Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Домен приемника регулятора ответа
3CHY.png
Регулятор ответа CheY из E. coli , при этом сайт фосфорилирования аспартата выделен зеленым цветом. Из PDB : 3CHY .
Идентификаторы
СимволResponse_reg
PfamPF00072
Клан пфамCL0304
ИнтерПроIPR001789
УМНАЯREC
PROSITEPDOC50110
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры

Регулятор ответа является белком , который опосредует клетку ответ «сек на изменения в окружающей среде , как части двухкомпонентной системы регулирования . Регуляторы ответа связаны со специфическими гистидинкиназами, которые служат датчиками изменений окружающей среды. Регуляторы ответа и гистидинкиназы - два наиболее распространенных семейства генов у бактерий , где очень распространены двухкомпонентные сигнальные системы; они также гораздо реже появляются в геномах некоторых архей , дрожжей , нитчатых грибов и растений . Двухкомпонентные системы не встречаются вмногоклеточные животные . [1] [2] [3] [4]

Функция [ править ]

Кристаллическая структура дрожжевого белка переноса гистидина Ypd1 в комплексе с регулятором ответа Sln1 . Ypd1 появляется справа с консервативным четырехспиральным пучком желтым и переменными спиралями красным. Sln1 появляется слева с бета-листами коричневого цвета и спиралями коричневого цвета. Ключевые остатки - Asp от Sln1 и ​​His от Ypd1 - выделены зелеными палочками. Связанный ион магния показан оранжевой сферой, а трифторид бериллия , аналог фосфорила, показан розовым. Из PDB : 2R25 . [5]

Белки-регуляторы ответа обычно состоят из домена- приемника и одного или нескольких эффекторных доменов, хотя в некоторых случаях они обладают только доменом-приемником и проявляют свои эффекты посредством белок-белковых взаимодействий . В двухкомпонентной сигнализации, гистидин киназа реагирует на изменения в окружающую среду с помощью автофосфорилированию на гистидин остатке, после чего регулятор отклика приемника домен катализирует передачу фосфатной группы к своему собственному получателю аспартаты остатку. Это вызывает конформационные изменения, которые изменяют функцию эффекторных доменов, что обычно приводит к усилению транскрипции.целевых генов. Механизмы, с помощью которых это происходит, разнообразны и включают аллостерическую активацию эффекторного домена или олигомеризацию фосфорилированных регуляторов ответа. [2] В общем варианте на эту тему, называемом фосфорелей, гибридная гистидинкиназа обладает собственным принимающим доменом, а белок гистидин-фосфотрансфера выполняет окончательный перенос регулятору ответа. [4]

Во многих случаях гистидинкиназы являются бифункциональными и также служат в качестве фосфатаз , катализируя удаление фосфата из аспартатных остатков регулятора ответа, так что сигнал, передаваемый регулятором ответа, отражает баланс между активностью киназы и фосфатазы. [4] Многие регуляторы ответа также способны к автодефосфорилированию, которое происходит в широком диапазоне временных масштабов. [2] Кроме того, фосфоаспартат относительно химически нестабилен и может подвергаться неферментативному гидролизу. [1]

Гистидинкиназы очень специфичны в отношении своих родственных регуляторов ответа; между разными двухкомпонентными системами сигнализации в одной соте очень мало перекрестных помех. [6]

Классификация [ править ]

Регуляторы ответа можно разделить, по крайней мере, на три широких класса в зависимости от особенностей эффекторных доменов: регуляторы с ДНК-связывающим эффекторным доменом, регуляторы с ферментативным эффекторным доменом и однодоменные регуляторы ответа. [3] Возможны более полные классификации, основанные на более подробном анализе архитектуры предметной области. Помимо этих широких категорий, существуют регуляторы ответа с другими типами эффекторных доменов, включая РНК-связывающие эффекторные домены.

Регуляторы с ДНК-связывающим эффекторным доменом являются наиболее распространенными регуляторами ответа и имеют прямое влияние на транскрипцию . [7] Они имеют тенденцию взаимодействовать со своими родственными регуляторами в N-конце приемного домена и содержат эффектор связывания ДНК по направлению к С-концу. После фосфорилирования в принимающем домене регулятор ответа димеризуется, приобретает повышенную способность связывания ДНК и действует как фактор транскрипции . [8] Архитектура ДНК-связывающих доменов характеризуется как вариации на основе мотивов спираль-поворот-спираль . Один вариант, найденный на регуляторе отклика OmpR двухкомпонентной системы EnvZ / OmpRи другие регуляторы реакции, подобные OmpR, представляют собой архитектуру «крылатой спирали». [9] OmpR-подобные регуляторы ответа являются самой большой группой регуляторов ответа, и мотив крылатой спирали широко распространен. Другие подтипы регуляторов реакции связывания ДНК включают регуляторы, подобные FixJ и NtrC. [10] Регуляторы реакции связывания ДНК участвуют в различных процессах захвата, включая нитрат / нитрит (NarL, обнаруженный у большинства прокариот). [11]

Второй класс регуляторов многодоменного ответа - это регуляторы с ферментативными эффекторными доменами. [12] Эти регуляторы ответа могут участвовать в передаче сигнала и генерировать вторичные молекулы- мессенджеры . Примеры включают регулятор хемотаксиса CheB с доменом метилэстеразы, который ингибируется, когда регулятор ответа находится в неактивной нефосфорилированной конформации. Другие регуляторы ферментативного ответа включают c-ди-GMP фосфодиэстеразы (например, VieA в V. cholerae ), протеинфосфатазы и гистидинкиназы. [12]

Относительно небольшое количество регуляторов ответа, однодоменных регуляторов ответа, содержат только рецепторный домен, полагаясь на белок-белковые взаимодействия для проявления своих последующих биологических эффектов. [13] Приемный домен претерпевает конформационные изменения, поскольку он взаимодействует с аутофосфорилированной гистидинкиназой, и, следовательно, регулятор ответа может инициировать дальнейшие реакции по сигнальному каскаду. Яркие примеры включают регулятор хемотаксиса CheY, который взаимодействует с моторными белками жгутика непосредственно в своем фосфорилированном состоянии. [13]

Секвенирование до сих пор показало, что отдельные классы регуляторов ответа неравномерно распределены по разным таксонам [14], в том числе по доменам. В то время как регуляторы ответа с ДНК-связывающими доменами являются наиболее распространенными у бактерий, однодоменные регуляторы ответа чаще встречаются у архей, при этом другие основные классы регуляторов ответа, по-видимому, отсутствуют в геномах архей.

Эволюция [ править ]

Количество двухкомпонентных систем, присутствующих в бактериальном геноме , сильно коррелирует с размером генома, а также с экологической нишей ; Бактерии, занимающие ниши с частыми колебаниями окружающей среды, обладают большим количеством гистидинкиназ и регуляторов ответа. [4] [7] Новые двухкомпонентные системы могут возникать в результате дупликации генов или латерального переноса генов , и относительные скорости каждого процесса сильно различаются у разных видов бактерий. [15] В большинстве случаев гены-регуляторы ответа расположены в том же опероне, что и их родственная гистидинкиназа; [4]латеральные переносы генов с большей вероятностью сохранят структуру оперона, чем дупликации генов. [15] Небольшое количество двухкомпонентных систем, присутствующих у эукариот, скорее всего, возникло в результате латерального переноса генов от эндосимбиотических органелл; в частности, те, которые присутствуют в растениях, вероятно, происходят из хлоропластов . [4]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Stock AM, Робинсон VL, Goudreau PN (2000). «Двухкомпонентное преобразование сигнала». Ежегодный обзор биохимии . 69 : 183–215. DOI : 10.1146 / annurev.biochem.69.1.183 . PMID  10966457 .
  2. ^ a b c West AH, Stock AM (июнь 2001 г.). «Гистидинкиназы и белки-регуляторы ответа в двухкомпонентных сигнальных системах». Направления биохимических наук . 26 (6): 369–76. DOI : 10.1016 / s0968-0004 (01) 01852-7 . PMID 11406410 . 
  3. ^ а б Гальперин М.Ю. (июнь 2005 г.). «Перепись мембраносвязанных и внутриклеточных белков передачи сигнала в бактериях: бактериальный IQ, экстраверты и интроверты» . BMC Microbiology . 5 : 35. DOI : 10,1186 / 1471-2180-5-35 . PMC 1183210 . PMID 15955239 .  
  4. ^ Ь с д е е Capra, EJ Лауба MT (2012). «Эволюция двухкомпонентных систем передачи сигналов» . Ежегодный обзор микробиологии . 66 : 325–47. DOI : 10.1146 / annurev-micro-092611-150039 . PMC 4097194 . PMID 22746333 .  
  5. Перейти ↑ Zhao X, Copeland DM, Soares AS, West AH (январь 2008 г.). «Кристаллическая структура комплекса между фосфорильным белком YPD1 и доменом регулятора ответа SLN1, связанным с фосфорильным аналогом» . Журнал молекулярной биологии . 375 (4): 1141–51. DOI : 10.1016 / j.jmb.2007.11.045 . PMC 2254212 . PMID 18076904 .  
  6. Перейти ↑ Rowland MA, Deeds EJ (апрель 2014 г.). «Перекрестные помехи и эволюция специфичности в двухкомпонентной передаче сигналов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 111 (15): 5550–5. Bibcode : 2014PNAS..111.5550R . DOI : 10.1073 / pnas.1317178111 . PMC 3992699 . PMID 24706803 .  
  7. ^ а б Гальперин М.Ю. (июнь 2006 г.). «Структурная классификация регуляторов бактериального ответа: разнообразие выходных доменов и комбинаций доменов» . Журнал бактериологии . 188 (12): 4169–82. DOI : 10.1128 / jb.01887-05 . PMC 1482966 . PMID 16740923 .  
  8. ^ Барбьери CM, Wu T, со AM (май 2013). «Всесторонний анализ фосфорилирования, димеризации и связывания ДНК OmpR поддерживает каноническую модель активации» . Журнал молекулярной биологии . 425 (10): 1612–26. DOI : 10.1016 / j.jmb.2013.02.003 . PMC 3646996 . PMID 23399542 .  
  9. ^ Кенни, Линда Дж (2002-04-01). «Отношения структуры / функции в OmpR и других факторах транскрипции крылатой спирали». Текущее мнение в микробиологии . 5 (2): 135–141. DOI : 10.1016 / S1369-5274 (02) 00310-7 . PMID 11934608 . 
  10. ^ Раджив L, Luning EG, Dehal PS, Цена MN, Аркин AP, Mukhopadhyay A (октябрь 2011). «Систематическое картирование двухкомпонентных регуляторов ответа на генные мишени в модельной сульфатредуцирующей бактерии» . Геномная биология . 12 (10): R99. DOI : 10.1186 / ГБ-2011-12-10-r99 . PMC 3333781 . PMID 21992415 .  
  11. ^ Байкалов I, Шрёдер I, Kaczor-Grzeskowiak M, Grzeskowiak K, Gunsalus RP, Дикерсон RE (август 1996). «Структура регулятора ответа Escherichia coli NarL». Биохимия . 35 (34): 11053–61. CiteSeerX 10.1.1.580.6078 . DOI : 10.1021 / bi960919o . PMID 8780507 .  
  12. ^ а б Гальперин М.Ю. (апрель 2010 г.). «Разнообразие структуры и функций выходных доменов регулятора реакции» . Текущее мнение в микробиологии . 13 (2): 150–9. DOI : 10.1016 / j.mib.2010.01.005 . PMC 3086695 . PMID 20226724 .  
  13. ↑ a b Sarkar MK, Paul K, Blair D (май 2010 г.). «Белок передачи сигналов хемотаксиса CheY связывается с белком ротора FliN, чтобы контролировать направление вращения жгутиков у Escherichia coli» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 107 (20): 9370–5. Bibcode : 2010PNAS..107.9370S . DOI : 10.1073 / pnas.1000935107 . PMC 2889077 . PMID 20439729 .  
  14. ^ "Перепись регуляторов прокариотического ответа" . www.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 8 октября 2017 .
  15. ↑ a b Alm E, Huang K, Arkin A (ноябрь 2006 г.). «Эволюция двухкомпонентных систем у бактерий обнаруживает различные стратегии адаптации ниши» . PLOS Вычислительная биология . 2 (11): e143. Bibcode : 2006PLSCB ... 2..143A . DOI : 10.1371 / journal.pcbi.0020143 . PMC 1630713 . PMID 17083272 .