Beta-vrtule - Beta-propeller

WD doména, opakování G-beta
1erj 7listá beta vrtule.png
Ribbonový diagram C-koncové domény WD40 Tup1 (transkripční korepresor v kvasinkách), který přijímá 7-čepelí záhyb beta-vrtule. Stuha je zbarvena od modré (N-konec) do červené (C-konec). PDB 1erj [1]
Identifikátory
SymbolWD40
PfamPF00400
Pfam klanCL0186
InterProIPR001680
STRÁNKAPDOC00574
SCOP21gp2 / Rozsah / SUPFAM
CDDcd00200

Ve strukturní biologii, a beta-vrtule (β-vrtule) je typ all-β proteinová architektura charakterizované 4 až 8 vysoce symetrickými čepelemi beta listy uspořádány toroidně kolem středové osy. Společně beta-listy tvoří aktivní web podobný trychtýři.

Struktura

Každý beta list má obvykle čtyři antiparalelní β-řetězce uspořádány do motivu beta-cikcak.[2] Prameny jsou zkroucené tak, že první a čtvrtý pramen jsou téměř navzájem kolmé.[3] Existuje pět tříd beta-vrtulí, přičemž každé uspořádání je vysoce symetrická struktura se 4–8 beta listy, z nichž všechny obecně tvoří centrální tunel, který poskytuje pseudosymetrické osy.[2]

Zatímco protein je oficiální Aktivní stránky protože vazba ligandu je tvořena na jednom konci centrálního tunelu smyčkami mezi jednotlivými beta vlákny, mohou nastat interakce protein-protein ve více oblastech kolem domény. V závislosti na obalu a sklonu beta-listů a beta-pramenů může mít beta-vrtule místo tunelu centrální kapsu.[4]

Struktura beta-vrtule je stabilizována hlavně hydrofobními interakcemi beta-desek, zatímco další stabilita může pocházet z vodíkových vazeb vytvořených mezi beta-deskami C- a N-koncových konců. Tím se ve skutečnosti uzavírá kruh, který může nastat ve 4-lopatkových proteinech ještě silněji disulfidovou vazbou.[2] Chaperony Hsp70 a CCT Bylo prokázáno, že postupně váží rodící se beta-vrtule, když vycházejí z ribozomu. Tyto chaperony zabraňují vzniku nepřirozených interakcí mezi lopatkami, dokud není syntetizována celá beta-vrtule.[5] Mnoho beta-vrtulí je při expresi závislých na CCT.[6][7] V alespoň jednom případě bylo prokázáno, že ionty zvyšují stabilitu vazbou hluboko ve středovém tunelu beta-vrtule.[4]

Murzin navrhl geometrický model k popisu strukturálních principů beta vrtule.[8] Podle tohoto modelu byla sedmilistá vrtule geometricky nejoblíbenějším uspořádáním.

Navzdory své vysoce konzervativní povaze jsou beta-vrtule dobře známé svou plasticitou. Kromě toho, že má v každé doméně řadu povolených beta-listů, může do svých beta-listů pojmout i další domény. Kromě toho existují proteiny, které vykazují rozptyl v počtu beta-řetězců na beta-fólii. Spíše než mít typické čtyři beta-řetězce v listu, beta-laktamáza inhibitorový protein -II má pouze tři beta-řetězce na list, zatímco fytáza z Bacillus subtilis má pět beta řetězců na jeden beta list.[2]

Funkce

Díky své struktuře a plasticitě interakce protein-protein se mohou tvořit s horním, spodním, středovým kanálem a bočními plochami beta vrtule.[4] Funkce vrtule se může lišit podle počtu listů. Čtyřlisté beta vrtule fungují hlavně jako transportní proteiny, a díky své struktuře mají konformaci, která je příznivá pro vazbu substrátu.[4] Na rozdíl od větších beta-vrtulí, čtyřlisté beta-vrtule obvykle nemohou provádět katalýzu samy, ale místo toho pomáhají při katalýze prováděním výše uvedených funkcí. Vrtule s pěti lopatkami mohou fungovat jako transferázy, hydrolázy a bílkoviny vázající cukr.[4] Vrtule se šesti a sedmi lopatkami plní mnohem širší škálu funkcí ve srovnání se čtyřmi a pěti lopatkami. Tyto funkce mohou zahrnovat působení jako proteiny vázající ligand, hydrolázy, lyázy, izomerázy, signální proteiny, strukturní proteiny a oxidoreduktázy.[4]

Variace větších (pět až osmi lopatkových) beta vrtulí mohou umožnit ještě konkrétnější funkce. To je případ C-koncové oblasti GyrA, která exprimuje pozitivně nabitý povrch ideální pro vazbu DNA. Dvě alfa helixy vycházející ze šesti lopatek beta vrtule sérové ​​paraoxonázy mohou poskytnout hydrofobní oblast ideální pro ukotvení membrán. Protein 1 vázající poškození DNA má tři beta-vrtule, ve kterých je spojení mezi dvěma vrtulemi vloženo do třetí vrtule, což potenciálně umožňuje jeho jedinečnou funkci.[4]

Klinický význam

  • Neurodegenerace spojená s beta-vrtulovým proteinem (BPAN) je stav charakterizovaný časnými záchvaty, opožděním vývoje a mentálním postižením. Při stárnutí může také nastat svalová a kognitivní degenerace. Varianty WDR45 gen byl identifikován u mužů i žen s tímto stavem.[9]
  • Familiární hypercholesterolemie je lidské genetické onemocnění způsobené mutacemi genu, který kóduje lipoproteinový receptor s nízkou hustotou (LDLR), protein, který má alespoň jednu beta-vrtuli. Toto onemocnění způsobuje zvýšené koncentrace lipoproteinů s nízkou hustotou (LDL) a cholesterolu, což může vést k dalším následkům, jako je koronární ateroskleróza. Bylo prokázáno, že potvrzené mutace interferují s vodíkovou vazbou mezi lopatkami beta-vrtule.[2]
  • Beta-vrtule byla použita v proteinovém inženýrství v několika případech. Například Yoshida a kol. Spolupracovali s glukózodehydrogenázou (GDH), která má šestilistou beta-vrtuli, aby byl enzym ideální pro použití jako senzor glukózy. Podařilo se jim zkonstruovat chiméru GDH, která měla vyšší termostabilitu, vyšší stabilitu vazby kofaktorů a zvýšenou specificitu substrátu. Tyto vlastnosti byly přičítány zvýšeným hydrofobním interakcím v důsledku mutací na C-konci beta-vrtule.[2]
  • Beta-vrtulová doména virus chřipky neuraminidáza se často používají pro návrh léků. Studiem tohoto enzymu vědci vyvinuli inhibitory chřipkové neuraminidázy, které účinně blokují chřipkovou neuraminidázu a následně zpomalují nebo zastavují progresi chřipkové infekce.[2]

Příklady

  • Virová neuraminidáza viru chřipkového viru je šestilistý beta-vrtulový protein, jehož aktivní forma je a tetramer.[10] Je to jeden ze dvou proteinů přítomných v virová obálka a katalyzuje štěpení kyselina sialová skupiny z proteinů buněčné membrány na pomoc při zacílení na nově vyrobené viriony do dříve neinfikovaných buněk.[11]
  • WD40 se opakuje, známé také jako beta-transducinové repetice, jsou krátké fragmenty vyskytující se primárně v eukaryoty.[12][13] Obvykle tvoří beta-vrtule se 7–8 lopatkami, ale bylo také prokázáno, že vytvářejí strukturální domény se 4 až 16 opakovanými jednotkami kritickými pro interakce protein – protein. Motivy proteinu WD40 se účastní různých funkcí, včetně signální transdukce, regulace transkripce a regulace buněčného cyklu. Fungují také jako místa pro interakce protein-protein a mohou dokonce hrát roli při sestavování proteinových komplexů. Specifičnost těchto strukturních domén je určena sekvencí proteinu mimo sebe.[14]
  • Beta-vrtule je kritickou složkou LDLR a pomáhá při konformační změně založené na pH. Při neutrálním pH je LDLR v prodloužené lineární konformaci a může vázat ligandy (PCSK9 ). Při kyselém pH se lineární konformace změní na vlásenkovou strukturu tak, že vazebná místa ligandu se vážou na beta-vrtuli, čímž brání vazbě ligandu.[15][16]
  • Beta-vrtulové fytázy se skládají ze šestilisté β-vrtulové struktury. Fytázy jsou fosfatázy, které mohou hydrolyzovat esterové vazby fytátu, hlavní formy ukládání fosfátů v rostlinách. Tímto procesem se stává dostupným fosfát pro hospodářská zvířata. Většina krmiv pro hospodářská zvířata přidala anorganický fosfát, který při vylučování může způsobit znečištění životního prostředí. Přidání fytázy místo fosfátu do krmiva pro hospodářská zvířata by zvířatům umožnilo rozložit fosfát, který je již v rostlinné hmotě k dispozici. To by teoreticky vedlo k menšímu znečištění, protože by se vylučovalo méně přebytečného fosfátu.[17]

Domény

Opakované domény, o nichž je známo, že se skládají do beta vrtule, zahrnují WD40, YWTD, Kelch, YVTN, RIVW (PD40) a mnoho dalších. Jejich sekvence mají tendenci seskupovat se, což naznačuje blízký evoluční vztah. Souvisí také s mnoha doménami obsahujícími beta.[18]

Reference

  1. ^ Sprague ER, Redd MJ, Johnson AD, Wolberger C (červen 2000). "Struktura C-terminální domény Tup1, korpresoru transkripce v kvasinkách". Časopis EMBO. 19 (12): 3016–27. doi:10.1093 / emboj / 19.12.3016. PMC  203344. PMID  10856245.
  2. ^ A b C d E F G „Beta-vrtule: Přidružené funkce a jejich role v lidských nemocech“. ResearchGate. Citováno 2018-11-17.
  3. ^ Kuriyan, Konforti, Wemmer, John, Boyana, David (2013). Molekuly života: fyzikální a chemické principy. New York: Garland Science. str. 163–164. ISBN  9780815341888.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  4. ^ A b C d E F G Chen CK, Chan NL, Wang AH (říjen 2011). „Mnoho čepelí β-vrtulových proteinů: konzervované, ale všestranné“. Trendy v biochemických vědách. 36 (10): 553–61. doi:10.1016 / j.tibs.2011.07.004. PMID  21924917.
  5. ^ Stein KC, Kriel A, Frydman J (červenec 2019). „Topologie rodící se polypeptidové domény a rychlost prodloužení řídí kotranslační hierarchii Hsp70 a TRiC / CCT“. Molekulární buňka. 75 (6): 1117–1130.e5. doi:10.1016 / j.molcel.2019.06.036. PMC  6953483. PMID  31400849.
  6. ^ Plimpton RL, Cuéllar J, Lai CW, Aoba T, Makaju A, Franklin S a kol. (Únor 2015). „Struktury komplexů Gβ-CCT a PhLP1-Gβ-CCT odhalují mechanismus skládání β-podjednotky G-proteinu a sestavování dimeru Gβγ“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 112 (8): 2413–8. Bibcode:2015PNAS..112.2413P. doi:10.1073 / pnas.1419595112. PMC  4345582. PMID  25675501.
  7. ^ Cuéllar J, Ludlam WG, Tensmeyer NC, Aoba T, Dhavale M, Santiago C a kol. (Červen 2019). „Strukturální a funkční analýza role chaperoninového CCT v sestavě komplexu mTOR“. Příroda komunikace. 10 (1): 2865. Bibcode:2019NatCo..10.2865C. doi:10.1038 / s41467-019-10781-1. PMC  6599039. PMID  31253771.
  8. ^ Murzin AG (říjen 1992). "Strukturální principy pro montáž vrtule beta-listů: preference sedminásobné symetrie". Proteiny. 14 (2): 191–201. doi:10,1002 / prot. 340140206. PMID  1409568.
  9. ^ Gregory A, Kurian MA, Haack T, Hayflick SJ, Hogarth P (1993). Adam MP, Ardinger HH, Pagon RA, Wallace SE (eds.). Neurodegenerace spojená s beta-vrtulovými proteiny. GeneReviews®. University of Washington, Seattle. PMID  28211668. Citováno 2018-11-20.
  10. ^ Air GM (červenec 2012). „Chřipková neuraminidáza“. Chřipka a jiné respirační viry. 6 (4): 245–56. doi:10.1111 / j.1750-2659.2011.00304.x. PMC  3290697. PMID  22085243.
  11. ^ Matrosovich MN, Matrosovich TY, Gray T, Roberts NA, Klenk HD (listopad 2004). „Neuraminidáza je důležitá pro zahájení infekce chřipkovým virem v epitelu dýchacích cest člověka“. Journal of Virology. 78 (22): 12665–7. doi:10.1128 / JVI.78.22.12665-12667.2004. PMC  525087. PMID  15507653.
  12. ^ Neer EJ, Schmidt CJ, Nambudripad R, Smith TF (září 1994). "Starověká rodina regulačních proteinů proteinů WD-repeat". Příroda. 371 (6495): 297–300. Bibcode:1994Natur.371..297N. doi:10.1038 / 371297a0. PMID  8090199. S2CID  600856.
  13. ^ Smith TF, Gaitatzes C, Saxena K, Neer EJ (květen 1999). "Opakování WD: společná architektura pro různé funkce". Trendy v biochemických vědách. 24 (5): 181–5. doi:10.1016 / S0968-0004 (99) 01384-5. PMID  10322433.
  14. ^ EMBL-EBI, InterPro. „Beta vrtule podobná WD40 (IPR011659) . www.ebi.ac.uk. Citováno 2018-11-19.
  15. ^ Zhang DW, Garuti R, Tang WJ, Cohen JC, Hobbs HH (září 2008). „Strukturální požadavky na degradaci lipoproteinového receptoru s nízkou hustotou zprostředkovanou PCSK9“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 105 (35): 13045–50. Bibcode:2008PNAS..10513045Z. doi:10.1073 / pnas.0806312105. PMC  2526098. PMID  18753623.
  16. ^ Betteridge DJ (únor 2013). „Kardiovaskulární endokrinologie v roce 2012: PCSK9 - vzrušující cíl pro snížení hladiny LDL-cholesterolu“. Recenze přírody. Endokrinologie. 9 (2): 76–8. doi:10.1038 / nrendo.2012.254. PMID  23296165. S2CID  27839784.
  17. ^ Chen CC, Cheng KJ, Ko TP, Guo RT (01.01.2015). „Aktuální pokroky ve výzkumu fytázy: trojrozměrná struktura a proteinové inženýrství“. Recenze ChemBioEng. 2 (2): 76–86. doi:10.1002 / cben.201400026.
  18. ^ Kopec KO, Lupas AN (2013). „čepele β-vrtule jako rodové peptidy ve vývoji bílkovin“. PLOS ONE. 8 (10): e77074. Bibcode:2013PLoSO ... 877074K. doi:10.1371 / journal.pone.0077074. PMC  3797127. PMID  24143202.

Další čtení

  • Branden C, Tooze J. (1999). Úvod do proteinové struktury 2. vyd. Nakladatelství Garland: New York, NY.

externí odkazy