Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Домен WD, повтор G-бета
1erj 7bladed beta propeller.png
Ленточная диаграмма C-концевого домена WD40 Tup1 (транскрипционный ко-репрессор у дрожжей), который принимает 7-лопастную бета-пропеллерную складку. Лента окрашена от синего (N-конец) до красного (C-конец). PDB 1erj [1]
Идентификаторы
СимволWD40
PfamPF00400
Клан пфамCL0186
ИнтерПроIPR001680
PROSITEPDOC00574
SCOP21gp2 / СФЕРА / СУПФАМ
CDDcd00200
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры

В структурной биологии бета-пропеллер ( β-пропеллер ) представляет собой тип полностью β-белковой архитектуры, характеризующейся от 4 до 8 высокосимметричных бета-листов в форме лопастей, расположенных тороидально вокруг центральной оси. Вместе бета-листы образуют активный сайт, похожий на воронку.

Структура [ править ]

Каждый бета-лист обычно имеет четыре антипараллельных бета-нити, расположенных в виде бета-зигзагообразного мотива. [2] Пряди скручены так, что первая и четвертая пряди почти перпендикулярны друг другу. [3] Существует пять классов бета-пропеллеров, каждая из которых представляет собой высокосимметричную структуру с 4–8 бета-листами, все из которых обычно образуют центральный туннель, образующий псевдосимметричные оси. [2]

В то время как официальный активный сайт белка для связывания лиганда формируется на одном конце центрального туннеля петлями между отдельными бета-цепями, белок-белковые взаимодействия могут происходить во многих областях вокруг домена. В зависимости от упаковки и наклона бета-листов и бета-нитей бета-винт может иметь центральный карман вместо туннеля. [4]

Структура бета-пропеллера стабилизируется в основном за счет гидрофобных взаимодействий бета-слоев, в то время как дополнительная стабильность может быть обеспечена водородными связями, образованными между бета-листами на C- и N-концевых концах. Фактически это замыкает круг, который может возникать еще сильнее в 4-лопастных белках через дисульфидную связь. [2] Было показано, что шапероны Hsp70 и CCT последовательно связывают возникающие бета-пропеллеры по мере их выхода из рибосомы. Эти шапероны предотвращают образование чужеродных взаимодействий между лопастями до тех пор, пока не будет синтезирован весь бета-винт. [5] Многие бета-пропеллеры зависят от CCT для экспрессии. [6] [7]По крайней мере, в одном случае было показано, что ионы увеличивают стабильность за счет связывания глубоко в центральном туннеле бета-пропеллера. [4]

Мурзин предложил геометрическую модель для описания принципов конструкции бета-винта. [8] Согласно этой модели, семилопастной винт был наиболее предпочтительным с точки зрения геометрии.

Несмотря на свою очень консервативную природу, бета-винты хорошо известны своей пластичностью. Помимо наличия множества разрешенных бета-листов для каждого домена, он также может включать другие домены в свои бета-листы. Кроме того, есть белки, у которых обнаружено различие в количестве бета-цепей на бета-лист. Вместо типичных четырех бета-цепей в листе, белок - ингибитор бета-лактамаз- II имеет только три бета-цепи на лист, в то время как фитаза Bacillus subtilis имеет пять бета-цепей на бета-лист. [2]

Функция [ править ]

Благодаря его структуре и пластичности, белок-белковые взаимодействия могут формироваться с верхним, нижним, центральным каналом и боковыми поверхностями бета-пропеллера. [4] Функция гребного винта может варьироваться в зависимости от количества лопастей. Четырехлопастные бета-пропеллеры действуют в основном как транспортные белки , и из-за своей структуры они имеют конформацию, благоприятную для связывания субстрата. [4] В отличие от более крупных бета-пропеллеров, четырехлопастные бета-пропеллеры обычно не могут выполнять катализ сами, а вместо этого действуют, чтобы способствовать катализу, выполняя вышеупомянутые функции. Пятилопастные пропеллеры могут действовать как трансферазы , гидролазы и белки, связывающие сахар. [4]Шести- и семилопастные винты выполняют гораздо более широкий набор функций по сравнению с четырех- и пятилопастными винтами. Эти функции могут включать действие в качестве лиганд-связывающих белков, гидролаз, лиаз , изомераз , сигнальных белков, структурных белков и оксидоредуктаз . [4]

Варианты более крупных (от пяти до восьми лопастей) бета-винтов могут обеспечивать еще более специфические функции. Так обстоит дело с С-концевой областью GyrA, которая выражает положительно заряженную поверхность, идеальную для связывания ДНК. Две альфа-спирали, выходящие из шестилопастного бета-пропеллера сывороточной параоксоназы, могут обеспечить гидрофобную область, идеально подходящую для закрепления мембран. Белок 1, связывающий повреждения ДНК, имеет три бета-пропеллера, в которых соединение между двумя пропеллерами вставлено в третий пропеллер, что потенциально обеспечивает его уникальную функцию. [4]

Клиническое значение [ править ]

  • Бета-пропеллерная нейродегенерация (BPAN) - это состояние, характеризующееся ранним началом судорог, задержкой развития и умственной отсталостью. С возрастом также может возникнуть мышечная и когнитивная дегенерация. Варианты гена WDR45 были идентифицированы как у мужчин, так и у женщин с этим заболеванием. [9]
  • Семейная гиперхолестеринемия - это генетическое заболевание человека, вызванное мутациями гена, кодирующего рецептор липопротеинов низкой плотности (ЛПНП ), белка, который имеет по крайней мере один бета-пропеллер. Это заболевание вызывает повышение концентрации липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) и холестерина, что может привести к дополнительным последствиям, таким как коронарный атеросклероз . Подтвержденные мутации нарушают образование водородных связей между лопастями бета-винта. [2]
  • Бета-пропеллер использовался в белковой инженерии в нескольких случаях. Йошида и др., Например, работали с глюкозодегидрогеназой (GDH), имеющей бета-пропеллер с шестью лопастями, чтобы сделать фермент идеальным для использования в качестве сенсора глюкозы. Им удалось сконструировать химеру GDH, которая имела более высокую термостабильность, более высокую стабильность связывания кофакторов и повышенную субстратную специфичность. Эти свойства были приписаны усилению гидрофобных взаимодействий из-за мутаций на С-конце бета-пропеллера. [2]
  • Бета-пропеллерный домен нейраминидазы вируса гриппа часто используется для разработки лекарств. Изучая этот фермент, исследователи разработали ингибиторы нейраминидазы гриппа, которые эффективно блокируют нейраминидазу гриппа и, следовательно, замедляют или останавливают прогрессирование инфекции гриппа. [2]

Примеры [ править ]

  • Белок вируса гриппа вирусная нейраминидаза представляет собой шестилопастной бета-пропеллерный белок, активной формой которого является тетрамер . [10] Это один из двух белков, присутствующих в вирусной оболочке, и он катализирует отщепление сиаловой кислоты от белков клеточной мембраны, что способствует нацеливанию вновь продуцируемых вирионов на ранее неинфицированные клетки. [11]
  • Повторы WD40 , также известные как повторы бета-трансдуцина, представляют собой короткие фрагменты, обнаруживаемые в основном у эукариот . [12] [13] Они обычно образуют бета-пропеллеры с 7-8 лопастями, но также было показано, что они образуют структурные домены с 4-16 повторяющимися единицами, критическими для белок-белковых взаимодействий. Мотивы белка WD40 участвуют во множестве функций, включая передачу сигналов, регуляцию транскрипции и регуляцию клеточного цикла. Они также работают как места для белок-белковых взаимодействий и даже могут играть роль в сборке белковых комплексов. Специфичность этих структурных доменов определяется последовательностью белка вне его самого. [14]
  • Бета-пропеллер является критическим компонентом ЛПНП и способствует конформационному изменению на основе pH. При нейтральном pH LDLR находится в расширенной линейной конформации и может связывать лиганды ( PCSK9 ). При кислом pH линейная конформация изменяется на структуру шпильки, так что сайты связывания лиганда связываются с бета-пропеллером, предотвращая связывание лиганда. [15] [16]
  • Бета-пропеллерные фитазы состоят из шестилопастной конструкции β-винта. Фитазы - это фосфатазы, которые могут гидролизовать сложноэфирные связи фитата, основной формы накопления фосфатов в растениях. Благодаря этому процессу становится доступным фосфат, который обычно недоступен для домашнего скота. В большинстве кормов для скота добавлен неорганический фосфат, который при выделении из организма может вызвать загрязнение окружающей среды. Добавление фитазы вместо фосфата в корм для скота позволит животным расщеплять фосфат, уже имеющийся в растительном веществе. Теоретически это приведет к меньшему загрязнению, поскольку будет выводиться меньше избыточного фосфата. [17]

Домены [ править ]

Известно , что повторяющиеся домены сворачиваются в бета-пропеллер, включая WD40 , YWTD , Kelch , YVTN , RIVW (PD40) и многие другие. Их последовательности имеют тенденцию группироваться, что свидетельствует о тесной эволюционной связи. Они также связаны со многими доменами, содержащими бета. [18]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Sprague ER, Redd MJ, Johnson AD, Wolberger C (июнь 2000 г.). «Структура C-концевого домена Tup1, корепрессора транскрипции у дрожжей» . Журнал EMBO . 19 (12): 3016–27. DOI : 10.1093 / emboj / 19.12.3016 . PMC  203344 . PMID  10856245 .
  2. ^ a b c d e f g "Бета-пропеллеры: связанные функции и их роль в заболеваниях человека" . ResearchGate . Проверено 17 ноября 2018 .
  3. ^ Kuriyan, Konforti, Wemmer, Джон, Бояна, Дэвид (2013). Молекулы жизни: физические и химические принципы . Нью-Йорк: Наука о гирляндах. С. 163–164. ISBN 9780815341888.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  4. ^ Б с д е е г Chen CK, Чан NL, Ван AH (октябрь 2011 г.). «Множество лопастей белков β-пропеллера: консервативны, но универсальны». Направления биохимических наук . 36 (10): 553–61. DOI : 10.1016 / j.tibs.2011.07.004 . PMID 21924917 . 
  5. ↑ Stein KC, Kriel A, Frydman J (июль 2019 г.). «Топология зарождающегося полипептидного домена и скорость удлинения определяют котрансляционную иерархию Hsp70 и TRiC / CCT» . Молекулярная клетка . 75 (6): 1117–1130.e5. DOI : 10.1016 / j.molcel.2019.06.036 . PMC 6953483 . PMID 31400849 .  
  6. ^ Плимптон RL, Cuéllar J, Lai CW, Aoba T, Makaju A, Franklin S и др. (Февраль 2015 г.). «Структуры комплексов Gβ-CCT и PhLP1-Gβ-CCT раскрывают механизм укладки β-субъединицы G-белка и сборки димера Gβγ» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 112 (8): 2413–8. Bibcode : 2015PNAS..112.2413P . DOI : 10.1073 / pnas.1419595112 . PMC 4345582 . PMID 25675501 .  
  7. ^ Cuéllar J, Ludlam WG, Tensmeyer NC, Aoba T, Dhavale M, Santiago C и др. (Июнь 2019). «Структурно-функциональный анализ роли шаперонина CCT в сборке комплекса mTOR» . Nature Communications . 10 (1): 2865. Bibcode : 2019NatCo..10.2865C . DOI : 10.1038 / s41467-019-10781-1 . PMC 6599039 . PMID 31253771 .  
  8. ↑ Мурзин А.Г. (октябрь 1992 г.). «Принципы конструкции винта из бета-листов: предпочтение семикратной симметрии». Белки . 14 (2): 191–201. DOI : 10.1002 / prot.340140206 . PMID 1409568 . 
  9. ^ Грегори А, Курьян М.А., Хаак Т, Хейфлик SJ, Хогарт P (1993). Адам М. П., Ардингер Х. Х., Пагон Р. А., Уоллас С. Е. (ред.). Бета-пропеллерная белковая нейродегенерация . GeneReviews® . Вашингтонский университет, Сиэтл. PMID 28211668 . Проверено 20 ноября 2018 . 
  10. ↑ Air GM (июль 2012 г.). «Нейраминидаза гриппа» . Грипп и другие респираторные вирусы . 6 (4): 245–56. DOI : 10.1111 / j.1750-2659.2011.00304.x . PMC 3290697 . PMID 22085243 .  
  11. ↑ Матросович М.Н., Матросович Т.Ю., Грей Т., Робертс Н.А., Кленк HD (ноябрь 2004 г.). «Нейраминидаза важна для инициации инфицирования вирусом гриппа в эпителии дыхательных путей человека» . Журнал вирусологии . 78 (22): 12665–7. DOI : 10,1128 / JVI.78.22.12665-12667.2004 . PMC 525087 . PMID 15507653 .  
  12. ^ Нир EJ, Шмидт CJ, Nambudripad R, Smith TF (сентябрь 1994). «Древнее семейство регуляторных белков WD-повторов». Природа . 371 (6495): 297–300. Bibcode : 1994Natur.371..297N . DOI : 10.1038 / 371297a0 . PMID 8090199 . S2CID 600856 .  
  13. ^ Смит TF, Gaitatzes C, Саксен K, Нир EJ (май 1999). «Повторение WD: общая архитектура для различных функций». Направления биохимических наук . 24 (5): 181–5. DOI : 10.1016 / S0968-0004 (99) 01384-5 . PMID 10322433 . 
  14. ^ EMBL-EBI, InterPro. "Бета-винт типа WD40 (IPR011659) <InterPro <EMBL-EBI" . www.ebi.ac.uk . Проверено 19 ноября 2018 .
  15. ^ Zhang DW, Garuti R, Тан WJ, Cohen JC, Hobbs HH (сентябрь 2008). «Структурные требования для PCSK9-опосредованной деградации рецептора липопротеинов низкой плотности» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (35): 13045–50. Bibcode : 2008PNAS..10513045Z . DOI : 10.1073 / pnas.0806312105 . PMC 2526098 . PMID 18753623 .  
  16. ^ Беттеридж DJ (февраль 2013 г. ). «Сердечно-сосудистая эндокринология в 2012 году: PCSK9 - захватывающая цель для снижения уровня холестерина ЛПНП». Обзоры природы. Эндокринология . 9 (2): 76–8. DOI : 10.1038 / nrendo.2012.254 . PMID 23296165 . S2CID 27839784 .  
  17. ↑ Chen CC, Cheng KJ, Ko TP, Guo RT (09.01.2015). «Текущие достижения в исследованиях фитазы: трехмерная структура и белковая инженерия» . ChemBioEng Обзоры . 2 (2): 76–86. DOI : 10.1002 / cben.201400026 .
  18. ^ Копец KO, Lupas AN (2013). «Лопасти β-пропеллера как предковые пептиды в эволюции белков» . PLOS ONE . 8 (10): e77074. Bibcode : 2013PLoSO ... 877074K . DOI : 10.1371 / journal.pone.0077074 . PMC 3797127 . PMID 24143202 .  

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Бранден С., Туз Дж. (1999). Введение в структуру белка 2-е изд. Издательство Гарленд: Нью-Йорк, штат Нью-Йорк.

Внешние ссылки [ править ]

  • SCOP 4-лопастные винты beta
  • Пятилопастные винты SCOP beta
  • SCOP 6-лопастные винты beta
  • 7-лопастные винты SCOP beta
  • SCOP 8-лопастные винты beta