Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Пример структуры альфа-соленоида, состоящей из 15 повторов HEAT . Белка фосфатазы 2A регуляторная субъединица показана с N-концом в синем на дне и с С-концом в красном на вершине. Одиночный мотив спираль-поворот-спираль показан в центре с внешней спиралью розовым, внутренней спиралью зеленым и витком белым. Из PDB : 2IAE . [1]

Альфа соленоид (иногда также известный как альфа - подкова или в виде сложенных пары альфа - спиралей , сокращенно SPAH ) представляет собой белка складки , состоящие из повторяющегося альфа - спираль субъединицы, обычно спираль-поворот-спираль мотивы , расположенные в антипараллельной моде , чтобы сформировать суперспираль. [2] Альфа-соленоиды известны своей гибкостью и пластичностью. [3] Как и бета-пропеллеры , альфа-соленоиды представляют собой форму соленоидного белкового домена, обычно обнаруживаемого в белках, составляющих комплекс ядерных пор .[4] Они также распространены в белках мембранной оболочки, известных как коатомеры , таких как клатрин , и в регуляторных белках, которые образуют обширные белок-белковые взаимодействия со своими связывающими партнерами. [2] [4] Также были описаныпримеры альфа-соленоидных структур, связывающих РНК и липиды . [2]

Терминология и классификация [ править ]

Термин «альфа-соленоид» использовался в литературе несколько противоречиво. [4] Как первоначально определено, альфа-соленоиды состоят из мотивов спираль-поворот-спираль, которые сложены в открытую суперспираль. [5] Однако в системах структурной классификации белков используется разная терминология; в базе данных Структурной классификации белков (SCOP) эти белки описаны с использованием термина «альфа-альфа-суперспираль». В базе данных CATH для этих белков используется термин «альфа-подкова» [6] , а для обозначения несколько иной и более компактной структуры используется термин «альфа- соленоид», примером которого является связывающий перидинин-хлорофилл белок . [4]

Структура [ править ]

Альфа-соленоидные белки состоят из повторяющихся структурных единиц, содержащих по крайней мере две альфа-спирали, расположенные в антипараллельной ориентации. Часто повторяющаяся единица представляет собой мотив спираль-поворот-спираль , но он может быть более сложным, как в вариантах с дополнительной спиралью в сегменте витка. [2] Альфа соленоиды могут быть образованы несколькими различными типами винтовых тандемных повторов , в том числе HEAT повторами , Armadillo повторы , tetratricopeptide (TPR) повторами, лейцин-богатых повторов и анкириновых повторов . [2] [4] [5]

Альфа-соленоиды обладают необычной эластичностью и гибкостью по сравнению с глобулярными белками . [2] [3] Иногда считается, что они занимают промежуточное положение между глобулярными белками и волокнистыми структурными белками , в отличие от последних частично из-за отсутствия у альфа-соленоидов необходимости межмолекулярных взаимодействий для поддержания их структуры. [5] Степень кривизны альфа-соленоидной суперспирали значительно варьируется в зависимости от класса, что приводит к способности этих белков образовывать большие протяженные поверхности взаимодействия белок-белок или образовывать глубокие вогнутые области для связывания глобулярных белков. [2]

Поскольку они состоят из повторяющихся относительно коротких субъединиц, альфа-соленоиды могут относительно легко приобретать дополнительные субъединицы, что приводит к новым свойствам поверхности взаимодействия. [2] В результате известные альфа-соленоидные белки существенно различаются по длине. [4]

Функция [ править ]

Компоненты комплекса ядерных пор [ править ]

Альфа-соленоиды занимают видное место в белках, составляющих комплекс ядерных пор (NPC); Альфа-соленоид и бета- домен пропеллера вместе составляют до половины основного каркаса NPC по массе. [4] Большое количество консервативных белков нуклеопоринов, образующих NPC, являются либо альфа-соленоидными белками, либо состоят из бета-пропеллерного домена на N-конце и альфа-соленоида на C-конце . [7] [8] Эта последняя архитектура домена также происходит в клатрина и Sec31 , и считалось , что быть уникальным для эукариот , [7] [9]хотя сообщалось о нескольких примерах у планктомицетов . [10]

Белки оболочки пузырьков [ править ]

Структура ветви ветви тяжелой цепи клатрина, показывающая спиральные повторы, с N-концом синим слева и C-концом красным справа. [11]

Белки оболочки везикул часто содержат альфа-соленоиды и имеют общую доменную архитектуру с некоторыми белками NPC. [7] Все три основных комплекса оболочки, участвующие в различных клеточных путях, содержат альфа-соленоидные белки: комплекс клатрин / адаптин , который выделяет пузырьки из плазматической мембраны и участвует в эндоцитозе ; COPI комплекс, который почка везикула из аппарата Гольджи и связан с ретроградным транспортом ; и комплекс COPII , который выпускает пузырьки из эндоплазматического ретикулума и связан с антероградным транспортом .[12]

Транспортные белки [ править ]

Из-за их склонности к образованию больших поверхностей взаимодействия, хорошо подходящих для белок-белковых взаимодействий , и их гибких поверхностей, позволяющих связывать различные молекулы груза, альфа-соленоидные белки обычно функционируют как транспортные белки , особенно при транспортировке между ядром и цитоплазмой . [2] Например, суперсемейство бета- кариоферинов состоит из альфа-соленоидных белков, образованных из повторов HEAT ; importin beta является членом этого семейства, а его адаптерный белок importin alpha представляет собой альфа-соленоид, образованный из повторов Armadillo . [13]Транспортеры других молекул, таких как РНК , также могут иметь альфа-соленоидную архитектуру, как в экспортин-5 [14] или содержащих пентатрикопептид повторяющихся РНК-связывающих белках, которые особенно распространены у растений. [15] [16]

Регуляторные белки [ править ]

Собранный гетеротример протеинфосфатазы 2А . Субъединица A, состоящая из 15 повторов HEAT, показана радужным цветом с N-концом синим внизу и C-концом красным вверху. Регуляторная субъединица B, состоящая из нерегулярных псевдо-HEAT повторов, показана голубым цветом. Каталитическая субъединица C показана желтым. (Все из PDB : 2IAE .) Наложена несвязанная форма регуляторной субъединицы B серым цветом (из PDB : 1B3U ), иллюстрирующая гибкость этого альфа-соленоидного белка. Конформационные изменения в HEAT-повторе 11 приводят к сгибанию C-концевого конца белка, чтобы приспособиться к связыванию каталитической субъединицы. [1] [17]

Способность альфа-соленоидных белков к межбелковому взаимодействию также делает их хорошо подходящими для работы в качестве регуляторных белков . Например, регуляторная субъединица A (также известная как PR65) протеинфосфатазы 2A представляет собой альфа-соленоид с HEAT-повторами, конформационная гибкость которого регулирует доступ к сайту связывания фермента. [18] [1]

Таксономическое распределение [ править ]

Альфа-соленоидные белки встречаются во всех сферах жизни ; однако их частота в разных протеомах значительно различается. Они редко встречаются у вирусов и бактерий , несколько чаще встречаются у архей и довольно часто встречаются у эукариот . Многие из эукариотических альфа-соленоидных белков имеют обнаруживаемые гомологи только у других эукариот и часто даже ограничиваются хордовыми . Прокариотические альфа-соленоидные белки сконцентрированы в определенных таксонах, особенно цианобактериях и планктомицетах., которые имеют необычно сложную внутриклеточную компартментализацию по сравнению с большинством прокариот. [2]

Эволюция [ править ]

Эволюционные отношения между различными альфа-соленоидными белками трудно проследить из-за низкой гомологии последовательностей повторов. Конвергентная эволюция сходных белковых структур из изначально неродственных белков считается важной в истории эволюции этого класса складок. [2]

Ядерные поровые комплексы и транспорт везикул [ править ]

Комплекс ядерных пор представляет собой чрезвычайно большой белковый комплекс, который обеспечивает переход в ядро клетки и из него . Гомологические структуры, из которых мог развиться NPC, не были обнаружены в прокариотических трансмембранных транспортных белках; однако, было высказано предположение , что компоненты NPC показывают отчетливую гомологию везикул белки оболочки найдены в клатрин / адаптин , COPI и Copii комплексы. Наиболее характерно то, что архитектура общих доменов, состоящая из N-концевого бета-пропеллера и C-концевого альфа-соленоида, была обнаружена как в NPC, так и в белках оболочки, что указывает на возможное общее происхождение. [7][8] Был предложен предковый «протокоатомер», который диверсифицировался, чтобы приобрести производные характеристики всех четырех современных комплексов. [4] [19] [20] [21]

Исследование генома Lokiarchaeum , считающегося одним из ближайших архейных родственников эукариот, не выявило каких-либо примеров архитектуры бета-пропеллерного / альфа-соленоидного домена, хотя были идентифицированы гомологи других белков, участвующих в переносе эукариотических мембран. Однако неясно, означает ли это наблюдение, что архитектура пропеллера / соленоида возникла позже или была утрачена из современных локиархей. [22]

Белки мембранной оболочки прокариот [ править ]

Обзор секвенированных геномов сложных прокариот из супертипа ПВХ ( Planctomycetes - Verrucomicrobia - Chlamydiae ) выявил примеры белков, гомологичных белкам переноса эукариотической мембраны, включая примеры отличительной архитектуры бета-пропеллерного / альфа-соленоидного домена, которая ранее считалась уникален для эукариот. [10] PVC superphylum известен тем, что содержит бактерии с необычно сложной морфологией мембран, и это открытие было приведено в качестве доказательства в пользу статуса этих организмов как промежуточной формы между прокариотами и эукариотами. Планктомицет Gemmata obscuriglobusимеет исключительно сложную мембранную архитектуру и является источником разногласий в литературе относительно возможности того, что у него есть связанный с мембраной «нуклеоидный» компартмент, заключающий его ДНК. [23] [24] [25] [26] [27] [28] Идентификация белков с последовательностью сходством с HEAT повторов в obscuriglobus Г. протеоме была интерпретирована в качестве опоры для мембранно-связанных нуклеоидов гипотезы; [29] однако это оспаривается. [24]

Биоинформатика [ править ]

Низкое сходство последовательностей среди альфа-соленоидных белков схожей структуры затрудняет их идентификацию с использованием методов биоинформатики , поскольку повторы часто плохо определены в последовательности. Было разработано большое количество различных вычислительных методов для идентификации кандидатных альфа-соленоидных белков на основе их аминокислотной последовательности . [2] [30] [31]

Внешние ссылки [ править ]

  • Класс α-соленоида RepeatsDB

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Чо, Ун Су; Сюй, Вэньцин (1 ноября 2006 г.). «Кристаллическая структура гетеротримерного холофермента протеинфосфатазы 2А». Природа . 445 (7123): 53–57. DOI : 10,1038 / природа05351 . PMID  17086192 . S2CID  4408160 .
  2. ^ Б с д е е г ч я J K L Фурнье, Дэвид; Палидвор, Гарет А .; Щербинин, Сергей; Сенгель, Анжелика; Schaefer, Martin H .; Перес-Ираткета, Кэрол; Андраде-Наварро, Мигель А .; Э. Тосатто, Сильвио К. (21 ноября 2013 г.). «Функциональные и геномные анализы альфа-соленоидных белков» . PLOS ONE . 8 (11): e79894. Bibcode : 2013PLoSO ... 879894F . DOI : 10.1371 / journal.pone.0079894 . PMC 3837014 . PMID 24278209 .  
  3. ^ a b Каппель, Кристиан; Захария, Ульрих; Дёлькер, Николь; Грубмюллер, Гельмут (сентябрь 2010 г.). «Необычное гидрофобное ядро ​​обеспечивает исключительную гибкость для повторного нагрева белков» . Биофизический журнал . 99 (5): 1596–1603. Bibcode : 2010BpJ .... 99.1596K . DOI : 10.1016 / j.bpj.2010.06.032 . PMC 2931736 . PMID 20816072 .  
  4. ^ a b c d e f g h Field, Mark C .; Сали, Андрей; Раут, Майкл П. (13 июня 2011 г.). «На запойе - BARs, ESCRTs, COPs, и, наконец, получить пальто» . Журнал клеточной биологии . 193 (6): 963–972. DOI : 10,1083 / jcb.201102042 . PMC 3115789 . PMID 21670211 .  
  5. ^ a b c Кобе, Бостьян; Каява, Андрей V (октябрь 2000 г.). «Когда сворачивание белка упрощается до свертывания белка: континуум соленоидных структур белка». Направления биохимических наук . 25 (10): 509–515. DOI : 10.1016 / S0968-0004 (00) 01667-4 . PMID 11050437 . 
  6. ^ "Топология CATH" Альфа-Подкова " " .
  7. ^ a b c d Альбер, Фрэнк; Докудовская Светлана; Veenhoff, Liesbeth M .; Чжан, Вэньчжу; Киппер, Джулия; Девос, Дэмиен; Супрапто, Адисетиантари; Карни-Шмидт, Орит; Уильямс, Розмари; Chait, Брайан Т .; Сали, Андрей; Раут, Майкл П. (29 ноября 2007 г.). «Молекулярная архитектура комплекса ядерных пор». Природа . 450 (7170): 695–701. Bibcode : 2007Natur.450..695A . DOI : 10,1038 / природа06405 . PMID 18046406 . S2CID 4431057 .  
  8. ^ a b Девос, Дэмиен; Докудовская Светлана; Альбер, Франк; Уильямс, Розмари; Чайт, Брайан Т; Сали, Андрей; Раут, Майкл П.; Грег Петско (2 ноября 2004 г.). «Компоненты покрытых везикул и комплексов ядерных пор разделяют общую молекулярную архитектуру» . PLOS Биология . 2 (12): e380. DOI : 10.1371 / journal.pbio.0020380 . PMC 524472 . PMID 15523559 .  
  9. ^ Антонин, Вольфрам; Маттай, Иэн В. (январь 2005 г.). «Ядерные поровые комплексы: за поворотом?». Природа клеточной биологии . 7 (1): 10–12. DOI : 10.1038 / ncb0105-10 . PMID 15632943 . S2CID 9909704 .  
  10. ^ a b Сантарелла-Меллвиг, Рэйчел; Франке, Йозеф; Ядике, Андреас; Горянач, Матиас; Бауэр, Ульрике; Бадд, Эйдан; Mattaj, Iain W .; Девос, Дэмиен П .; Шмид, Сандра Л. (19 января 2010 г.). «Компартментализованные бактерии Planctomycetes-Verrucomicrobia-Chlamydiae Superphylum имеют мембранные покрытые оболочкой белки» . PLOS Биология . 8 (1): e1000281. DOI : 10.1371 / journal.pbio.1000281 . PMC 2799638 . PMID 20087413 .  
  11. ^ Ybe, Джоэл А .; Бродский, Фрэнсис М .; Хофманн, Кей; Лин, Кай; Лю, Шу-Хуэй; Чен, Линь; Эрнест, Томас Н .; Флеттерик, Роберт Дж .; Хван, Питер К. (27 мая 1999 г.). «Самосборка клатрина опосредуется тандемно повторяющейся суперспиралью». Природа . 399 (6734): 371–375. Bibcode : 1999Natur.399..371Y . DOI : 10.1038 / 20708 . PMID 10360576 . S2CID 4406014 .  
  12. ^ Ли, Чангук; Голдберг, Джонатан (июль 2010 г.). «Структура белков клетки коатомера и взаимосвязь между COPI, COPII и оболочкой клатриновых везикул» . Cell . 142 (1): 123–132. DOI : 10.1016 / j.cell.2010.05.030 . PMC 2943847 . PMID 20579721 .  
  13. ^ Форвуд, Джейд К .; Ланге, Эллисон; Захария, Ульрих; Марфори, Мэри; Преаст, Калли; Грубмюллер, Гельмут; Стюарт, Мюррей; Корбетт, Анита Х .; Кобе, Бостьян (сентябрь 2010 г.). «Количественный структурный анализ гибкости импортина-β: парадигма соленоидных белковых структур». Структура . 18 (9): 1171–1183. DOI : 10.1016 / j.str.2010.06.015 . hdl : 11858 / 00-001M-0000-0027-C07B-1 . PMID 20826343 . 
  14. ^ Katahira, июнь; Йонеда, Йошихиро (ноябрь 2011 г.). «Нуклеоцитоплазматический транспорт микроРНК и родственных малых РНК» . Трафик . 12 (11): 1468–1474. DOI : 10.1111 / j.1600-0854.2011.01211.x . PMID 21518166 . 
  15. ^ Баркан, Алиса; Рохас, Маргарита; Фуджи, Сота; Яп, Аарон; Чонг, Йи Сенг; Бонд, Чарльз С .; Маленький, Ян; Войтас, Дан (16 августа 2012 г.). «Комбинаторный аминокислотный код для распознавания РНК белками пентатрикопептидных повторов» . PLOS Genetics . 8 (8): e1002910. DOI : 10.1371 / journal.pgen.1002910 . PMC 3420917 . PMID 22916040 .  
  16. ^ Баркан, Алиса; Смолл, Ян (29 апреля 2014 г.). «Пентатрикопептидные повторяющиеся белки в растениях». Ежегодный обзор биологии растений . 65 (1): 415–442. DOI : 10,1146 / annurev-arplant-050213-040159 . PMID 24471833 . 
  17. ^ Groves, Мэтью R .; Хэнлон, Нил; Туровски, Патрик; Хеммингс, Брайан А .; Барфорд, Дэвид (январь 1999 г.). «Структура субъединицы PR65 / A протеинфосфатазы 2A выявляет конформацию ее 15 тандемно повторяющихся мотивов HEAT». Cell . 96 (1): 99–110. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (00) 80963-0 . PMID 9989501 . S2CID 14465060 .  
  18. ^ Гринталь, А .; Адамович, I .; Weiner, B .; Карплюс, М .; Клекнер, Н. (25 января 2010 г.). «PR65, каркас с HEAT-повторами фосфатазы PP2A, представляет собой эластичный соединитель, который связывает силу и катализ» . Труды Национальной академии наук . 107 (6): 2467–2472. Bibcode : 2010PNAS..107.2467G . DOI : 10.1073 / pnas.0914073107 . PMC 2823866 . PMID 20133745 .  
  19. ^ Поле, Марка C; Дакс, Джоэл Б. (февраль 2009 г.). «Первые и последние предки: реконструкция эволюции эндомембранной системы с помощью ESCRT, белков оболочки везикул и комплексов ядерных пор». Текущее мнение в клеточной биологии . 21 (1): 4–13. DOI : 10.1016 / j.ceb.2008.12.004 . PMID 19201590 . 
  20. ^ Dacks, Джоэл Б.; Поле, Марка С .; Бьюик, Роджер; Эме, Лаура; Грибальдо, Симонетта; Роджер, Эндрю Дж .; Брошье-Армане, Селин; Девос, Дэмиен П. (26 сентября 2016 г.). «Меняющийся взгляд на эукариогенез - окаменелости, клетки, родословные и то, как все они объединяются» . Журнал клеточной науки . 129 (20): 3695–3703. DOI : 10,1242 / jcs.178566 . PMID 27672020 . 
  21. ^ Промпонас, Василис Дж .; Кацани, Катерина Р .; Blencowe, Benjamin J .; Узунис, Христос А. (2 марта 2016 г.). «Последовательность доказательств общего происхождения эукариотических эндомембранных коатомеров» . Научные отчеты . 6 : 22311. Bibcode : 2016NatSR ... 622311P . DOI : 10.1038 / srep22311 . PMC 4773986 . PMID 26931514 .  
  22. ^ Клингер, Кристен М .; Спанг, Аня; Дакс, Джоэл Б.; Ettema, Thijs JG (июнь 2016 г.). «Отслеживание архейного происхождения строительных блоков эукариотической системы переноса мембран» . Молекулярная биология и эволюция . 33 (6): 1528–1541. DOI : 10.1093 / molbev / msw034 . PMID 26893300 . 
  23. ^ Fuerst, Джон А. (2010). «Помимо прокариот и эукариот: планктомицеты и клеточная организация». Природное образование . 3 (9): 44.
  24. ^ а б Макинерни, Джо; Мартин, ВФ; Кунин, Э.В. Аллен, Дж. Ф.; Гальперин М.Ю .; Пер., N; Арчибальд, Дж. М.; Эмбли, TM (ноябрь 2011 г.). «Планктомицеты и эукариоты: случай аналогии, а не гомологии» . BioEssays . 33 (11): 810–7. DOI : 10.1002 / bies.201100045 . PMC 3795523 . PMID 21858844 .  
  25. ^ Fuerst, JA (октябрь 2013 г. ). «Суперфилум ПВХ: исключения из определения бактерий?». Антони ван Левенгук . 104 (4): 451–66. DOI : 10.1007 / s10482-013-9986-1 . PMID 23912444 . S2CID 14283647 .  
  26. ^ Дево, Дэмиен P. (сентябрь 2013). «Геммата обскуриглобус» . Текущая биология . 23 (17): R705 – R707. DOI : 10.1016 / j.cub.2013.07.013 . PMID 24028944 . 
  27. ^ Девы, DP (февраль 2014). «Повторная интерпретация данных о клеточном плане ПВХ поддерживает грамотрицательное происхождение». Антони ван Левенгук . 105 (2): 271–4. DOI : 10.1007 / s10482-013-0087-у . hdl : 10261/129395 . PMID 24292377 . S2CID 16557669 .  
  28. ^ Дево, Дэмиен P. (январь 2014). «Бактерии ПВХ: разновидность, но не исключение, план грамотрицательных клеток». Тенденции в микробиологии . 22 (1): 14–20. DOI : 10.1016 / j.tim.2013.10.008 . hdl : 10261/129431 . PMID 24286661 . 
  29. ^ Fuerst, John A .; Сагуленко, Евгений (август 2014). «К пониманию молекулярного механизма эндоцитозоподобного процесса у бактерии Gemmata obscuriglobus» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Исследование молекулярных клеток . 1843 (8): 1732–1738. DOI : 10.1016 / j.bbamcr.2013.10.002 . PMID 24144586 . 
  30. ^ Ди Доменико, Томас; Потенца, Эмилио; Уолш, Ян; Gonzalo Parra, R .; Джолло, Мануэль; Минервини, Джованни; Пиовезан, Дамиано; Ихсан, Авайс; Феррари, Карло; Каява, Андрей В .; Тосатто, Сильвио CE (январь 2014 г.). «RepeatsDB: база данных структур белков тандемных повторов» . Исследования нуклеиновых кислот . 42 (D1): D352 – D357. DOI : 10.1093 / NAR / gkt1175 . PMC 3964956 . PMID 24311564 .  
  31. ↑ Пеллегрини, Марко (24 сентября 2015 г.). «Тандемные повторы в белках: алгоритмы прогнозирования и биологическая роль» . Границы биоинженерии и биотехнологии . 3 : 143. DOI : 10.3389 / fbioe.2015.00143 . PMC 4585158 . PMID 26442257 .