Белки AAA

AAA белки или TPases ssociated с различным клеточным A ctivities представляет собой семейство белков , имеющее общий консервативный модуль приблизительно 230 аминокислотных остатки. Это большое функционально разнообразное семейство белков, принадлежащих к суперсемейству белков AAA + кольцевых P-петлевых NTPаз, которые проявляют свою активность посредством энергозависимого ремоделирования или транслокации макромолекул. ^[2]^[3]

Белки AAA объединяют химическую энергию, обеспечиваемую гидролизом АТФ, с конформационными изменениями, которые преобразуются в механическую силу, действующую на макромолекулярный субстрат. ^[4]

Белки AAA функционально и организационно разнообразны и различаются по активности, стабильности и механизму. ^[4] Члены семейства AAA обнаружены во всех организмах ^[5] и необходимы для многих клеточных функций. Они участвуют в таких процессах, как репликация ДНК, деградация белков, слияние мембран, разделение микротрубочек, биогенез пероксисом, передача сигналов и регуляция экспрессии генов.

Структура [ править ]

Домен AAA содержит два субдомена: N-концевой альфа / бета-домен, который связывает и гидролизует нуклеотиды ( складка Россмана ), и C-концевой альфа-спиральный домен. ^[5] N-концевой домен имеет длину 200-250 аминокислот и содержит мотивы Уокера А и Уокер B , ^[5] и является общим для общих с другим NTPases Р-петлей, то надсемейством , который включает в себя семью AAA. ^[6] Большинство белков AAA имеют дополнительные домены, которые используются для олигомеризации, связывания субстрата и / или регуляции. Эти домены могут находиться на N- или C-конце модуля AAA.

Классификация [ править ]

Некоторые классы белков AAA имеют N-концевой не-АТФазный домен, за которым следует один или два домена AAA (D1 и D2). В некоторых белках с двумя доменами AAA оба эволюционно хорошо консервативны (например, в Cdc48 / p97). В других случаях либо домен D2 (например, в Pex1p и Pex6p), либо домен D1 (в Sec18p / NSF) лучше сохранен в эволюции.

В то время как классическое семейство AAA было основано на мотивах, семейство было расширено с использованием структурной информации и теперь называется семейством AAA. ^[5]

Эволюционные отношения [ править ]

Белки AAA делятся на семь основных клад , основанных на элементах вторичной структуры, включенных в сердцевину AAA-складки или рядом с ней: зажим-загрузчик, инициатор, классическая геликаза, геликаза суперсемейства III, HCLR, вставка H2 и вставка PS-II. ^[4]

Четвертичная структура [ править ]

АТФазы AAA собираются в олигомерные сборки (часто гомогексамеры), которые образуют кольцевую структуру с центральной порой. Эти белки производят молекулярный мотор, который связывает связывание АТФ и гидролиз с изменениями конформационных состояний, которые могут распространяться через сборку, чтобы воздействовать на целевой субстрат, либо перемещая, либо ремоделируя субстрат. ^[7]

Центральная пора может участвовать в обработке субстрата. В гексамерной конфигурации сайт связывания АТФ расположен на границе раздела между субъединицами. При связывании и гидролизе АТФ ферменты AAA претерпевают конформационные изменения в AAA-доменах, а также в N-доменах. Эти движения могут передаваться белку-субстрату.

Молекулярный механизм [ править ]

Предполагается, что гидролиз АТФ АТФазами ААА включает нуклеофильную атаку на гамма-фосфат АТФ активированной молекулой воды, что приводит к перемещению N-концевых и С-концевых субдоменов AAA относительно друг друга. Это движение позволяет приложить механическую силу, усиленную другими доменами АТФазы в той же олигомерной структуре. Дополнительные домены в белке позволяют регулировать или направлять силу к различным целям. ^[6]

Прокариотические AAA [ править ]

Белки AAA не ограничиваются эукариотами . Прокариоты имеют AAA, которые сочетают шаперон с протеолитической активностью, например, в комплексе ClpAPS, который опосредует деградацию белка и распознавание в E. coli . Считается, что основное распознавание белков ААА происходит через развернутые белковые домены в белке-субстрате. В HslU, бактериальном гомологе ClpX / ClpY семейства белков AAA HSP100, N- и C-концевые субдомены перемещаются навстречу друг другу, когда нуклеотиды связываются и гидролизуются. Терминальные домены наиболее удалены в безнуклеотидном состоянии и наиболее близки в состоянии, связанном с АДФ. Тем самым нарушается проем центральной полости.

Функции [ править ]

Белки AAA вовлечены в деградацию белков , слияние мембран , репликацию ДНК , динамику микротрубочек , внутриклеточный транспорт, активацию транскрипции, рефолдинг белка, разборку белковых комплексов и белковых агрегатов . ^[5]^[8]

Молекулярное движение [ править ]

Динеины , один из трех основных классов моторных белков , представляют собой белки AAA, которые связывают свою активность АТФазы с движением молекул вдоль микротрубочек . ^[9]

АТФаза Cdc48p / p97 типа AAA, возможно, является наиболее изученным белком AAA. Неправильно свернутые секреторные белки экспортируются из эндоплазматического ретикулума (ER) и деградируют посредством связанного с ER пути деградации ( ERAD ). Нефункциональные мембранные и люминальные белки извлекаются из ЭПР и разрушаются в цитозоле протеасомами. Ретротранслокации и экстракции субстрата способствует комплекс Cdc48p (Ufd1p / Npl4p) на цитозольной стороне мембраны. На цитозольной стороне субстрат убиквитинируется ферментами E2 и E3 на основе ER перед деградацией протеасомой 26S.

Ориентация на мультивезикулярные тела [ править ]

Мультивезикулярные тельца представляют собой эндосомные компартменты, которые сортируют убиквитинированные мембранные белки путем включения их в пузырьки. Этот процесс включает последовательное действие трех мультибелковых комплексов, от ESCRT I до III ( ESCRT означает «эндосомные сортировочные комплексы, необходимые для транспорта»). Vps4p представляет собой АТФазу типа AAA, участвующую в этом пути сортировки MVB. Первоначально он был идентифицирован как мутант vps «класса E» (сортировка вакуолярного белка), и впоследствии было показано, что он катализирует диссоциацию комплексов ESCRT. Vps4p прикрепляется через Vps46p к эндосомальной мембране. Сборке Vps4p способствует консервативный белок Vta1p, который регулирует его статус олигомеризации и активность АТФазы.

Другие функции [ править ]

Протеазы AAA используют энергию гидролиза АТФ для перемещения белка внутри протеасомы для деградации.

Белки человека, содержащие этот домен [ править ]

Семейство ААА-АТФазы (HGNC) [ править ]

AFG3L2 ; ATAD1 ; ATAD2 ; ATAD2B ; ATAD3A ; ATAD3B ; ATAD3C ; ATAD5 ; BCS1L ; CHTF18 ; CLBP ; CLPP ; CLPX ; FIGN ; FIGNL1 ; FIGNL2 ; IQCA1 ; KATNA1 ; КАТНАЛ1 ; КАТНАЛ2 ; LONP1 ; LONP2 ; MDN1 ; NSF ; NVL ; ORC1 ; ORC4 ; PEX1 ; PEX6 ; PSMC1 ; PSMC2 (Nbla10058); PSMC3 ; PSMC4 ; PSMC5 ; PSMC6 ; RFC1 ; RFC2 ; RFC3 ; RFC4 ; RFC5 ; RUVBL1 ; RUVBL2 ; СПАСТ ; SPATA5 (SPAF); SPATA5L1 ; SPG7 ; TRIP13 ; VCP; VPS4A ; VPS4B ; WRNIP1 ; YME1L1 (FTSH); ^[10]

Торсины [ править ]

TOR1A ; TOR1B ; TOR2A ; TOR3A ; TOR4A ; ^[11]

Другое [ править ]

AK6 (CINAP); ^[12] CDC6 ;

Псевдогены [ править ]

AFG3L1P; ^[13]

Дальнейшее чтение [ править ]

Снайдер Дж., Хоури, Вашингтон (февраль 2008 г.). «Белки AAA: разнообразие функций, сходство по структуре». Биохим. Soc. Пер . 36 (Pt 1): 72–7. DOI : 10.1042 / BST0360072 . PMID 18208389 . S2CID 13407283 .
White SR, Lauring B (декабрь 2007 г.). «ААА-АТФазы: достижение разнообразия функций с помощью консервативного механизма». Трафик . 8 (12): 1657–67. DOI : 10.1111 / j.1600-0854.2007.00642.x . PMID 17897320 . S2CID 29221806 .

Ссылки [ править ]

^ Ю. RC, Hanson PI, Jahn R, Brünger AT (сентябрь 1998). «Структура АТФ-зависимого домена олигомеризации чувствительного к N-этилмалеимида фактора в комплексе с АТФ». Nat. Struct. Биол . 5 (9): 803–11. DOI : 10,1038 / 1843 . PMID 9731775 . S2CID 13261575 .
^ Кунин Е.В., Аравиндом L, Leipe DD, Айер LM (2004). «Эволюционная история и классификация АТФаз высшего порядка». J. Struct. Биол . 146 (1–2): 11–31. DOI : 10.1016 / j.jsb.2003.10.010 . PMID 15037234 .
^ Lupas А.Н., Frickey T (2004). «Филогенетический анализ белков ААА». J. Struct. Биол . 146 (1-2): 2-10. DOI : 10.1016 / j.jsb.2003.11.020 . PMID 15037233 .
^ a b c Эрцбергер Дж. П., Бергер Дж. М. (2006). «Эволюционные взаимоотношения и структурные механизмы белков AAA». Анну. Rev. Biophys. Biomol. Struct . 35 : 93–114. DOI : 10.1146 / annurev.biophys.35.040405.101933 . PMID 16689629 .
^ a b c d e Hanson PI, Whiteheart SW (июль 2005 г.). «Белки ААА: есть двигатель, будет работать». Nat. Rev. Mol. Cell Biol . 6 (7): 519–29. DOI : 10.1038 / nrm1684 . PMID 16072036 . S2CID 27830342 .
^ а б Снайдер Дж, Тибо Дж, Хури Вашингтон (2008). «Суперсемейство AAA функционально разнообразных белков» . Genome Biol . 9 (4): 216. DOI : 10,1186 / GB-2008-9-4-216 . PMC 2643927 . PMID 18466635 .
^ Smith DM, Benaroudj N Голдберг A (2006). «Протеасомы и связанные с ними АТФазы: деструктивная комбинация». J. Struct. Биол . 156 (1): 72–83. DOI : 10.1016 / j.jsb.2006.04.012 . PMID 16919475 .
^ Tucker PA, Sallai L (декабрь 2007). «Суперсемейство AAA - бесчисленное множество движений». Curr. Opin. Struct. Биол . 17 (6): 641–52. DOI : 10.1016 / j.sbi.2007.09.012 . PMID 18023171 .
Перейти ↑ Carter AP, Vale RD (февраль 2010 г.). «Связь между кольцом AAA и связывающим микротрубочки доменом динеина» . Biochem Cell Biol . 88 (1): 15–21. DOI : 10.1139 / o09-127 . PMC 2894566 . PMID 20130675 .
^ «Генная группа: АТФазы AAA (ATAD)» . Комитет по номенклатуре генов HUGO .
^ "Генная группа: Торсины (TOR)" . Комитет по номенклатуре генов HUGO .
^ "Символьный отчет для AK6" . Комитет по номенклатуре генов HUGO .
^ "Символьный отчет для AFG3L1P" . Комитет по номенклатуре генов HUGO .

[pmid9731775-1] Ю. RC, Hanson PI, Jahn R, Brünger AT (сентябрь 1998). «Структура АТФ-зависимого домена олигомеризации чувствительного к N-этилмалеимида фактора в комплексе с АТФ». Nat. Struct. Биол . 5 (9): 803–11. DOI : 10,1038 / 1843 . PMID 9731775 . S2CID 13261575 .

[PUB00014778-2] Кунин Е.В., Аравиндом L, Leipe DD, Айер LM (2004). «Эволюционная история и классификация АТФаз высшего порядка». J. Struct. Биол . 146 (1–2): 11–31. DOI : 10.1016 / j.jsb.2003.10.010 . PMID 15037234 .

[PUB00014779-3] Lupas А.Н., Frickey T (2004). «Филогенетический анализ белков ААА». J. Struct. Биол . 146 (1-2): 2-10. DOI : 10.1016 / j.jsb.2003.11.020 . PMID 15037233 .

[Erzberger2006-4] Эрцбергер Дж. П., Бергер Дж. М. (2006). «Эволюционные взаимоотношения и структурные механизмы белков AAA». Анну. Rev. Biophys. Biomol. Struct . 35 : 93–114. DOI : 10.1146 / annurev.biophys.35.040405.101933 . PMID 16689629 .

[Hanson2005-5] Hanson PI, Whiteheart SW (июль 2005 г.). «Белки ААА: есть двигатель, будет работать». Nat. Rev. Mol. Cell Biol . 6 (7): 519–29. DOI : 10.1038 / nrm1684 . PMID 16072036 . S2CID 27830342 .

[Snider2008-6] а б Снайдер Дж, Тибо Дж, Хури Вашингтон (2008). «Суперсемейство AAA функционально разнообразных белков» . Genome Biol . 9 (4): 216. DOI : 10,1186 / GB-2008-9-4-216 . PMC 2643927 . PMID 18466635 .

[PUB00033933-7] Smith DM, Benaroudj N Голдберг A (2006). «Протеасомы и связанные с ними АТФазы: деструктивная комбинация». J. Struct. Биол . 156 (1): 72–83. DOI : 10.1016 / j.jsb.2006.04.012 . PMID 16919475 .

[Tucker2007-8] Tucker PA, Sallai L (декабрь 2007). «Суперсемейство AAA - бесчисленное множество движений». Curr. Opin. Struct. Биол . 17 (6): 641–52. DOI : 10.1016 / j.sbi.2007.09.012 . PMID 18023171 .

[9] Перейти ↑ Carter AP, Vale RD (февраль 2010 г.). «Связь между кольцом AAA и связывающим микротрубочки доменом динеина» . Biochem Cell Biol . 88 (1): 15–21. DOI : 10.1139 / o09-127 . PMC 2894566 . PMID 20130675 .

[10] «Генная группа: АТФазы AAA (ATAD)» . Комитет по номенклатуре генов HUGO .

[11] "Генная группа: Торсины (TOR)" . Комитет по номенклатуре генов HUGO .

[12] "Символьный отчет для AK6" . Комитет по номенклатуре генов HUGO .

[13] "Символьный отчет для AFG3L1P" . Комитет по номенклатуре генов HUGO .

[2]