Соленоидные белковые домены представляют собой высокомодульный тип белковых доменов . Они состоят из цепочки почти идентичных складок , часто называемых тандемными повторами . Они чрезвычайно распространены среди всех типов белков, хотя точные цифры неизвестны. [1]
«Повторы» в молекулярной биологии
В белках «повтор» - это любой блок последовательности, который повторяется более одного раза в последовательности , либо в идентичной, либо в очень похожей форме. Повторяемость сама по себе ничего не говорит о структуре белка. Как «практическое правило», короткие повторяющиеся последовательности (например, длиной менее 10 аминокислот) могут быть внутренне неупорядоченными и не являться частью каких-либо свернутых белковых доменов . Повторы, состоящие как минимум из 30-40 аминокислот, с гораздо большей вероятностью будут свернуты как часть домена. Такие длинные повторы часто указывают на присутствие в белке соленоидного домена.
Примеры неупорядоченных повторяющихся последовательностей включают в себя 7-мерный пептид повторы найдены в RPB1 субъединицы из РНК - полимеразы II , [2] или тандем бета-катенин или Axin связывания линейные мотивы в APC (аденоматозный полипоз палочка). [3] Примеры коротких повторов, демонстрирующих упорядоченные структуры, включают повтор коллагена с тремя остатками или повтор пентапептида с пятью остатками, которые образуют структуру бета-спирали .
Архитектура соленоидных доменов
Из-за идентичной формы своих строительных блоков домены соленоидов могут принимать только ограниченное количество форм. Возможны две основные топологии: линейная (или открытая, обычно с некоторой степенью винтовой кривизны) и круговая (или замкнутая). [4]
Линейные (открытые) соленоиды
Если два концевых повтора в соленоиде физически не взаимодействуют, это приводит к открытой или линейной структуре. Члены этой группы часто имеют форму стержня или полумесяца. Количество отдельных повторов может варьироваться от 2 до более 50. Явным преимуществом этой топологии является то, что оба N- и C-концевых конца могут свободно добавлять новые повторы и складки или даже удалять существующие во время эволюции без какого-либо серьезного воздействия. от структурной устойчивости всего домена. [5] Этот тип домена чрезвычайно распространен среди внеклеточных сегментов рецепторов или молекул клеточной адгезии. Неполный список примеров включает: повторы EGF , кадгериновые повторы , богатые лейцином повторы , HEAT-повторы , анкириновые повторы , броненосные повторы , тетратрикопептидные повторы и т. Д. Всякий раз, когда линейная соленоидная доменная структура участвует во взаимодействиях белок-белок, часто по крайней мере 3 или более повторяющихся субъединиц образуют сайты связывания лиганда. Таким образом, хотя отдельные повторы могут иметь (ограниченную) способность сворачиваться самостоятельно, они обычно не могут выполнять функции всего домена в одиночку.
Круглые (закрытые) соленоиды
В случае, когда N- и C-концевые повторы находятся в тесном физическом контакте в области соленоида, результатом является топологически компактная замкнутая структура. Такие домены обычно обладают высокой вращательной симметрией (в отличие от открытых соленоидов, которые имеют только поступательную симметрию) и принимают форму колеса. Из-за ограничений этой структуры количество индивидуальных повторов не является произвольным. В случае повторов WD40 (возможно, самого большого семейства закрытых соленоидов) количество повторов может варьироваться от 4 до 10 (чаще от 5 до 7). [6] Повторы Кельча , бета-бочки и бета-трилистники являются дополнительными примерами этой архитектуры. Закрытые соленоиды часто функционируют как модули белок-белкового взаимодействия: возможно, что все повторы должны присутствовать для формирования сайта связывания лиганда, если он расположен в центре или на оси доменного «колеса».
Повторяющиеся наддоменные модули
Как часто бывает в биологии, существует несколько пограничных случаев между соленоидной архитектурой и регулярными белковыми доменами. Белки, содержащие тандемные повторы обычных доменов, очень распространены у эукариот. Даже если эти домены вполне способны складываться сами по себе, некоторые из них могут связываться вместе и принимать жестко фиксированную ориентацию в полном белке. Эти наддоменные модули могут выполнять функции, на которые не способны их отдельные составляющие. [7] Известным примером является случай тандемных доменов BRCT, обнаруженных в белке-супрессоре опухоли BRCA1 . [8] Хотя отдельные домены BRCT обнаруживаются в определенных белках (например, некоторых ДНК-лигазах ), связывающих ДНК, эти тандемные домены BRCT развили новую функцию: связывание фосфорилированного линейного мотива . [9] [10] В случае BRCA1 (и MDC1 ) пептид-связывающая бороздка находится в щели, образованной стыком двух доменов. Это элегантно объясняет, почему отдельные составляющие этого супрадоменного блока неспособны к связыванию лиганда, в то время как их правильная сборка наделяет их новой функцией. Следовательно, тандемные домены BRCT также можно рассматривать как форму единого линейного соленоидного домена.
Рекомендации
- ^ Андраде М.А., Perez-Iratxeta C, Понтинг CP (2001). «Белковые повторы: структуры, функции и эволюция». J. Struct. Биол . 134 (2–3): 117–31. DOI : 10,1006 / jsbi.2001.4392 . PMID 11551174 .
- ^ Meyer PA, Ye P, Zhang M, Suh MH, Fu J (июнь 2006 г.). «Фазирование РНК-полимеразы II с использованием внутренне связанных атомов Zn: обновленная структурная модель» . Структура . 14 (6): 973–82. DOI : 10.1016 / j.str.2006.04.003 . PMID 16765890 .
- ^ Лю Дж, Син И, Хайндс Т. Р., Чжэн Дж, Сюй В. (июнь 2006 г.). «Третий повтор из 20 аминокислот - это самый плотный сайт связывания APC для бета-катенина». J. Mol. Биол . 360 (1): 133–44. DOI : 10.1016 / j.jmb.2006.04.064 . PMID 16753179 .
- ^ Патти, Ласло (2007). Эволюция белков . Вили-Блэквелл. ISBN 978-1-4051-5166-5.
- ^ Кинч Л.Н., Гришин Н.В. (июнь 2002 г.). «Эволюция белковых структур и функций». Curr. Opin. Struct. Биол . 12 (3): 400–8. DOI : 10.1016 / s0959-440x (02) 00338-X . PMID 12127461 .
- ^ Чен С.К., Чан Н.Л., Ван А.Х. (октябрь 2011 г.). «Множество лопастей белков β-пропеллера: консервативны, но универсальны». Trends Biochem. Sci . 36 (10): 553–61. DOI : 10.1016 / j.tibs.2011.07.004 . PMID 21924917 .
- ^ Фогель С., Берзуини С., Баштон М., Гоф Дж., Тейхманн С.А. (февраль 2004 г.). «Супра-домены: эволюционные единицы больше, чем отдельные белковые домены». J. Mol. Биол . 336 (3): 809–23. CiteSeerX 10.1.1.116.6568 . DOI : 10.1016 / j.jmb.2003.12.026 . PMID 15095989 .
- ^ Yu X, Chini CC, He M, Mer G, Chen J (октябрь 2003 г.). «Домен BRCT представляет собой домен, связывающий фосфо-белок». Наука . 302 (5645): 639–42. Bibcode : 2003Sci ... 302..639Y . DOI : 10.1126 / science.1088753 . PMID 14576433 . S2CID 29407635 .
- ^ Шэн З.З., Чжао Ю.К., Хуанг Дж.Ф. (2011). «Функциональная эволюция доменов BRCT от связывания ДНК с белком» . Evol. Биоинформ. Онлайн . 7 : 87–97. DOI : 10.4137 / EBO.S7084 . PMC 3140412 . PMID 21814458 .
- ^ Люнг С.К., Гловер Дж. Н. (август 2011 г.). «Домены BRCT: просто как раз, два, три» . Клеточный цикл . 10 (15): 2461–70. DOI : 10.4161 / cc.10.15.16312 . PMC 3180187 . PMID 21734457 .