WikiDer > Бета-винт

Beta-propeller
Домен WD, повтор G-beta
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
Pfam кланCL0186
ИнтерПроIPR001680
PROSITEPDOC00574
SCOP21gp2 / Объем / СУПФАМ
CDDcd00200

В структурной биологии бета-винт (β-винт) является разновидностью белковая архитектура all-β характеризуется от 4 до 8 высокосимметричных лезвийных бета-листы согласованный тороидально вокруг центральной оси. Вместе бета-листы образуют активный сайт, похожий на воронку.

Структура

Каждый бета-лист обычно имеет четыре антипараллельный β-тяжи оформлен в виде бета-зигзага.[2] Пряди скручивают так, чтобы первая и четвертая пряди были 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 протеин активный сайт поскольку связывание 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 С- и N-концах. По сути, это замыкает круг, который может возникать еще сильнее в 4-лопастных белках через дисульфидную связь.[2] Шапероны Hsp70 и CCT было показано, что они 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, связываясь глубоко в центральном туннеле бета-пропеллера.[4]

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

Несмотря на свою очень консервативную природу, бета-пропеллеры 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 бета-лактамаза белок-ингибитор-II имеет только три бета-нити на лист, в то время как фитаза Bacillus subtilis имеет пять бета-нитей на бета-лист.[2]

Функция

Благодаря своей структуре и пластичности, белок-белковые взаимодействия может образовывать верхнюю, нижнюю, центральный канал и боковые стороны бета-винта.[4] Функция пропеллера может варьироваться в зависимости от количества лопастей. Четырехлопастные бета-винты работают в основном как транспортные белки, и благодаря своей структуре 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, гидролазыи белки, связывающие сахар.[4] Шестилопастные и семилопастные винты выполняют гораздо более широкий спектр функций по сравнению с четырех- и пятилопастными винтами. Эти функции могут включать действие в качестве лиганд-связывающих белков, гидролаз, лиасы, изомеразы, сигнальные белки, структурные белки и оксидоредуктазы.[4]

Различные варианты более крупных (от пяти до восьми лопастей) бета-винтов могут обеспечить 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, идеальную для закрепления мембран. Белок 1, связывающий повреждения ДНК, имеет три бета-пропеллера, в которых соединение между двумя пропеллерами вставлено в третий пропеллер, потенциально обеспечивая его уникальную функцию.[4]

Клиническое значение

  • Нейродегенерация, связанная с бета-пропеллерным белком (BPAN), представляет собой состояние, характеризующееся ранним началом приступов, задержкой развития и умственной отсталостью. С возрастом также может возникнуть мышечная и когнитивная дегенерация. Варианты WDR45 ген 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 (LDLR), белок, 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. Было показано, что подтвержденные мутации мешают образованию 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 шестилопастной бета-пропеллер, чтобы сделать фермент идеальным для использования в качестве датчика глюкозы. Им удалось создать химеру GDH, которая имела более высокую термостабильность, более высокую стабильность связывания кофакторов и повышенную специфичность к субстрату. Эти свойства были приписаны усилению гидрофобных взаимодействий из-за мутаций на С-конце бета-пропеллера.[2]
  • Бета-пропеллерная область вирус гриппа нейраминидаза часто используются для дизайна лекарств. Изучая этот фермент, исследователи разработали ингибиторы нейраминидазы гриппа, которые эффективно блокируют нейраминидазу гриппа и, следовательно, замедляют или останавливают прогрессирование инфекции гриппа.[2]

Примеры

  • Белок вируса гриппа вирусная нейраминидаза представляет собой шестилопастный бета-пропеллерный белок, активной формой которого является тетрамер.[10] Это один из двух белков, присутствующих в вирусный конверт и катализирует расщепление сиаловая кислота фрагментов белков клеточной мембраны, чтобы помочь в нацеливании на вновь продуцируемые вирионы в ранее неинфицированные клетки.[11]
  • WD40 повторяет, также известные как повторы бета-трансдуцина, представляют собой короткие фрагменты, обнаруженные в основном в эукариоты.[12][13] Обычно они 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 LDLR 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 конструкции β-винта с шестью лопастями. Фитазы - это фосфатазы, которые могут гидролизовать сложноэфирные связи фитата, основной формы хранения фосфата в растениях. Благодаря этому процессу становится доступным фосфат, который обычно недоступен для домашнего скота. Большинство кормов для домашнего скота содержат 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, так как будет выведено меньше избыточного фосфата.[17]

Домены

Известно, что повторяющиеся домены сворачиваются в бета-пропеллер: WD40, YWTD, Кельч, 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]

Рекомендации

  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. Дои:10.1093 / emboj / 19.12.3016. ЧВК 203344. PMID 10856245.
  2. ^ а б c d е ж грамм «Бета-пропеллеры: связанные функции и их роль в заболеваниях человека». ResearchGate. Получено 2018-11-17.
  3. ^ Куриян, Конфорти, Веммер, Джон, Бояна, Давид (2013). Молекулы жизни: физические и химические принципы. Нью-Йорк: Наука Гарланд. С. 163–164. ISBN 9780815341888.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  4. ^ а б c d е ж грамм Чен С.К., Чан Н.Л., Ван А.Х. (октябрь 2011 г.). «Множество лопастей белков β-пропеллера: консервативны, но универсальны». Тенденции в биохимических науках. 36 (10): 553–61. Дои:10.1016 / j.tibs.2011.07.004. PMID 21924917.
  5. ^ Штейн К.С., Криэль А., Фридман Дж. (Июль 2019 г.). «Топология зарождающегося полипептидного домена и скорость удлинения определяют котрансляционную иерархию Hsp70 и TRiC / CCT». Молекулярная клетка. 75 (6): 1117–1130.e5. Дои:10.1016 / j.molcel.2019.06.036. ЧВК 6953483. PMID 31400849.
  6. ^ Плимптон Р.Л., Куэльяр Дж., Лай К.В., Аоба Т., Макадж А., Франклин С. 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:2015ПНАС..112.2413П. Дои:10.1073 / pnas.1419595112. ЧВК 4345582. PMID 25675501.
  7. ^ Куэльяр Дж., Лудлам В.Г., Тенсмайер NC, Аоба Т., Давале М., Сантьяго С. и др. (Июнь 2019). «Структурно-функциональный анализ роли шаперонина CCT в сборке комплекса mTOR». Nature Communications. 10 (1): 2865. Bibcode:2019НатКо..10.2865C. Дои:10.1038 / s41467-019-10781-1. ЧВК 6599039. PMID 31253771.
  8. ^ Мурзин А.Г. (октябрь 1992 г.). «Принципы конструкции винта из бета-листов: предпочтение семикратной симметрии». Белки. 14 (2): 191–201. Дои:10.1002 / prot.340140206. PMID 1409568.
  9. ^ Грегори А., Куриан М.А., Хаак Т., Хейфлик С.Дж., Хогарт П. (1993). Адам М. П., Ардингер Х. Х., Пагон Р. А., Уоллес С. Е. (ред.). Бета-пропеллерная белковая нейродегенерация. GeneReviews®. Вашингтонский университет, Сиэтл. PMID 28211668. Получено 2018-11-20.
  10. ^ Air GM (июль 2012 г.). «Нейраминидаза гриппа». Грипп и другие респираторные вирусы. 6 (4): 245–56. Дои:10.1111 / j.1750-2659.2011.00304.x. ЧВК 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. Дои:10.1128 / JVI.78.22.12665-12667.2004. ЧВК 525087. PMID 15507653.
  12. ^ Нир Э.Дж., Шмидт С.Дж., Намбудрипад Р., Смит Т.Ф. (сентябрь 1994 г.). «Древнее семейство регуляторных белков WD-повторов». Природа. 371 (6495): 297–300. Bibcode:1994Натура.371..297Н. Дои:10.1038 / 371297a0. PMID 8090199. S2CID 600856.
  13. ^ Смит Т.Ф., Гайтацес К., Саксена К., Нир Э.Дж. (май 1999 г.). «Повторение WD: общая архитектура для различных функций». Тенденции в биохимических науках. 24 (5): 181–5. Дои:10.1016 / S0968-0004 (99) 01384-5. PMID 10322433.
  14. ^ EMBL-EBI, ИнтерПро. "Бета-винт типа WD40 (IPR011659) . www.ebi.ac.uk. Получено 2018-11-19.
  15. ^ Чжан Д.В., Гарути Р., Тан В.Дж., Коэн Дж.С., Хоббс Х.Х. (сентябрь 2008 г.). «Структурные требования для PCSK9-опосредованной деградации рецептора липопротеинов низкой плотности». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 105 (35): 13045–50. Bibcode:2008PNAS..10513045Z. Дои:10.1073 / pnas.0806312105. ЧВК 2526098. PMID 18753623.
  16. ^ Betteridge 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. Дои: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. Дои:10.1002 / cben.201400026.
  18. ^ Копец К.О., Лупас А.Н. (2013). «Лопасти β-пропеллера как наследственные пептиды в эволюции белков». PLOS ONE. 8 (10): e77074. Bibcode:2013PLoSO ... 877074K. Дои:10.1371 / journal.pone.0077074. ЧВК 3797127. PMID 24143202.

дальнейшее чтение

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

внешняя ссылка