیل αA و αB-کریستالین طبیعی و تغییر یافته................................................................... 110 شکل 4-2-7- مطالعه ی تغییر ویژگی های ساختاری αA-کریستالین طبیعی و تغییر یافته به وسیله ی پراکسی نیتریت.................................................................................................................... 113 شکل 4-2-8- مطالعه ی اثر محافظتیαA -کریستالین طبیعی و تغییر یافته بر اکسایش اسید آسکوربیک القا شده به وسیله ی یون مس...................................................................................... 115 شکل 4-2-9- مطالعه فعالیت چاپرونی پروتئینαA -کریستالین طبیعی و تغییر یافته......................................................................................................................................................... 117 شکل 4-2-10- مطالعه فعالیت چاپرونی پروتئینαA -کریستالین طبیعی و تغییر یافته در حضور یون مس...................................................................................................................................... 118 جدول اختصارات رساله نام اختصاری نام کامل 3-NT BH4 iNOS LDL Mn-SOD DHA NFκB PARP ACD PGIS LPS TNF MAPK IPTG EDTA DNPH ANS ThT SDS DTT 3-nitrotyrosine Tetrahydrobiopterin Inducible nitric oxide synthase Low-density lipoprotein Manganese superoxide dismutase Dehydroascorbic acid Nuclear factor-κB Poly (ADP-ribose) polymerase Alpha crystallin domain

• 

----------- نکته مهم : هنگام انتقال متون از فایل ورد به داخل سایت بعضی از فرمول ها و اشکال درج نمی شود یا به هم ریخته می شود یا به صورت کد نمایش داده می شود ولی در سایت می توانید فایل اصلی را با فرمت ورد به صورت کاملا خوانا خریداری کنید: سایت مرجع پایان نامه ها (خرید و دانلود با امکان دانلود رایگان نمونه ها) : elmyar.net **************** Prostacyclin synthase Lipopolysaccharide Tumor necrosis factor Mitogen-activated protein kinases Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside Ethylenediaminetetraacetic acid 2,4-dinitrophenylhydrazine 1-anilino-8-napthalenesulfonic acid Thioflavin T Sodium dodecyl sulfate Dithiothreitol فصل اول مقدمه مقدمه1-1- ساختار و نمو لنز چشملنز[1] یک عضو کلیدی انکساری چشم است. لنز دارای شکل دوسوکوژ با خاصیت انکساری بالا و شفافیت کامل است که به کمک قرنیه تصاویر را بر روی شبکیه[2] متمرکز می کند. ساختار شفاف لنز که در پشت عنبیه قرار دارد به وسیله ی زنول ها[3] در زلالیه[4] معلق شده است. زنول ها به جسم مژگانی[5] که پیرامون لنز را احاطه کرده است متصل شده اند. ماهیچه های درون جسم مژگانی با تغییر کشش رباط ها، شکل لنز را تغییر می دهند. چشم با تغییر شکل لنز، می تواند بر روی اشیاء در فواصل گوناگون تمرکز کند که به این عمل تطابق[6] گفته می شود (Michael و Bron 2011، Loh و همکاران 2009). در بزرگسالان، لنز با ضخامت 5/3 تا 4 میلیمتر و با قطر 9 تا ۱۰ میلیمتر دیده می شود Forrester) و همکاران 1996). 1-1-2- لنز جنینی لنز چشم یک بافت بدون رگ پوشیده شده با کپسول کلاژنی محکم اما پر منفذ است که از یک لایه از سلول های اپیتلیال در سطح پیشین تشکیل شده است (Donaldson و همکاران 2010، Kuszak 1984). لنز تمام مواد غذایی و اکسیژن را از زلالیه به دست می آورد. در ناحیه ی استوایی لنز، سلول های اپیتلیال تمایز و طویل شدن را آغاز می کنند تا به سلول های فیبری تبدیل شوند. در طول این زمان سلول های اپیتلیال اندامک خود را از دست می دهند و سنتز مقدار زیادی از پروتئین های ساختاری کریستالین را آغاز می کنند (شکل 1-1). این فرآیند در طول زندگی با سرعت آهسته تری همراه با راندن سلول های فیبری جدیدتر یا جوان تر به ناحیه ی مرکزی (هسته) ادامه پیدا می کند (Jaffe و Horwitz 1991، Lovicu و Robinson 2004). تکامل لنز با فرورفتگی پلاک لنز[7] به طرف فنجان بینایی[8] و تبدیل شدن به حفره ی لنز آغاز می شود. ضمن ادامه ی این فرورفتگی، حفره بسته می شود و وزیکول لنز[9] در انسان طی روز سی و سوم جنینی تشکیل می شود. پس از آن، تمایز سلول های اپیتلیال، پر شدن وزیکول را آغاز می کند تا همه ی حفره در انتهای هفته ی هفتم با سلول های فیبری گرفته شود. سلول های فیبری اولیه که مرکز لنز را اشغال کرده اند هسته جنینی را تشکیل می دهند (Lovicu و Robinson 2004، Kuszak 1984). تکامل لنز بدون از دست دادن همه ی اندامک های متفرق کننده ی نور از سلول های فیبری کامل نمی شود. این عمل در یک فرآیند برنامه ریزی شده به وسیله ی پروتئاز ها انجام می شود (Bassnett 2009، Bassnett 2002). لنز بیضی شکل جنینی در آغاز دارای قطر 35/0 میلی متر است که به سرعت رشد خود را آغاز می کند تا به یک اندام بیضی شکل حدود 35 میلی گرم در هنگام تولد تبدیل شود. مطالعات بر روی لنز های انسان در سنین بین شش ماه تا نود و نه سال نشان می دهد که لنز در دو فاز شامل فاز مجانبی (Asymptotic) در طول دوره ی پیش از تولد و ابتدای کودکی و فاز خطی در باقی مانده ی زندگی شخص رشد می کند (Jaffe و Horwitz 1991، Augus--n 2007). چون لنز از فیبرهایی که نشان دهنده ی سنین مختلف است تشکیل شده، بافت جذابی برای مطالعه ی اثرات پیری بر عملکرد و ساختار پروتئین است ( Sharmaو Santhoshkumar 2009) 1-1-3- کپسول و اپیتلیوم لنزکپسول لنز[10] یک غشای پایه الاستیک با ساختار لایه ای است که در قسمت جلو از سلول های اپیتلیال و در قسمت عقب از سلول های فیبری تشکیل شده است. ترکیبات کلاژن نوع IV[11]، لامینین[12]، انتاکتین[13]، هپارین سولفات پروتئوگلیکان[14] و فیبرونکتین[15] از از اجزای اصلی کپسول لنز هستند و به قالب بندی شکل لنز کمک می کنند (Jaffe و Horwitz 1991). کپسول لنز در هنگام تولد 4 میلی متر ضخامت دارد و در طول زندگی رشد می کند اما با افزایش سن ضخامت آن به 30 میلی متر در ناحیه ی سطحی کپسول پیشین می رسد. ویژگی های مکانیکی کپسول لنز با افزایش سن کاهش می یابد که می تواند به تغییرات رخ داده در کلاژن کپسول نسبت داده شود (Danysh و Duncan 2009). یک لایه از سلول های اپیتلیالی مکعبی قسمت جلویی لنز را می پوشاند که می تواند به دو ناحیه شامل اپیتلیوم مرکزی تقسیم نشده و اپیتلیوم تقسیم شده (زایشی) که در ناحیه ی قوسی تمایز می یابد تقسیم می شود. در طول عمر فرد سلول های اپیتلیال لنز ویژگی های مشخصی از تقسیم و تمایز به سلول های فیبری جدید دارند اما این فرآیند با افزایش سن کاهش می یابد. اپیتلیوم لنز[16] قسمت بزرگی از انتقال، سوخت و ساز و سم زدایی است، چون سلول های فیبری لنز حجمی از مواد مغذی را از طریق سلول های اپیتلیال می گیرند ( Sharmaو Santhoshkumar 2009، Balaram 2000). سلول های اپیتلیال اولین خط دفاعی علیه ترکیبات اکسایشی فراهم می آورند (Andley 2008). 1-1-4- سلول های فیبری لنز چشمسلول های فیبری لنز[17] که طویل، باریک و شفاف هستند به صورت منظم در کنار یکدیگر قرار گرفته اند ( Forresterو همکاران 1996). سلول های فیبری دارای مقطع عرضی شش وجهی مسطحی هستند که بسته بندی آن ها را در یک آرایش منظم با فضاهای بین سلولی کمتر از طول موج نور تسهیل می کند Donaldson) و همکاران 2010). هر سلول فیبری از قطب پیشین به پسین، جایی که یک شکاف[18] با بقیه ی سلول های فیبری تشکیل می دهد، کشیده می شود Kuszak) و همکاران 1984). این سلول ها از تقسیم و کشیده شدن سلول های اپیتلیال در ناحیه ی زایشی ایجاد می شوند و در نهایت به سلول های فیبری که اکثر حجم لنز را تشکیل می دهند تمایز می یابند. در طول تمایز سلول های اپیتلیال لنز به سلول های فیبری، همه ی اندامک های سلول تجزیه شده که این پدیده به سلول های بدون هسته، میتوکندری، جسم گلژی و شبکه ی آندوپلاسمی منجر می شود (Horwitz 1993). این عمل لازمه ی شفافیت و عملکرد صحیح لنز است که نقص آن باعث آب مروارید می شود. چون لنز چشم به طور پیوسته در طول زندگی رشد می کند، قطعات بریده شده از لنز مانند حلقه های سالیانه ی درخت هستند به طوری که سلول های فیبری سطحی جوانترین سلول ها هستند (Graw 2008). فیبر های سطحی تر از لحاظ متابولیکی فعال و سلول های هسته دار هستند در صورتی که فیبر های عمقی تر، بیشتر لنز بزرگسالان را تشکیل می دهند و بدون اندامک هستند (Winkler و Riley 1991). در انسان در هنگام تولد تقریباً 6/1 میلیون، در سن 20 سالگی حدود 3 میلیون و در سن 80 سالگی تقریباً 5/3 میلیون سلول های فیبری وجود دارد. یکی از نتایج الگوی رشد منحصر به فرد لنز در سلول های فیبری تمایز یافته، نبود تجزیه و ساخت مجدد[19] پروتئین است. بنابراین مرکز لنز انسان 70 ساله شامل پروتئین هایی است که در طول دوره ی جنینی ساخته شده اند (Horwitz 2003). 1-1-5- مصرف انرژی و همئوستاز یونی لنز چشمانرژی موردنیاز برای رشد و شفافیت لنز عمدتاً از گلوکز به دست می آید. حدود 70 درصد از انرژی کل لنز از گلیکولیز بی هوازی[20] به دست می آید. آب و محیط یونی لنز به وسیله ی پمپ های یونی مانند پمپ Na+/K+ATPase و Ca2+ ATPase که در اپیتلیوم نزدیک استوا تجمع یافته اند حفظ می شود. کانال های یونی در این عملکرد تنظیمی نیز مشارکت می کنند. تعادل یونی به وسیله ی اتصالات منفذدار[21] که در قسمت کوچکی از غشا لنز انسان وجود دارد تسهیل می شود. MIP26[22] یاAQP0 [23]، 60 درصد پروتئین های غشای لنز را تشکیل می دهند که باعث انتقال آب بین سلول ها می شوند. پروتئین های اتصالات منفذدار، کانکسین [24]43Cx43) ) در اپیتلیوم، کانکسین 46 و 50Cx46) و Cx50) در فیبر ها در حرکت مواد مغذی و سایر مولکول های کوچک بین سلول ها شرکت می کنند (Winkler و Riley 1991، Mathias و همکاران 2010، Michael و Bron 2011). 1-1-6- شفافیت لنز چشمتوانایی لنز چشمی در تمرکز نور بر روی شبکیه در نتیجه ی ویژگی های فیزیولوژیکی منحصر به فرد و ساختار بافتی خاص آن است که باعث شفافیت شده و پراکندگی نور را از بین می برد و ویژگی های بینایی لنز را نیز افزایش می دهد ( Donaldsonو همکاران 2001). شفافیت لنز به نبود رگ خونی، کم بودن اندامک ها، فواصل بین فیبری باریک و سازمان دهی منظم سلول ها و پروتئین های آن بستگی دارد (Bassnett و همکاران 2011). فقدان رگ خونی و در سطح سلولی، نبود اندامک هایی مانند هسته، میتوکندری و شبکه آندوپلاسمی باعث کاهش پراکندگی نور می شوند (Bloemendal و همکاران 2004). کریستالین ها پروتئین های عمده ی لنز چشم هستند که تمایل به تشکیل توده های محلول دارند و در بسته بندی فشرده و متراکم در سلول های فیبری قرار دارند. بنابراین این پدیده ضریب شکست[25] لنز را افزایش و شفافیت آن را حفظ می کند. بسته بندی متراکم سلول های فیبری فضاهای بین سلولی را به اندازه ای کمتر از طول موج نور کاهش می دهد (Zhang و Jacob 1997). علاوه بر این غلظت بالا و نظم خاص کریستالین های موجود در لنز به شفافیت آن کمک می کند (Andley و همکاران 2007). 21145518034000شکل1-1- نمایی از ساختار لنز چشم و اهمیت پروتئین های کریستالین لنز در عملکرد آن. 1-2- پروتئین های لنز چشملنز از غلظت بسیار بالای پروتئین ها (تقریباً 300 میلی گرم در میلی لیتر) تشکیل شده که برای ویژگی های انکساری بافت لازم است (Takemoto و Sorensen 2008). کریستالین های لنز، آلفا، بتا و گاما، بیش از 90 درصد کل پروتئین های محلولِ لنز چشم را تشکیل می دهند. سایر پروتئین ها شامل انواع اسکلت سلولی و غشایی مانند اکتین، اسپکترین، پروتئین های انتقال دهنده و کانالی، پروتئین های اتصالی و بسیاری از آنزیم های مربوط به سوخت و ساز، سنتز و تجزیه ی پروتئین ها هستند. سه نوع کریستالین لنز انسان از پروتئین های تقریباً 20 کیلو دالتون تشکیل شده اند که به صورت هتروالیگومرهای محلول در آب حدود 800 کیلودالتون(آلفا-کریستالین)، به صورت هتروالیگومرهای در حدود 50 تا 250 کیلودالتون (بتا کریستالین) و در مورد گاما کریستالین به صورت مونومر وجود دارند. غلظت بالای این پروتئین ها در فیبرهای لنز برهمکنش بین انواع کریستالین ها شامل آلفا/بتا، آلفا/بتا/گاما، بتا/گاما و گاما/گاما و بین پروتئین های کریستالینی و غیرکریستالینی مانند اکتین و لیپیدهای غشای فیبر افزایش می دهد (Michael و Bron 2011). هموژنیزه کردن لنز انسان در آب یا بافر و سانتریفیوژ آن دو بخش مختلف شامل بخش محلول در آب[26] (WS) و بخش نامحلول در آب[27] (WIS) را ایجاد می کند ( Sharmaو Santhoshkumar 2009، Jaffe و Horwitz 1991). نزدیک به 50 درصدِ پروتئین های لنز انسان در پیری (بالای 50 سال) وارد بخش نامحلول می شود و به این ترتیب میزان پروتئین های نامحلول با بالا رفتن سن افزایش می یابد (Roy و Spector 1976، Sharmaو Santhoshkumar 2009، Jaffeو Horwitz 1991). در مقایسه با قسمت محلول، بخش نامحلول شامل تقریباً قسمت بزرگی از کریستالین های با اتصالات متقاطع و تغییریافته است (Jaffe و Horwitz 1991). کریستالین ها در قسمت نامحلول، توده های اولیه ی متفرق کننده ی نور در لنزهای پیر هستند. مطالعات نشان می دهد که در لنز انسان، ناحیه هسته ای، پیرترین قسمت لنز، دارای بیشترین درصد پروتئین های نامحلول است و این پروتئین ها بالاترین درجه از تغییرات و ویژگی های پراکنش نور را نشان می دهند ( Jaffeو Horwitz 1991، Benedek 1997، Harrington و همکاران 2007، Jedziniak 1973و همکاران، Benedek و همکاران1987، Ortwerth و Olesen 1992، Ortwerth و همکاران 1992، Lund و همکاران 1996، Hanson و همکاران 2000، Wilmarth و همکاران 2006، Hains و Truscott 2007). 1-2-1- آلفا-کریستالین پروتئین آلفا-کریستالین بیش از 50 درصد کل پروتئین های محلول لنز چشم پستانداران را تشکیل می دهد (de Jong 1981). آلفا-کریستالین دارای دو زیرواحد آلفاA (αA) و آلفاB (αB) با وزن مولکولی تقریبی 20 کیلو دالتون است که با نسبت مولی 3 به 1 در لنز حضور دارد و این نسبت با افزایش سن تغییر می کند. این پروتئین به صورت کمپلکس هترو الیگومر با وزن مولکولی حدود 800 کیلو دالتون می باشد که شامل 15 تا 50 زیر واحد پروتئین است ( Sharmaو Santhoshkumar 2009،Horwitz 2003، Groenen و همکاران 1994). آلفا-کریستالین بیشتر در سلول های لنز چشم بیان می شود اما زیر واحد αB در بافت های دیگری غیر از لنز مانند قلب، ماهیچه ی اسکلتی، پوست، مغز، طناب نخاعی و ریه نیز حضور دارد. افزایش سطح -αBکریستالین با بیماری های عصبی مانند بیماری الکساندر، جنون گاوی، آلزایمر و پارکینسون ارتباط دارد (Iwaki و همکاران 1989، Iwaki و همکاران 1992، Renkawek و همکاران 1992، Lowe و همکاران 1992، Bhat و Nagineni 1989، Dubin و همکاران 1989، Iwaki و همکاران 1990، Horwitz 1993). بیان αA -کریستالین اساساً محدود به لنز است، ولی در موارد محدود در برخی از بافت‌های دیگر نیز یافت شده است (Srinivasan و همکاران 1992). پروتئین αA و -αBکریستالین به وسیله ی دو ژن Cryaa و Cryab کد می شود. در انسان ژن Cryaa بر روی کروموزوم 21 و ژن Cryab بر روی کروموزوم 11 قرار دارد. این دو پروتئین با 57 درصد شباهت به ترتیب دارای 173و 175 اسیدآمینه می باشند (Graw 2008، Horwitz 2003). مطالعات ساختار دوم آلفا-کریستالین با دستگاه دو رنگ نمایی دورانی (CD) مشخص کرده است که این پروتئین عمدتاً از صفحات چین دار بتا تشکیل شده است و واجد تنها مقادیر ناچیزی از مارپیچ آلفا است ( Thomson و Augus--n1989). آلفا-کریستالین متعلق به خانواده ی پروتئین های کوچک شوک گرمایی[28] (sHsps) است و از چهار ناحیه ی ساختاری تشکیل شده است. این پروتئین دارای یک دُمین مرکزی حفاظت شده به نام دُمین آلفا-کریستالینی[29] (ACD) با حدود 90 اسیدآمینه است که این دُمین در تمام پروتئین های خانواده ی شوک گرمایی مشترک است (de Jong و همکاران 1998،Augus--n 2007). دُمین آلفا-کریستالینی از صفحات بتای شبه ایمنوگلوبولینی تشکیل می شود که برای فعالیت چاپرونی[30] آن مهم است. این دُمین در مجاورت دُمین انتهای N[31] و ناحیه ی گسترش یافته ی انتهای C[32] که شامل یک موتیف کوچک حفاظت شده یIXI/V است قرار دارد. دُمین انتهای N در برهمکنش زیرواحدها، آرایش پروتئین ها و فعالیت چاپرونی نقش دارد و ناحیه ی گسترش یافته ی انتهای C که یک ناحیه ی بسیار قطبی و انعطاف پذیر دارای 10 تا 12 آمینواسید است در حلالیت پروتئین موثر است. بخش دیگر آلفا-کریستالین ناحیه ی گسترش یافته ی بسیار متنوع و آبگریز انتهای N است که به برهمکنش چاپرون با پروتئین هدف کمک می کند. ساختار الیگومری آلفا-کریستالین بسیار پویا و قادر به تبادل زیرواحدها، بین حالات دایمری و الیگومری است و این ویژگی در فعالیت چاپرونی آن نقش مهمی دارد (Bloemendal و همکاران 2004، Delbecq و Klevit 2013، Wieligmann و همکاران 1998، Carver و همکاران 1998، van den Oetelaars و همکاران 1990). آلفا-کریستالین علاوه بر نقش ساختاری در لنز، به عنوان یک چاپرون نیز عمل می کند. آلفا-کریستالین با فعالیت چاپرونی نقش مهمی در شفافیت لنز ایفا می کند و از توده ای شدن[33] و رسوب پروتئین های دیگر از جمله بتا و گاما کریستالین در لنز چشم جلوگیری می کند. فعالیت چاپرونی آلفا-کریستالین می تواند توده ای شدن پروتئین های آسیب دیده به وسیله ی اکسایش، گرما یا سایر استرس ها را سرکوب کند (Bloemendal و همکاران 2004 ، Kumar و همکاران 2007، Horwitz 2003، Horwitz 1992، Harding 2002). تمام کریستالین ها، بسیاری از آنزیم ها مانند گلیسرآلدهید3- فسفات دهیدروژناز[34]، انولاز[35]، انواع عناصر اسکلت سلولی در سلول وغشای پلاسمایی لنز و پروتئین های وابسته به آن از جمله پروتئین های هدف آلفا-کریستالین هستند (Valasco و همکاران 1997، Boyle و Takemoto 1996، Cobb و Petrash 2002، Horwitz 2003). بنابراین فعالیت چاپرونی آلفا-کریستالین به خصوص در لنزهای پیر نقش مهمی در جلوگیری از تجمع پروتئین های نامحلول که باعث پراکندگی نور و از دست دادن شفافیت و در نهایت آب مروارید می شود دارد. آلفا-کریستالین علاوه بر حفاظت لنز در مقابل انواع استرس، در بازآرایی و حفاظت اسکلت سلولی و مهار مرگ برنامه ریزی شده ی سلول نقش دارد. αB-کریستالین به طور ویژه با اکتین و دسمین در قلب متصل می شود و از توده ای شدن اکتین جلوگیری می کند. αA-کریستالین با اتصال به Bax و Bcl-S از مرگ برنامه ریزی شده ی سلول جلوگیری می کند (Andley 2007، Wawrousek و همکاران 1990، Voorter و همکاران 1986، Graw 2008). 1-2-2- بتا-گاما کریستالینبتا و گاما کریستالین ها دارای ویژگی مشترک در توالی پروتئینی خود هستند. به همین دلیل این پروتئین ها به اَبَرخانواده ی بتا-گاما کریستالین تعلق دارند. بتا کریستالین الیگومری و گاما کریستالین مونومری دارای موتیف کلید یونانی با دو صفحه ی بتای موازی ناهمسو هستند. در تمام اعضای اَبَرخانواده ی بتا-گاما کریستالین، این موتیف چهار بار تکرار می شود که در دو دُمین سازمان یابی می شوند. تفاوت اصلی توالی این دو پروتئین در داشتن ناحیه ی گسترش یافته ی انتهای N و C در بتاکریستالین ها در مقایسه با گاما کریستالین ها است. برای عملکرد موتیف کلید یونانی[36] مطالعات کامپیوتری نشان داده اند که این موتیف ها در اتصال بین دُمینی شامل اتصال درون مولکولی در گاما کریستالین ها و بین مولکولی در بتا کریستالین ها شرکت می کنند. از دیگر جنبه های عملکردی این موتیف ویژگی های اتصال به یون کلسیم است (Graw 2008، Bloemendal و همکاران 2004). 1-2-3- بتا کریستالینبتا کریستالین ها به صورت الیگومرهایی با وزن مولکولی طبیعی 200 کیلودالتون و به شکل اکتامری شناخته شده اند. بتا کریستالین دارای چهار زیرواحد اسیدی (A1-A4) و سه زیرواحد بازی (B1-B3) است که وزن مولکولی هر یک بین 22 تا 28 کیلودالتون است. هر زیرگروه به وسیله ی سه ژن کد می شود. بخش گسترش یافته ی انتها ی N نقش مهمی در دایمر[37] و اولیگومرشدن[38] بتا کریستالین ایفا می کند. از میان بتا کریستالین ها، کریستالین بتا B2، مهم ترین بتا کریستالین لنز است (Graw 2008،Bloemendal و همکاران 2004). 1-2-4- گاما کریستالینگاما کریستالین ها در کروماتوگرافی ژلی پروتئین های لنز در آخرین قله ظاهر می شوند که این به علت وزن مولکولی و ساختار مونومری آن ها است. گاما کریستالین دارای هفت نوع مختلف از زیرواحد های حدود 20 کیلودالتون است که زیرواحدهای A تا F آن به صورت یک خوشه ی ژنی[39] بیان می شوند (Graw 2008،Bloemendal و همکاران 2004). گاما کریستالین S، تنها گاما کریستالینی که در همه‌ی گونه‌های مهره‌داران وجود دارد و در بافت‌های متعدد خارج ِلنزی نیز مشاهده شده است (van Rens و همکاران 1989). در انسان گاما کریستالین های E و F بیان نمی شوند اگرچه این دو زیرواحد در لنز چشم گاو تشخیص داده شده اند (Sharma و Santhoshkumar 2009،Bloemendal و همکاران 2004). گاما کریستالین ها دارای مقدار زیادی اسیدآمینه ی سیستئین آزاد (4 تا 7 اسیدآمینه در هر مولکول) هستند که آن ها را به تشکیل پیوند های دی سولفید در طول استرس اکسایشی حساس می کند (Graw 2008). 1-3- برهمکنش کریستالین ها و تداخل بین آن هاکریستالین ها اصلی ترین پروتئین های لنز چشم هستند که در یک ساختار فشرده و منظم بصورت آرایه ای از پروتئین ها کنار هم قرار گرفته اند. این نظم و فشردگی باعث می شود که لنز چشم شفاف باشد. این فشردگی و نظم در اثر برهمکنش میان پروتئین های لنز ایجاد می شود. برهمکنش های پروتئین های لنز چشم شامل برهمکنش‌های میان مولکولی[40] و برهمکنش های فرامولکولی[41] است. برهمکنش های میان مولکولی، برهمکنشِ پروتئین های همسان با همدیگر و برهمکنش های فرامولکولی، برهمکنشِ بین کریستالین های مختلف است. بین همه زنجیره های پپتیدی کریستالین ها، برهمکنش های میان مولکولی و فرامولکولی وجود دارد. برای مثال زنجیره های αA با هم همودایمرهای αA-αA تشکیل می دهند (بر همکنش میان مولکولی) و یا یک زنجیره αA با یک زنجیره αB بصورت هترودایمر (بر همکنش فرامولکولی) برهمکنش دارند. در آلفا-کریستالین ها، این همودایمرها و هترودایمرها باهم به صورت هتروالیگومرهای بزرگی در می آیند. این برهمکنش ها میان زنجیره های بتا کریستالین هم وجود دارد با این تفاوت که هتروالیگومرهای بتا کریستالین کوچکتر از هتروالیگومرهای آلفا-کریستالین هستند. گاما کریستالین ها اغلب به صورت مونومر هستند. میان زنجیره های آلفا-کریستالین، بتاکریستالین و گاماکریستالین نیز برهمکنش های فرامولکولی برقرار است که قوی ترین برهمکنش ها میان زنجیره های آلفا با گاما کریستالین است ( Bloemendal1977). برهمکنش های میان کریستالین ها بسیار دقیق است. برهمکنش درست و صحیح این پروتئین ها برای جلوگیری از توده ای شدن پروتئین ها لازم است. به همین دلیل هرگونه تداخل در این برهمکنش ها باعث می شود که ساختار منظم و فشرده لنز به هم خورده و لنز شفافیت خود را از دست بدهد. با افزایش سن برهمکنش کوتاه و ضعیف بین آلفا و گاما کریستالین کم می شود که این امر ممکن است به افزایش توده ای شدن پروتیئن ها و از بین رفتن شفافیت لنز منجر شود. تغییرات شیمیایی پس از ترجمه از عوامل دیگری است که بر روی این برهمکنش ها تأثیر دارد. این تغییرات به دلیل نیمه عمر طولانی آلفا-کریستالین با افزایش سن در لنز تجمع می یابد و موجب تغییرات ساختاری و از بین رفتن برهمکنش های منظم و فشرده ی بین آن ها و نامحلول شدن پروتئین ها و در نهایت کدورت لنز و ایجاد آب مروارید می شود (Sharma و Santhoshkumar 2009، Liu و همکاران 2007، Bloemendal1977 ). 1-4- آب مرواریدبه هر گونه کدورت لنز که شفافیت طبیعی آن را از بین می برد و موجب پراکندگی نور می شود آب مروارید[42] می گویند که شایع ترین دلیل نابینایی در انسان و عامل 8/47 درصد نابینایی در دنیا است (Tabin 2008). در حال حاضر تنها راه درمان آب مروارید جراحی است (Fedorowicz و همکاران 2005). مهم ترین عامل در تشکیل آب مروارید افزایش سن است (West و همکاران 1995). بر اساس مطالعات، آب مروارید وابسته به سن عامل بیش از 40 درصد نابینایی در جهان است که اکثر افراد دارای نابینایی ناشی از آب مروارید از کشورهای در حال توسعه هستند (Riaz 2006). مهم ترین عواملی که به بروز آب مروارید کمک می کنند شامل نورآفتاب، دیابت، داروهایی مانند کورتیکواستروئیدها، نیکوتین و مصرف زیاد الکل است (Harding 2002). احتمال تشکیل آب مروارید در افراد دیابتی پنج برابر بیشتر است. تجمع سوربیتول (به علت افزایش سطح قند در چشم به وسیله ی عمکرد آنزیم آلدوزردوکتاز[43]) باعث آسیب لنز می شود که منجر به برهم زدن تعادل اسمزی و تغییر نفوذپذیری غشا و در نهایت کدورت لنز می شود (Ederer و همکاران 1981، Kinoshita و همکاران 1979). 1-4-1- انواع آب مروارید وابسته به سنآب مروارید وابسته به سن[44] شایع ترین شکل آب مروارید در گروه سنی 45 سال و بیشتر است (Donnelly 1997). سه نوع آب مروارید وابسته به سن وجود دارد : 1- آب مروارید هسته ای[45] 2- آب مروارید پوسته ای[46] 3- آب مرواریدی که در ناحیه ی پشتی زیر کپسول (PSC)[47] ایجاد می شود. ایجاد آب مروارید وابسته به سن دارای سازوکار خاصی شامل آسیب اکسایشی، توده ای شدن پروتئین ها، کاهش سطح گلوتاتیون لنز و آسیب غشای سلول های فیبری است. 1-4-1-1- آب مروارید هسته ای آب مروارید هسته ای که در مرکز لنز اتفاق می افتد، افزایش آسیب اکسایشی پروتئین ها و لیپید های لنز را نشان می دهد (Spector و همکاران 1995) که باعث برهمکنش های پروتئین- پروتئین و در نهایت توده ای شدن و افزایش پراکندگی نور می شود. براساس شواهد، رابطه ای قوی میان افزایش سن و افزایش مقدار گلوتاتیون اکسایش یافته در هسته ی لنز وجود دارد که نشان دهنده ی برهم خوردن تعادل بین اکسایش پروتئین، لیپید و احیای وابسته به گلوتاتیون است (Bova و همکاران 2001، Sweeney و همکاران 1998). 1-4-1-2- آب مروارید پوسته ایدر آب مروارید پوسته ای که در اطراف لنز ایجاد می شود چندین سازوکار ممکن است باعث آغاز آن شوند: آسیب غشای پلاسمایی سلول های فیبری، از بین رفتن مولکول های حفاظتی مانند گلوتاتیون، پروتئولیز پروتئین ها، اختلال در همئوستاز[48] کلسیم. به طور مثال افزایش کلسیم به پروتئولیز، تشکیل توده های پروتئینی و پراکندگی نور منجر می شود (Biswas و همکاران 2005). آب مرواریدی که به اختصار PSC خوانده می شود به وسیله ی استرس های محیطی مانند اشعه ی فرابنفش و دیابت ایجاد می شود (West و همکاران 1995). 1-5- فرآیند توده ای شدن پروتئین های لنز و نقش آن در تشکیل آب مرواریدآب مروارید به وسیله ی توده ای شدن یا پلیمریزه شدن پروتئین های لنز و تشکیل کمپلکس های با وزن مولکولی بالا[49] (HMW) ایجاد می شود. تشکیل توده باعث تفرق نور می شود که نقطه ی آغاز تشکیل آب مروارید است. فرآیند توده ای شدن در نتیجه ناپایداری فیزیکی رخ می دهد. ناپایدار شدن پروتئین منجر به واسرشته شدن جزئی، تشکیل حدواسط های مستعد به توده ای شدن و تشکیل توده های پروتئینی نامحلول و متفرق کننده ی نور می شود. تغییرات کووالانی مانند دآمیداسیون، اکسایش، قندی شدن و کوتاه شدگی، حالت طبیعی پروتئین های لنز را ناپایدار می کنند که این پدیده به توده ای شدن منجر می شود. به طور مثال دآمیداسیون پایداری بتا کریستالین را کاهش می دهد و تمایل به توده ای شدن را نسبت به نوع طبیعی پروتئین افزایش می دهد (Hains و Truscott 2007، Hains و Truscott 2008، Lampi و همکاران 1998، Zhang و همکاران 2003، Ma و همکاران 1998). توده ای شدن پروتئین با بیماری هایی نظیر آلزایمر، پارکینسون، هانتینگتون، آب مروارید، جنون گاوی[50] و غیره مرتبط می باشد (Richards و همکاران 1991، Horwich و همکاران 1997،Kelly و همکاران 1998، Rochet و همکاران 2000). توده های پروتئینی می توانند به دو شکل مختلف از جمله توده های بی شکل[51] یا فیبرهای آمیلوئیدی منظم (بسته به ظاهر میکروسکوپی آن) وجود داشته باشد. در بیماری های مرتبط با توده های پروتئینی، این توده ها می تواند به صورت داخل سلولی یا خارج سلولی باشد. به عنوان مثال در بیماری آلزایمر و دیابت نوع-II تجمعات پروتئینی به صورت خارج سلولی و در آب مروارید تجمعات پروتئینی به صورت داخل سلولی است (Ecroyd و Carva 2009). -4445286131000فعالیت چاپرونی آلفا-کریستالین توده ای شدن پروتئین های آسیب دیده به وسیله ی اکسایش، گرما و سایر استرس ها را سرکوب می کند (شکل 1-2). عواملی که عملکرد چاپرونی آلفا-کریستالین را مهار می کنند، توده ای شدن سایر کریستالین ها را که متحمل تغییرات وابسته به سن شده اند و ساختار طبیعی خود را از دست داده اند سرعت می بخشد. کاهش فعالیت چاپرونی، افزایش توده ای شدن کریستالین، تفرق نور و از دست دادن شفافیت لنز در لنزهای انسانی پیر دیده شده است. کاهش فعالیت چاپرونی و تغییر برهمکنش های ظریف و دقیق آلفا-کریستالین در توده ای شدن پروتئین ها در لنز دخالت دارد (Horwitz 1992، Sharma و Ortwerth 1995، Sharma و Santhoshkumar 2009) شکل 1-2- نمایی از ساز و کار فعالیت چاپرونی. 1-6- فیبر آمیلوئید و ارتباط آن در تشکیل آب مرواریدآمیلوئید[52] در ابتدا در اواسط قرن 19 به وسیله یRudolf Virchow برای توضیح توده ی ساختاری در بافت انسانی، بر اساس توانایی آن با رنگ آمیزی با رنگ Iodine، به ماده ی دارای سلولز نسبت داده شد. پس از آن مطالعات شیمیایی مستقیم نشان داد که جز اصلی آمیلوئیدها، پروتئین است (Kumar و Udgaonkar 2010). پروتئین های زیادی از جمله بتا آمیلوئید، پریون، آلفا- سینوکلئین و انسولین تجمعات آمیلوئیدی تشکیل می دهند. تا به امروز تقریباً 20 پروتئین شناخته شده اند که قادر به تشکیل فیبر آمیلوئید[53] تحت شرایط فیزیولوژیکی می باشند. با این وجود هر پروتئین تحت شرایط محیطی ناپایدار تمایل به تشکیل فیبرآمیلوئیدی دارد(Ecroyd و Carva 2009، Stefani 2004). تمایل پروتئین ها به تشکیل فیبر آمیلوئید بر اساس چندین عامل شامل بار و توالی پروتئین، میزان آبگریزی پروتئین و ساختار دوم است (Rambaran و Serpell 2008). مطالعات نشان می دهد اگرچه ساختارهای توده ای کریستالین ها عمدتاً به صورت بی شکل است ولی مقدار اندکی فیبر آمیلوئیدی در این ساختارها نیز دیده شده است (Ecroyd و Carva 2009). فیبر آمیلوئیدی دارای ساختار بدون انشعاب، از 2 تا 6 پروتو فیلامنت با قطر حدود 10 نانومتر تشکیل می شود. این فیبر ها نسبت به پروتئاز ها مقاوم هستند (Ecroyd و Carva 2009). ساختار دوم فیبرهای آمیلوئیدی دارای ویژگی مشترک هستند. این ویژگی، وجود صفحات چین دار بتاست که به طور عمود بر محور فیبر قرار گرفته اند Maity)و همکاران 2011). پروتئین هایی که دارای صفحات بتای بیشتری باشند، برای تشکیل فیبر آمیلوئیدی مستعد تر هستند. ساختار دوم آلفا، بتا و گاما کریستالین عمدتا از صفحات چین دار بتا تشکیل شده است بنابراین احتمال تشکیل فیبر آمیلوئید در این پروتئین ها وجود دارد (Ecroyd و Carva 2009). 1-7- انواع تغییرات شیمایی پروتئین های کریستالین و نقش آن ها در بیماری آب مروارید لنز چشم دارای غلظت بالایی از پروتئین ها ی کریستالینی است. کریستالین ها به طور ذاتی پروتئین های پایدار و در حالت طبیعی دارای تاخوردگی محکم هستند اما تغییرات غیر آنزیمی بسیاری را در ساختار و عملکردشان از ابتدای زندگی متحمل می شوندSharma) و Santhoshkumar 2009). کریستالین های لنز دارای نیمه عمر طولانی و بازسازی بسیار کم هستند به همین دلیل تغییرات شیمیایی پس از ترجمه با افزایش سن در لنز تجمع می یابد و موجب تغییرات ساختاری و نامحلول شدن پروتئین ها و در نهایت کدر شدن لنز و آب مروارید می شود (Dilley و Pirie 1974، Spector و همکاران 1974، Sharma و Santhoshkumar 2009، Jaffe و Horwitz 1991، Duncan و همکاران 1997، Benedek 1997). تغییرات ساختاری در کریستالین های تغییریافته احتمالاً باعث پوشاندن ناحیه ی چاپرونی و جلوگیری از فعالیت چاپرونی می شود یا با افزایش فعالیت چاپرونی پروتئین به تشکیل کمپلکس ناپایدار چاپرون-سوبسترا و توده ای شدن آن منجر می شود (Koteiche و McHaourab 2006، Murugesan و همکاران 2007). تغییرات شیمیایی پس از ترجمه کریستالین ها طی فرآیند پیری شامل کوتاه شدگی در انتهای C و N[54]، فسفریله شدن[55]، دآمیناسیون[56]، تشکیل پیوند دی سولفیدی[57] ، کربامیلاسیون[58]، استیلاسیون[59]، قندی(گلایکه) شدن غیر آنزیمی[60]، هموسیستئینه شدن[61]، اکسایش و برهمکنش با یون هایی نظیر مس، روی و کلسیم است (Sharma و Santhoshkumar 2009، Groenen و همکاران 1994) . 1-7-1- قندی شدن غیر آنزیمی پروتئین آلفا-کریستالین قندی شدن غیر آنزیمی کریستالین ها اغلب در لنزهای پیر و آب مرواریدی اتفاق می افتد که با از دست دادن شفافیت لنز همراه است. قندی شدن شامل تغییر کووالانی و غیر آنزیمی به وسیله ی واکنش گروه آلدهید قند با گروه های آمین آزاد پروتئین است. گلوکز، فروکتوز، برخی از پنتوزها، گلی اکسال و محصولات اکسایش یافته ی آسکوربات از عوامل اصلی قندی کننده پروتئین هستند. این عوامل با تشکیل شیف-باز و تولید ترکیبات آمادوری طی واکنشی موسوم به واکنش میلارد به تشکیل محصولات قندی شده پیشرفته ی پروتئینی[62] ((AGEs منجر می شوند (Ortwerth و Olesen 1988، Brownlee 2001، Sell و همکاران 1991). قندی شدن کریستالین ها باعث تغییرات ساختاری و باز شدن جزئی پروتئین ها شده که این پدیده به اکسایش گروه های تیول جدید در معرض قرار گرفته برای تشکیل پیوند دی سولفید[63] منجر می شود. قندی شدن پروتئین های لنز با افزایش سن و در بیماری دیابت افزایش می یابد (Luthra و Balasubramanian 1993، Beswick و Harding 1987، Chiou و همکاران 1981، van Boekel و Hoenders 1992). قندی شدن αA و -αBکریستالین باعث توده ای شدن و کاهش فعالیت چاپرونی آن می شود. با کاهش فعالیت چاپرونی، سایر پروتئین های لنز چشم توده های با وزن مولکولی بالا تشکیل می دهند و به همراه پروتئین آلفا-کریستالین روی لنز رسوب کنند و سبب کدورت لنز چشم و ایجاد بیماری آب مروارید شوند (Harding 2002، Kumar و همکاران 2007). 1-7-2- اکسایش پروتئین آلفا-کریستالین لنز چشم تعدادی سازوکار دفاعی ذاتی در برابر آسیب های اکسایشی دارد. این سازوکار ها شامل تجزیه ی طبیعی پروتئین های آسیب دیده به وسیله ی اکسایش، حضور ترکیبات آنتی اکسیدان مانند آسکوربات و گلوتاتیون و آنزیم های آنتی اکسیدان شامل کاتالاز و دیسموتاز است. این سازوکار ها در لنزهای جوان موثر هستند اما مطالعات نشان می دهد با افزایش سن توانایی این سازوکار ها کاهش می یابد. این پدیده ممکن است تجمع کریستالین های آسیب دیده و تولید توده های نامحلول در لنزهای آب مرواریدی را افزایش دهد ( Groenen و همکاران 1994، Davies و همکاران 1987، Zigman 1985، Taylor و Davies 1987، Carmichael و Hipkiss 1989). پروتئین های آسیب دیده و تانخورده مستعد اکسایش هستند و پروتئین های لنز از این قاعده مستثنی نیستند. این امر به وسیله ی کاهش ظرفیت آنتی اکسیدانی لنز با افزایش سن به وسیله ی کاهش گلوتاتیون و آنزیم های بازیافت گلوتاتیون تسهیل می شود و این پدیده به ایجاد پیوند های دی سولفیدی، تجمع توده های کریستالینی و اکسایش اسیدآمینه ی متیونین منجر می شود. اگرچه بتا و گاما کریستالین های غنی از گروه تیول به اکسایش حساس ترند اما اکسایش آلفا و بتا کریستالین نیز اتفاق می افتد که باعث تغییرات ساختاری و از دست دادن فعالیت چاپرونی می شود (Michael و Bron 2011، Sharmaو Santhoshkumar 2009). این تغییرات در پیری اتفاق می افتد و ممکن است به تشکیل آب مروارید کمک کند (Andley 1987). 1-7-3- دآمیناسیون، کوتاه شدگی و قطعه قطعه شدن پروتئین آلفا-کریستالین دآمینه شدن با افزایش سن و به خصوص با آب مروارید افزایش می یابد. دآمیناسیون باعث افزایش بار منفی پروتئین، تغییر ساختار سوم و باز شدن و نامحلول شدن αA و αB می شود. دآمینه شدن کریستالین ها در مقایسه با بخش محلول لنز، بیشتر در بخش نامحلول لنز مشاهده شده است (Michael و Bron 2011، Gupta و Srivastava 2004، Lampi و همکاران 2006) .