Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Семейство гликозилтрансфераз 41
Идентификаторы
СимволGT41
PfamPF13844
CAZyGT41
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumрезюме структуры

N -гликозилтрансфераза представляет собой фермент в прокариотах, который переносит отдельные гексозы на аспарагиновые боковые цепи в белках-субстратах с использованиемсвязанногос нуклеотидами промежуточного звена внутри цитоплазмы. Они отличаются от обычных N- гликозилирующих ферментов , которые представляют собой олигосахарилтрансферазы , переносящие предварительно собранные олигосахариды . Оба фермента семьиоднако целевой общей аминокислотной последовательности аспарагин - любой аминокислотыкроме пролина - серин или треонин (N-X-S / T), с некоторыми изменениями.

Такие ферменты были обнаружены у бактерий Actinobacillus pleuropneumoniae (чья N- гликозилтрансфераза является наиболее изученным членом этого семейства ферментов) и Haemophilus influenzae , а позже и у других видов бактерий, таких как Escherichia coli . N -гликозилтрансферазы обычно нацелены на белки адгезина , которые участвуют в прикреплении бактериальных клеток к эпителию (у патогенных бактерий ); гликозилирование важно для стабильности и функции адгезинов.

История и определение [ править ]

Активность N- гликозилтрансферазы была впервые обнаружена в 2003 г. St. Geme et al. в гемофильной [1] и идентифицирован как новый тип гликозилтрансферазой в 2010 году [2] Actinobacillus pleuropneumoniae N -glycosyltransferase является лучшим исследовал фермент этого семейства. [3] [4] Первоначально гликозилирование белков считалось чисто эукариотическим процессом [5] до того, как такие процессы были обнаружены у прокариот , включая N- гликозилтрансферазы. [3]

Биохимия [ править ]

N -гликозилтрансферазы представляют собой необычный [а] тип гликозилтрансферазы, который присоединяет отдельные гексозы к целевому белку. [6] [7] [4] Для присоединения сахаров к атому азота в амидной группе - такой как амидная группа аспарагина - требуется фермент , поскольку электроны азота делокализованы в пи-электронной системе с углерод амида. Было предложено несколько механизмов активации. Среди них депротонирование амида, взаимодействие между гидроксильнымигруппы в субстратном секвоне с амидом [9] (теория, которая подтверждается тем фактом, что скорости гликозилирования, по-видимому, увеличиваются с увеличением основности второй аминокислоты в секвоне [10] ) и два взаимодействия с участием кислых аминокислот в фермент с каждым атомом водорода амидной группы. Этот механизм подтверждается рентгеновскими структурами и биохимической информацией о процессах гликозилирования; взаимодействие нарушает делокализацию и позволяет электронам азота выполнять нуклеофильную атаку на сахарный субстрат. [8]

N -гликозилтрансферазы из Actinobacillus pleuropneumoniae [11] и Haemophilus influenzae используют последовательности аспарагин- аминокислота- серин или треонин в качестве последовательностей-мишеней, такая же последовательность используется олигосахарилтрансферазами. [12] глутамина -469 остаток в Actinobacillus pleuropneumoniae N -glycosyltransferase и его гомологов в другом N -glycosyltransferases имеет важное значение для селективности фермента. [13] На активность фермента также влияют аминокислоты вокруг секвона, при этом особенно важны структуры бета-петли.[14] По крайней мере, N- гликозилтрансфераза Actinobacillus pleuropneumoniae может также гидролизовать сахарные нуклеотиды в отсутствие субстрата, [15] характер, часто наблюдаемый в гликозилтрансферазах, [16] и некоторые N- гликозилтрансферазы могут присоединять дополнительные гексозы катомам кислорода гексоза, связанная с белком. [7] N -glycosylation по Actinobacillus pleuropneumoniae HMW1C не требует металлов , [11] в соответствии с наблюдениямисделанными на других GT41 семьи гликозилтрансферазами [17] и отличие от олигосахарилтрансфераз. [11]

Классификация [ править ]

Структурно N -гликозилтрансферазы принадлежат к семейству гликозилтрансфераз GT41 и напоминают протеин- O- GlcNAc-трансферазу , эукариотический фермент с различными ядерными , митохондриальными и цитозольными мишенями. [8] Обычные N- связанные олигосахарилтрансферазы принадлежат к другому семейству белков, STT3 . [18] гемофильной N -glycosyltransferase имеет домены с гомологий к глутатион S -transferase и гликоген - синтазы . [19]

В N -glycosyltransferases подразделяется на два функциональные класс, первый (например , несколько Yersinia , кишечная палочка и Burkholderia зр.) Связана с тримерным Автовозом адгезинов а вторые ферменты геномному связаны с рибосомой и углеводный обменом , связанные белками (например , Actinobacillus pleuropneumoniae , Haemophilus ducreyi и Kingella kingae ). [20]

Функции [ править ]

N- связанное гликозилирование - важный процесс, особенно у эукариот, где более половины всех белков имеют присоединенные N- связанные сахара [12] и где это наиболее распространенная форма гликозилирования. [21] Эти процессы также важны у прокариот [12] и архей . [22] У животных, например, процессинг белка в эндоплазматическом ретикулуме и некоторые функции иммунной системы зависят от гликозилирования. [9] [b]

Основными субстратами N- гликозилтрансфераз являются адгезины . [8] Адгезины - это белки, которые используются для колонизации поверхности, часто на поверхности слизистой оболочки в случае патогенных бактерий. [25] N -glycosyltransferase гомологи были обнаружены в патогенных гамма-протеобактерии , [26] , такие как Yersinia и другие Pasteurellaceae . [8] Эти гомологи очень похожи на фермент Actinobacillus pleuropneumoniae и могут гликозилировать адгезин HMW1A Haemophilus influenzae . [27]

N -гликозилтрансферазы могут быть новым инструментом гликоинженерии [28], учитывая, что они не требуют липидного носителя для выполнения своей функции. [29] Гликозилирование важно для функции многих белков, и производство гликозилированных белков может быть проблемой. [24] Возможное использование инструментов гликоинженерии включает создание вакцин против полисахаридов, связанных с белками. [30]

Примеры [ править ]

  • Actinobacillus pleuropneumoniae имеет гликозилтрансферазу, гомологичную HMW1C, которая может N -гликозилировать белокHMW1A Haemophilus influenzae . [12] Нативнымисубстратами являются аутотранспортеры адгезинов в Actinobacillus pleuropneumoniae [31], такие как AtaC [32] и другие pasteurellaceae . [33] Он использует тот же целевой секвон, что ифермент HMW1C Haemophilus influenzae [11] и олигосахарилтрансферазы [28], и было высказано предположение, что этот выбор последовательности сделан по причинам молекулярной мимикрии . [34]Кроме того, она также может предназначаться другие последовательности [8] , такие гомосерин , [35] , однако он неактивен против аспарагина , за которыми следует пролина . [11] В целом, этот фермент относительно неспецифичен в отношении белков с секвоном. [36] Существуют противоречивые сообщения о том, может ли он использовать глутамин [35] [11] или выполнять соединение гексозы и гексозы [12] [37], но он может действовать как O- гликозилтрансфераза. [34] Кроме того, этот фермент предпочтительно использует UDP- глюкозу вместо UDP-галактозы [11], а также может использовать пентозы., манноза и GDP связаны сахарами, но не содержат замещенных гексоз, таких как N- ацетилглюкозамин . [15] Его структура и сайты, участвующие в связывании субстрата, были выяснены. [38] N -glycosyltransferase сопровождается другой гликозилтрансферазой , который придает глюкозу к белку гликанов, [39] и два гликозилтрансферазы являются частью оперона вместе с третьим белком , который участвует в methylthiolation из рибосом . [40]
  • Aggregatibacter aphrophilus экспрессирует гомолог HMW1C. [41] Субстрат для гомолога HMW1C Aggregatibacter aphrophilus называется EmaA и представляет собойбелок- аутотранспортер . [41] Aggregatibacter aphrophilus гликозилтрансфераза имеет важное значение для адгезии бактерий к эпителию . [42]
  • У Haemophilus influenzae ( возбудителя респираторного тракта [7] ) N- гликозилтрансфераза HMW1C присоединяет галактозу и глюкозу, взятые из нуклеотидного носителя, к адгезину HMW1A. Этот процесс важен для стабильности белка HMW1A. Следует отметить, что HMW1C использует N-X-S / T sequon в качестве субстрата, один и тот же sequon мишенью oligosaccharyltransferase , [12] , а также можно прикрепить дополнительные гексозы к уже связанной с белком гексозы. [43] Сахар прикреплен к UDP- носителю, [22] [8]сам фермент является цитоплазматическим и переносит 47 гексоз на свой субстрат HMW1A, [22] [21], хотя не все секвоны-кандидаты являются мишенями. [29] В некоторых аспектах он больше похож на O- гликозилтрансферазы, чем на N- гликозилирующие ферменты, [44] и очень похож на фермент Actinobacillus pleuropneumoniae . [29] Структурно он имеет складку GT-B с двумя субдоменами, которые напоминают складку Россмана и домен AAD. [43] Существуют доказательства того, что аминокислотные последовательности, содержащие секвон, отобраны против Haemophilus influenzae.белки, вероятно, потому что N- гликозилтрансфераза не является специфичной для мишени, и присутствие секвонов может привести к вредному гликозилированию нецелевых белков. [45] Haemophilus influenzae имеет дополнительный гомолог HMW1C HMW2C, [46] который вместе с адгезином HMW2 образует аналогичную систему субстрат-фермент. [43] Геномный локус HMW1C находится рядом с локусом HMW1A. [47]
  • Энтеротоксигенная Escherichia coli использует N- гликозилтрансферазу, называемую EtpC, для модификации белка EtpA, который является ортологом HMW1A Haemophilus influenzae . [48] EtpA действует как адгезин, который опосредует связывание с кишечным эпителием [6], а отсутствие гликозилирования изменяет поведение бактерий при прикреплении . [20]
  • Kingella kingae экспрессирует гомолог HMW1C. [41] автовоз белок KNH является субстратом HMW1C гомолога Kingella kingae . Процесс гликозилирования важен для способности Kingella kingae образовывать бактериальные агрегаты и связываться с эпителием ; [49] при его отсутствии адгезия и экспрессиябелка Knh нарушены. [42] Процесс гликозилирования у Kingella kingae строго не связан с консенсусной последовательностью. [50]
  • Yersinia enterocolitica имеет функциональную N- гликозилтрансферазу. [18] [8] Он также содержит белок, аналогичный HMW1C, но неизвестно, обладает ли он такой же активностью. [48]
  • Другие гомологи были обнаружены у видов Burkholderia , Escherichia coli , Haemophilus ducreyi , видов Mannheimia, видов Xanthomonas , Yersinia pestis и Yersinia pseudotuberculosis . [6] [1]

Примечания [ править ]

  1. ^ Обычные N- гликозилтрансферазы представляютсобой ферменты,переносящие олигосахариды . [6] [7] [4] Несмотря на то, что оба семейства ферментов присоединяют сахар к азоту, N- гликозилтрансфераза Haemophilus influenzae не имеет ничего общего с олигосахарилтрансферазами [8] и, по-видимому, развивалась независимо. [1]
  2. ^ N- гликозилирование обычно включает присоединение олигосахаридов к аминогруппам аспарагина в белках; [12] за аспарагином обычно следует две аминокислоты позже - серин или треонин . [23] олигосахариды в большинстве случаев собран на изопреноиде в качестве носителя , [22] с различными олигосахаридамииспользуемыми. [24]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Nothaft & Szymanski 2013 , стр. 6916.
  2. ^ Choi et al. 2010 , стр. 2.
  3. ^ а б Сонг и др. 2017 , стр. 8856.
  4. ^ a b c Naegeli & Aebi 2015 , стр. 11.
  5. ^ Nothaft & Szymanski 2013 , стр. 6912.
  6. ^ a b c d Грасс, Сьюзен; Lichti, Cheryl F .; Таунсенд, Р. Рид; Гросс, Юлия; Iii, Джозеф В. Сент-Джем (27 мая 2010 г.). "Белок HMW1C Haemophilus influenzae представляет собой гликозилтрансферазу, которая переносит остатки гексозы на участки аспарагина в адгезине HMW1" . PLOS Патогены . 6 (5): 6. DOI : 10.1371 / journal.ppat.1000919 . ISSN  1553-7374 . PMC  2877744 . PMID  20523900 .
  7. ^ a b c d Gawthorne et al. 2014 , стр. 633.
  8. ^ a b c d e f g h Naegeli et al. 2014 , стр. 24522.
  9. ^ a b Naegeli et al. 2014 , стр. 24521.
  10. ^ Bause & Legler 1981 , с. 644.
  11. ^ Б с д е е г Шварца и др. 2011 , стр. 35273.
  12. ^ Б с д е е г Шварца и др. 2011 , стр. 35267.
  13. ^ Сонг и др. 2017 , стр. 8861.
  14. ^ Bause, E (1 февраля 1983). «Структурные требования N- гликозилирования белков. Исследования с пептидами пролина в качестве конформационных зондов» . Биохимический журнал . 209 (2): 331–336. DOI : 10.1042 / bj2090331 . ISSN 0264-6021 . PMC 1154098 . PMID 6847620 .   
  15. ^ a b Naegeli et al. 2014 , стр. 24524.
  16. ^ Naegeli et al. 2014 , стр. 24530.
  17. ^ Choi et al. 2010 , стр. 7.
  18. ^ a b Naegeli et al. 2014 , стр. 2171.
  19. ^ Kawai et al. 2011 , стр. 38553.
  20. ^ a b McCann & St Geme 2014 , стр. 2.
  21. ^ а б Чой и др. 2010 , стр. 1.
  22. ^ а б в г Naegeli et al. 2014 , стр. 2170.
  23. ^ Bause & Legler 1981 , стр. 639.
  24. ^ a b Naegeli & Aebi 2015 , стр. 4.
  25. ^ Грасс и др. 2003 , стр. 737.
  26. ^ Шварц и др. 2011 , стр. 35269.
  27. ^ Gawthorne et al. 2014 , стр. 636.
  28. ^ а б Сонг и др. 2017 , стр. 8857.
  29. ^ a b c McCann & St Geme 2014 , стр. 3.
  30. ^ Нейджели & Aebi 2015 , стр. 12.
  31. ^ Naegeli et al. 2014 , стр. 2172.
  32. ^ Ключи, Тимоти Дж .; Веттер, Майкл; Давай, Иван; Ручманн, Кристоф; Руссо, Симона; Малли, Мануэла; Штеффен, Майкл; Цуппигер, Матиас; Мюллер, Фабиан; Шнайдер, Йорг; Фаридмоайер, Амирреза; Линь, Чиа-вэй; Эби, Маркус (ноябрь 2017 г.). «Биосинтетический путь полисиалирования белков в Escherichia coli». Метаболическая инженерия . 44 : 293–301. DOI : 10.1016 / j.ymben.2017.10.012 . ISSN 1096-7176 . PMID 29101090 .  
  33. ^ Naegeli et al. 2014 , стр. 2173.
  34. ^ a b Naegeli et al. 2014 , стр. 2178.
  35. ^ a b Naegeli et al. 2014 , стр. 24531.
  36. ^ Gawthorne et al. 2014 , стр. 634.
  37. ^ Kawai et al. 2011 , стр. 38547.
  38. ^ Kawai et al. 2011 , стр. 38549,38550.
  39. ^ Cuccui et al. 2017 , стр. 2.
  40. ^ Cuccui et al. 2017 , стр. 10.
  41. ^ а б в Ремпе и др. 2015 , стр. 5.
  42. ^ а б Ремпе и др. 2015 , стр. 4.
  43. ^ a b c McCann & St Geme 2014 , стр. 1.
  44. ^ Ремпе и др. 2015 , стр. 2.
  45. ^ Gawthorne et al. 2014 , стр. 637 638.
  46. ^ Грасс и др. 2003 , стр. 742.
  47. ^ Kawai et al. 2011 , стр. 38546.
  48. ^ a b Вальгуарнера, Эсекьель; Кинселла, Рэйчел Л .; Фельдман, Марио Ф. (август 2016 г.). «Сахар и специи делают бактерии неприятными: гликозилирование белков и его влияние на патогенез». Журнал молекулярной биологии . 428 (16): 3206–3220. DOI : 10.1016 / j.jmb.2016.04.013 . ISSN 0022-2836 . PMID 27107636 .  
  49. ^ Ремпе и др. 2015 , стр. 3.
  50. ^ Ремпе и др. 2015 , стр. 6.

Источники [ править ]

  • Bause, E; Леглер, Г. (1 июня 1981 г.). «Роль гидроксиаминокислоты в триплетной последовательности Asn – Xaa – Thr (Ser) для стадии N- гликозилирования во время биосинтеза гликопротеинов» . Биохимический журнал . 195 (3): 639–644. DOI : 10.1042 / bj1950639 . ISSN  0264-6021 . PMC  1162935 . PMID  7316978 .
  • Чой, Кён Чжэ; Трава, Сьюзен; Пэк, Сонхи; St Geme, Joseph W .; Ё, Хе-Чжон (30 декабря 2010 г.). «Actinobacillus pleuropneumoniae HMW1C- подобная гликозилтрансфераза опосредует N- связанное гликозилирование адгезина HMW1 Haemophilus influenzae» . PLOS ONE . 5 (12): e15888. Bibcode : 2010PLoSO ... 515888C . DOI : 10.1371 / journal.pone.0015888 . ISSN  1932-6203 . PMC  3012730 . PMID  21209858 .
  • Куккуи, Джон; Terra, Vanessa S .; Bossé, Janine T .; Негели, Андреас; Абуэльхадид, Шериф; Ли, Янвэнь; Линь, Чиа-Вэй; Вохра, Прерна; Такер, Александр В .; Rycroft, Andrew N .; Маскелл, Дункан Дж .; Эби, Маркус; Langford, Paul R .; Рен, Брендан В .; Консорциум от имени BRaDP1T (1 января 2017 г.). «Система N- связывающего гликозилирования из Actinobacillus pleuropneumoniae необходима для адгезии и может быть использована в гликозилировании» . Открытая биология . 7 (1): 160212. DOI : 10.1098 / rsob.160212 . ISSN  2046-2441 . PMC  5303269 . PMID  28077594 .
  • Gawthorne, Jayde A .; Tan, Nikki Y .; Бейли, Улла-Майя; Дэвис, Маргарет Р .; Wong, Linette W .; Найду, Ранджита; Фокс, Кейт Л .; Дженнингс, Майкл П .; Шульц, Бенджамин Л. (март 2014 г.). «Селекция против сайтов гликозилирования в потенциальных белках-мишенях общей N- гликозилтрансферазы HMWC в Haemophilus influenzae». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях . 445 (3): 633–638. DOI : 10.1016 / j.bbrc.2014.02.044 . ISSN  0006-291X . PMID  24565833 .
  • Трава, Сьюзен; Бушер, Эми З .; Мечи, У. Эдвард; Apicella, Michael A .; Баренкамп, Стивен Дж .; Озхлевски, Нил; St Geme, Джозеф В. (9 апреля 2003 г.). «Адгезин HMW1 Haemophilus influenzae гликозилируется в процессе, который требует HMW1C и фосфоглюкомутазы, фермента, участвующего в биосинтезе липоолигосахаридов» . Молекулярная микробиология . 48 (3): 737–751. DOI : 10.1046 / j.1365-2958.2003.03450.x . PMID  12694618 . S2CID  25667209 .
  • Кавай, Фумихиро; Трава, Сьюзен; Ким, Ёнчхан; Чой, Кён Чжэ; Geme, Joseph W. St; Ё, Хе-Чжон (4 ноября 2011 г.). «Структурные сведения о гликозилтрансферазной активности HMW1C-подобного белка Actinobacillus pleuropneumoniae» . Журнал биологической химии . 286 (44): 38546–38557. DOI : 10.1074 / jbc.M111.237602 . ISSN  0021-9258 . PMC  3207471 . PMID  21908603 .
  • McCann, Jessica R .; St Geme, Джозеф В. (10 апреля 2014 г.). «HMW1C-подобные гликозилтрансферазы - семейство ферментов с сладкоежкой для простых сахаров» . PLOS Патогены . 10 (4): e1003977. DOI : 10.1371 / journal.ppat.1003977 . ISSN  1553-7374 . PMC  3983070 . PMID  24722584 .
  • Негели, Андреас; Эби, Маркус (2015). Современные подходы к инженерии гликозилирования N- связанных белков в бактериях . Глико-Инжиниринг . Методы молекулярной биологии. 1321 . Humana Press, Нью-Йорк, Нью-Йорк. С. 3–16. DOI : 10.1007 / 978-1-4939-2760-9_1 . ISBN 978-1-4939-2759-3. PMID  26082211 .
  • Негели, Андреас; Мишо, Гаэль; Шуберт, Марио; Линь, Чиа-Вэй; Лизак, Кристиан; Дарбре, Тамис; Реймонд, Жан-Луи; Эби, Маркус (29 августа 2014 г.). «Субстратная специфичность цитоплазматической N- гликозилтрансферазы» . Журнал биологической химии . 289 (35): 24521–24532. DOI : 10.1074 / jbc.M114.579326 . ISSN  0021-9258 . PMC  4148877 . PMID  24962585 .
  • Негели, Андреас; Neupert, Кристина; Фань, Яо-Юнь; Линь, Чиа-Вэй; Поляк, Кристина; Папини, Анна Мария; Шварц, Флавио; Эби, Маркус (24 января 2014 г.). «Молекулярный анализ альтернативного оборудования для N- гликозилирования путем функционального переноса от Actinobacillus pleuropneumoniae к Escherichia coli» . Журнал биологической химии . 289 (4): 2170–2179. DOI : 10.1074 / jbc.M113.524462 . ISSN  0021-9258 . PMC  3900963 . PMID  24275653 .
  • Нотафт, Харальд; Шимански, Кристина М. (8 марта 2013 г.). « N- гликозилирование бактериального белка : новые перспективы и применение» . Журнал биологической химии . 288 (10): 6912–6920. DOI : 10.1074 / jbc.R112.417857 . ISSN  0021-9258 . PMC  3591601 . PMID  23329827 .
  • Ремпе, Кэтрин А .; Spruce, Lynn A .; Porsch, Eric A .; Seeholzer, Steven H .; Нёрсков-Лауритсен, Нильс; Джем, Джозеф В. Стрит (1 сентября 2015 г.). «Нетрадиционное N- связанное гликозилирование способствует функции тримерного автотранспорта у Kingella kingae и Aggregatibacter aphrophilus» . mBio . 6 (4): e01206–15. DOI : 10,1128 / mBio.01206-15 . ISSN  2150-7511 . PMC  4550697 . PMID  26307167 .
  • Шварц, Флавио; Фань, Яо-Юнь; Шуберт, Марио; Эби, Маркус (7 октября 2011 г.). «Цитоплазматическая N- гликозилтрансфераза Actinobacillus pleuropneumoniae представляет собой инвертирующий фермент и распознает консенсусную последовательность NX (S / T)» . Журнал биологической химии . 286 (40): 35267–35274. DOI : 10.1074 / jbc.M111.277160 . ISSN  0021-9258 . PMC  3186387 . PMID  21852240 .
  • Сун, Цитао; Ву, Чжиган; Фань, Юэюань; Песня, Воран; Чжан, Пейру; Ван, Ли; Ван, факс; Сюй, Янъян; Ван, Пэн Г .; Чэн, Цзянсун (26 мая 2017 г.). «Производство гомогенного гликопротеина с многоузловыми модификациями сконструированным мутантом N- гликозилтрансферазы» . Журнал биологической химии . 292 (21): 8856–8863. DOI : 10.1074 / jbc.M117.777383 . ISSN  0021-9258 . PMC  5448120 . PMID  28381551 .

Внешние ссылки [ править ]