Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлен с мальтозо-связывающего белка )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Мальтоза / мальтодекстрин-связывающий периплазматический белок
1fqc mbp.png
Связывающий мальтозу белок из Escherichia coli со связанной молекулой сахара, показанной в виде красных сфер, из PDB : 1FQC . [1]
Идентификаторы
Организмкишечная палочка
Условное обозначениеМужчина
UniProtP0AEX9
Искать
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро

Мальтоза-связывающий белок ( МВР ) является частью мальтозы / мальтодекстрин системы кишечной палочки , которая отвечает за поглощение и эффективного катаболизма мальтодекстринов. Это сложная регуляторная и транспортная система, включающая множество белков и белковых комплексов. MBP имеет приблизительную молекулярную массу 42,5 килодальтон .

Структура и складывание [ править ]

МВР кодируются MALE геном из кишечной палочки . Ген malE кодирует предшественник полипептида (396 аминокислотных остатков), который дает зрелый МВР (370 остатков) при отщеплении NH 2 -концевого удлинения (26 остатков). Предшественник и зрелые формы MBP не содержат остатков цистеина. [2]

MBP - это мономерный белок. Кристаллические структуры показали, что MBP разделен на два отдельных глобулярных домена , которые связаны тремя короткими полипептидными сегментами. Два домена разделены глубокой бороздкой, которая содержит сайт связывания мальтозы / мальтодекстрина. Сравнение структур лигандированных и нелигандированных форм MBP показало, что связывание мальтозы вызывает серьезные конформационные изменения, которые закрывают бороздку за счет жесткого движения двух доменов вокруг связывающего полипептидного шарнира. [3] [4]

И предшественник, и зрелая форма MBP функциональны для связывания мальтозы. [5] Удлинение на NH 2 -конце снижает скорость сворачивания формы-предшественника MBP по сравнению с его зрелой формой по крайней мере в 5 раз, но не влияет на скорость разворачивания. [6] [7] Равновесное развертывание MBP можно смоделировать с помощью механизма с двумя состояниями со стабильностью ∆G (H 2 O), равной 9,45 ккал моль -1 при 25 ° C, pH 7,6. [8]

Локализация и экспорт [ править ]

МВР экспортируется в периплазматическое пространство из кишечной палочки . [9] NH 2 -концевое удлинение MBP, также называемое сигнальным пептидом , выполняет две функции: (i) оно замедляет укладку вновь синтезированного полипептида и (ii) направляет этот полипептид к мембране и транслокону SecYEG . После свертывания предшественник больше не может вступать в путь транслокации. [10] Введение заряженного аминокислотного остатка или остатка пролина в гидрофобное ядро ​​сигнального пептида достаточно для блокирования экспорта. [11]Дефектный экспорт мутантных ОБМ согласуется с альфа-спиральной конформацией и гидрофобными взаимодействиями сигнального пептида при его взаимодействии с транслоконным моторным белком SecA . [12] [13] [14]

Контроль выражения [ править ]

MALE ген, кодирующий МВР, принадлежит к Mal регулону из кишечной палочки , которая состоит из десяти генов, продукты которых приспособлены для эффективного поглощения и утилизации мальтозы и мальтодекстринов . Весь ген , участвующий в транспорте мальтозы / мальтодекстрина, в том числе MALE , сгруппированы в malB области кишечной палочки и организован в двух расходящихся оперонах : мужской Malf-malG и Malk-Lamb . [15] транскрипции начать сайты на malEp и malKp промоторовдалеки от 271 пары оснований. [16]

В malEp и malKp промоторы синергично активируют белка солод, активатор регулона Mal и к белку рецептора цАМФа CRP. Эта активация представляет собой сопряженный процесс, который включает переход от malEp к malKp : два сайта связывания MalT; три сайта связывания CRP и два перекрывающихся набора из трех сайтов связывания MalT, разнесенных на три пары оснований. [16] [17] [18] Активация транскрипции требует связывания аденозинтрифосфата (АТФ) и мальтотриозы с MalT и связывания циклического АМФ с димером CRP. [19]Нелигандированная форма MalT является мономерной, тогда как его лигандированная форма в присутствии АТФ и мальтотриозы является олигомерной. [20]

Использовать в качестве вектора белков и пептидов [ править ]

MBP используется для увеличения растворимости рекомбинантных белков, экспрессируемых в E. coli . В этих системах интересующий белок часто экспрессируется как гибридный белок MBP , предотвращающий агрегацию интересующего белка. Механизм, с помощью которого MBP увеличивает растворимость, не совсем понятен. Кроме того, сам MBP можно использовать в качестве аффинной метки для очистки рекомбинантных белков. Слитый белок связывается с колонками амилозы, в то время как все остальные белки проходят через него. Слитый белок MBP можно очистить, элюируя колонку мальтозой. После того, как гибридный белок получен в очищенной форме, интересующий белок часто отщепляется от MBP со специфическимпротеазы и затем может быть отделен от MBP с помощью аффинной хроматографии .

Первое исследование взаимосвязи между структурой и функциями MBP было выполнено путем случайной вставки короткого фрагмента ДНК, кодирующего сайт рестрикции BamHI , в ген malE . Некоторые из вставок повлияли на функции MBP, тогда как другие были разрешительными. [21] [22] Пермиссивные сайты, которые были внутренними по отношению к MBP, были использованы для вставки антигенных пептидов и воздействия на иммунный ответ у мышей. [23] Концевые вставки 3'-OH были использованы для создания гибридных белков и разработки использования MBP в качестве аффинного маркера для очистки чужеродных белков и пептидов с помощью аффинной хроматографии на поперечно-сшитой амилозе и элюции мальтозой в умеренных физических условиях. химические условия. [24][25] Несколько плазмидных векторов были разработаны для облегчения экспрессии и очистки таких слитых белков. [26]

Когда рекомбинантный МВР включает сигнальный пептид , слитый белок может экспортироваться в периплазматическое пространство , что облегчает его очистку, поскольку периплазматическая жидкость содержит только ограниченное количество белков и может быть восстановлена ​​либо с помощью осмотического шока, либо путем пермеабилизации бактериального шока. наружная мембрана с антибиотиками , такими как полимиксины . Такой экспорт слитого белка в периплазматическое пространство делает возможным образование дисульфидных связей в белке-пассажира, например, во фрагментах антител . [27] [28]Чужеродные белки, которые экспортируются или секретируются в их естественном организме, обычно могут экспортироваться в периплазму E. coli путем слияния с MBP. Примеры цитоплазматических белков, которые могут быть экспортированы путем слияния с MBP, включают мономерную полимеразу Кленова и димерный белок Gene V фага M13 . [24] [29] Когда рекомбинантный MBP включает либо дефектный сигнальный пептид, либо его отсутствие, слитый белок остается в цитоплазме бактерий, откуда он может быть восстановлен путем вскрытия клеток .

Слияние белков с MBP обычно увеличивает их растворимость и способствует их правильному сворачиванию, так что слитые белки чаще всего являются бифункциональными. [24] [30] Кроме того, такие слияния могут способствовать кристаллизации сложных белков, например мембранных белков. Структура кристаллизованного белка часто может быть решена с помощью рентгеновской кристаллографии с использованием молекулярной замены известной структуры MBP. [31]

См. Также [ править ]

  • Белковая метка
  • Флуоресцентные биосенсоры глюкозы
  • Глутатион S-трансфераза

Ссылки [ править ]

  1. ^ Дуань, Сяоцюнь; Холл, Джейсон А; Никайдо, Хироши; Quiocho, Florante A (март 2001 г.). «Кристаллические структуры мальтодекстрин / мальтозосвязывающий белок в комплексе с восстановленными олигосахаридами: гибкость третичной структуры и связывание лиганда». Журнал молекулярной биологии . 306 (5): 1115–1126. DOI : 10.1006 / jmbi.2001.4456 .
  2. ^ Дюпле Р, Bedouelle Н, Фаулер А, Zabin я, Saurin Вт, Hofnung М (август 1984 г.). «Последовательности гена malE и его продукта, мальтозо-связывающего белка Escherichia coli K12». Журнал биологической химии . 259 (16): 10606–13. PMID 6088507 . 
  3. ^ Spurlino JC, Lu GY, Quiocho FA (март 1991). «Структура разрешения 2,3-А мальтозы или мальтодекстрин-связывающего белка, первичного рецептора бактериального активного транспорта и хемотаксиса». Журнал биологической химии . 266 (8): 5202–19. DOI : 10.2210 / pdb1mbp / PDB . PMID 2002054 . 
  4. ^ Sharff AJ, Rodseth LE, Spurlino JC, Quiocho FA (ноябрь 1992). «Кристаллографические свидетельства большого лиганд-индуцированного шарнирно-поворотного движения между двумя доменами мальтодекстринсвязывающего белка, участвующего в активном транспорте и хемотаксисе». Биохимия . 31 (44): 10657–63. DOI : 10.1021 / bi00159a003 . PMID 1420181 . 
  5. ^ Ferenci T Рэндалл LL (октябрь 1979). «Белок-предшественник, связывающий мальтозу, активен в связывании субстрата». Журнал биологической химии . 254 (20): 9979–81. PMID 385604 . 
  6. ↑ Park S, Liu G, Topping TB, Cover WH, Randall LL (февраль 1988 г.). «Модуляция путей сворачивания экспортируемых белков лидерной последовательностью». Наука . 239 (4843): 1033–5. Bibcode : 1988Sci ... 239.1033P . DOI : 10.1126 / science.3278378 . PMID 3278378 . 
  7. ^ Beena K, Udgaonkar JB, Варадараджан R (март 2004). «Влияние сигнального пептида на стабильность и кинетику сворачивания мальтозо-связывающего белка». Биохимия . 43 (12): 3608–19. DOI : 10.1021 / bi0360509 . PMID 15035631 . 
  8. ^ Chun SY, Strobel S, Bassford P, Randall LL (октябрь 1993). «Сворачивание мальтозо-связывающего белка. Доказательства идентичности определяющего скорость этапа in vivo и in vitro». Журнал биологической химии . 268 (28): 20855–62. PMID 8407916 . 
  9. ^ Kellermann O, Szmelcman S (август 1974). «Активный транспорт мальтозы в Escherichia coli K12. Участие« периплазматического »белка, связывающего мальтозу». Европейский журнал биохимии . 47 (1): 139–49. DOI : 10.1111 / j.1432-1033.1974.tb03677.x . PMID 4215651 . 
  10. Перейти ↑ Randall LL, Hardy SJ (сентябрь 1986). «Корреляция компетентности для экспорта с отсутствием третичной структуры зрелых видов: исследование in vivo мальтозо-связывающего белка в E. coli». Cell . 46 (6): 921–8. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (86) 90074-7 . PMID 3530497 . S2CID 28503725 .  
  11. ^ Bedouelle H, Bassford PJ, Fowler А.В., Zabin I, J Беквит, Hofnung M (май 1980). «Мутации, которые изменяют функцию сигнальной последовательности мальтозосвязывающего белка Escherichia coli». Природа . 285 (5760): 78–81. Bibcode : 1980Natur.285 ... 78В . DOI : 10.1038 / 285078a0 . PMID 6990274 . S2CID 4253747 .  
  12. ^ Bedouelle Н, Hofnung М (1981). «Функциональные последствия анализа вторичной структуры сигнальных пептидов бактерий дикого типа и мутантных». Прогресс в клинических и биологических исследованиях . 63 : 399–403. PMID 7312870 . 
  13. ^ Chou YT, Gierasch LM (сентябрь 2005). «Конформация сигнального пептида, связанного препротеин-транслоказой Escherichia coli SecA» . Журнал биологической химии . 280 (38): 32753–60. DOI : 10.1074 / jbc.M507532200 . PMID 16046390 . 
  14. ^ Gelis I, Бонвен AM, Keramisanou D, Кукаки M, Gouridis G, Karamanou S, Economou A, Kalodimos CG (ноябрь 2007). «Структурная основа распознавания сигнальной последовательности моторной транслоказой SecA, как определено с помощью ЯМР» . Cell . 131 (4): 756–69. DOI : 10.1016 / j.cell.2007.09.039 . PMC 2170882 . PMID 18022369 .  
  15. ↑ Boos W, Shuman H (март 1998 г.). «Мальтоза / мальтодекстриновая система Escherichia coli: транспорт, метаболизм и регуляция» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 62 (1): 204–29. DOI : 10.1128 / MMBR.62.1.204-229.1998 . PMC 98911 . PMID 9529892 .  
  16. ^ a b Bedouelle H, Schmeissner U, Hofnung M, Rosenberg M (ноябрь 1982 г.). «Промоторы оперонов malEFG и malK-lamB в Escherichia coli K12». Журнал молекулярной биологии . 161 (4): 519–31. DOI : 10.1016 / 0022-2836 (82) 90405-3 . PMID 6185687 . 
  17. ^ Bedouelle H (ноябрь 1983). «Мутации в промоторных областях оперонов malEFG и malK-lamB Escherichia coli K12». Журнал молекулярной биологии . 170 (4): 861–82. DOI : 10.1016 / s0022-2836 (83) 80192-2 . PMID 6417341 . 
  18. Перейти ↑ Richet E (октябрь 2000 г.). «Синергическая активация транскрипции: двойная роль CRP в активации промотора Escherichia coli в зависимости от MalT и CRP» . Журнал EMBO . 19 (19): 5222–32. DOI : 10.1093 / emboj / 19.19.5222 . PMC 302108 . PMID 11013224 .  
  19. ^ Рише E, Raibaud O (март 1989). «MalT, регуляторный белок мальтозной системы Escherichia coli, является АТФ-зависимым активатором транскрипции» . Журнал EMBO . 8 (3): 981–7. DOI : 10.1002 / j.1460-2075.1989.tb03461.x . PMC 400900 . PMID 2524384 .  
  20. Перейти ↑ Schreiber V, Richet E (ноябрь 1999 г.). «Самоассоциация активатора транскрипции Escherichia coli MalT в присутствии мальтотриозы и АТФ» . Журнал биологической химии . 274 (47): 33220–6. DOI : 10.1074 / jbc.274.47.33220 . PMID 10559195 . 
  21. ^ Дюпле Р, Bedouelle Н, Szmelcman S, Hofnung М (1985). «Линкерный мутагенез в гене, кодирующем периплазматический мальтозо-связывающий белок E. coli». Биохимия . 67 (7–8): 849–51. DOI : 10.1016 / s0300-9084 (85) 80178-4 . PMID 3002495 . 
  22. ^ Duplay P, Szmelcman S, Bedouelle H, Hofnung M (апрель 1987). «Тихие и функциональные изменения в периплазматическом мальтозосвязывающем белке Escherichia coli K12. I. Транспорт мальтозы». Журнал молекулярной биологии . 194 (4): 663–73. DOI : 10.1016 / 0022-2836 (87) 90243-9 . PMID 2821264 . 
  23. ^ Coëffier Е, Клеман JM, Cussac В, Khodaei-Boorane Н, Jehanno М, Рохас М, Дриди А, Латур М, Эль Хабиб R, Барре-Синусси Ж, Hofnung М, Леклерк С (ноябрь 2000 г.). «Антигенность и иммуногенность эпитопа gp41 ВИЧ-1 ELDKWA, вставленного в пермиссивные сайты белка MalE». Вакцина . 19 (7–8): 684–93. DOI : 10.1016 / s0264-410x (00) 00267-X . PMID 11115689 . 
  24. ^ a b c Bedouelle H, Duplay P (февраль 1988 г.). «Производство в Escherichia coli и одностадийная очистка бифункциональных гибридных белков, которые связывают мальтозу. Экспорт полимеразы Кленова в периплазматическое пространство» . Европейский журнал биохимии . 171 (3): 541–9. DOI : 10.1111 / j.1432-1033.1988.tb13823.x . PMID 3278900 . 
  25. ^ Rondard Р, Р Brégégère, Lecroisey А, Delepierre М, Bedouelle Н (июль 1997 года). «Конформационные и функциональные свойства ундекапептидного эпитопа, слитого с С-концом мальтозосвязывающего белка». Биохимия . 36 (29): 8954–61. CiteSeerX 10.1.1.599.2650 . DOI : 10.1021 / bi962508d . PMID 9220983 .  
  26. ^ ди Гуан С., Ли П., Риггс П.Д., Иноуе Х. (июль 1988 г.). «Векторы, которые облегчают экспрессию и очистку чужеродных пептидов в Escherichia coli путем слияния с мальтозо-связывающим белком». Джин . 67 (1): 21–30. DOI : 10.1016 / 0378-1119 (88) 90004-2 . PMID 2843437 . 
  27. ^ Brégégère F, J Schwartz, Bedouelle H (февраль 1994). «Бифункциональные гибриды между вариабельными доменами иммуноглобулина и мальтозосвязывающим белком Escherichia coli: производство, очистка и связывание антигена». Белковая инженерия . 7 (2): 271–80. PMID 8170930 . 
  28. ^ Малик А (июнь 2016 г.). «Теги слияния белков для эффективной экспрессии и очистки рекомбинантных белков в периплазматическом пространстве E. coli» . 3 Biotech . 6 (1): 44. DOI : 10.1007 / s13205-016-0397-7 . PMC 4742420 . PMID 28330113 .  
  29. ^ Блондель A, Bedouelle H (октябрь 1990). «Экспорт и очистка цитоплазматического димерного белка путем слияния с мальтозо-связывающим белком Escherichia coli» . Европейский журнал биохимии . 193 (2): 325–30. DOI : 10.1111 / j.1432-1033.1990.tb19341.x . PMID 2226455 . 
  30. ^ Kapust RB, Вог DS (август 1999). «Мальтозосвязывающий белок Escherichia coli необычно эффективен для повышения растворимости полипептидов, с которыми он слит» . Белковая наука . 8 (8): 1668–74. DOI : 10.1110 / ps.8.8.1668 . PMC 2144417 . PMID 10452611 .  
  31. ↑ Waugh DS (март 2016 г.). «Кристаллические структуры слитых белков MBP» . Белковая наука . 25 (3): 559–71. DOI : 10.1002 / pro.2863 . PMC 4815407 . PMID 26682969 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • N-концевое слияние целевого белка с мальтозо-связывающим белком в Мичиганском технологическом университете
  • белок, связывающий мальтозу, по медицинским предметным рубрикам Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)
  • Общий протокол экспрессии и очистки рекомбинантных белков в Escherichia coli с использованием комбинаторной метки слияния His6-мальтозосвязывающего белка