Navinutá cívka - Coiled coil - Wikipedia

Pro další použití viz Navinutá cívka (disambiguation).
Obrázek 1: Klasickým příkladem stočené cívky je GCN4 leucinový zip (PDB přístupový kód 1zik), což je paralelní, levák homodimer. Existuje však mnoho dalších typů stočených cívek.

A svinutá cívka je strukturální motiv v bílkoviny ve kterém 2. – 7[1] alfa-šroubovice jsou stočeny dohromady jako prameny lana. (Dimery a vyžínače jsou nejběžnější typy.) Mnoho svinutých proteinů typu cívky se účastní důležitých biologických funkcí, jako je regulace genová exprese - např. transkripční faktory. Pozoruhodné příklady jsou onkoproteiny c-Fos a c-jun, stejně jako svalový protein tropomyosin.

Objev

Možnost svinutých cívek pro α-keratin byl zpočátku poněkud kontroverzní. Linus Pauling a Francis Crick nezávisle dospěli k závěru, že je to možné přibližně ve stejnou dobu. V létě roku 1952 navštívil Pauling laboratoř v Anglie kde pracoval Crick. Pauling a Crick se setkali a hovořili o různých tématech; v jednom okamžiku se Crick zeptal, zda Pauling uvažoval o „svinutých cívkách“ (Crick přišel s termínem), ke kterému Pauling řekl, že ano. Po návratu do Spojených států Pauling obnovil výzkum tohoto tématu. Došel k závěru, že existují svinuté cívky, a do časopisu zaslal dlouhý rukopis Příroda v říjnu. Paulingův syn Peter Pauling pracoval ve stejné laboratoři jako Crick a zmínil mu zprávu. Crick věřil, že Pauling ukradl jeho nápad, a zaslal kratší poznámku Příroda několik dní poté, co dorazil Paulingův rukopis. Nakonec Crickova laboratoř po nějaké kontroverzi a častých korespondencích prohlásila, že k této myšlence dospěli nezávisle oba vědci a že nedošlo k žádné intelektuální krádeži.[2] Ve své poznámce (která byla nejprve publikována kvůli její kratší délce) navrhl Crick Coiled Coil a také matematické metody pro stanovení jejich struktury.[3] Je pozoruhodné, že to bylo brzy po struktuře alfa šroubovice navrhl v roce 1951 Linus Pauling a spolupracovníky.[4] Tyto studie byly publikovány bez znalosti keratinové sekvence. První keratinové sekvence byly stanoveny Hanukoglu a Fuchsem v roce 1982.[5][6]

Na základě analýz predikce sekvence a sekundární struktury byly identifikovány domény coiled-coil keratinů.[6] Tyto modely byly potvrzeny strukturálními analýzami domén coiled-coil keratinů.[7]

Molekulární struktura

Navinuté cívky obvykle obsahují opakovaný vzor, hxxhcxc, hydrofobní (h) a účtováno (C) aminokyselina zbytky, označované jako a heptad opakovat.[8]Pozice v sedmičce se opakují a jsou obvykle označeny abcdefg, kde A a d jsou hydrofobní polohy, často obsazené isoleucin, leucin nebo valin. Složení sekvence s tímto opakujícím se vzorem do alfa-šroubovice sekundární struktura způsobí, že hydrofobní zbytky budou prezentovány jako „proužek“, který se levotočivě jemně navíjí kolem šroubovice a vytváří amfipatický struktura. Nejpříznivější způsob, jak se mohou dva takové šroubovice uspořádat ve vodě naplněném prostředí cytoplazma je obalit hydrofobní prameny proti sobě vložené mezi hydrofilní aminokyseliny. Jedná se tedy o pohřeb hydrofobních povrchů, který poskytuje termodynamické hnací síla pro oligomerizaci. Balení v rozhraní cívka-cívka je výjimečně těsné a téměř úplné van der Waals kontakt mezi postranní řetězy z A a d zbytky. Toto těsné balení původně předpovídal Francis Crick v roce 1952[3] a je označován jako Knoflíky do otvorů.

The α-šroubovice mohou být paralelní nebo antiparalelní a obvykle používají a levák super-cívka (obrázek 1). I když to nemilo, několik pravák stočené cívky byly také pozorovány v přírodě a v navržených proteinech.[9]

Biologické role

Role v HIV infekci

Boční pohled na hexamer gp41, který iniciuje vstup HIV do své cílové buňky.

Virový vstup do CD4-pozitivních buněk začíná, když tři podjednotky glykoproteinu 120 (gp120 ) váží se na receptor CD4 a na koreceptor. Glykoprotein gp120 je úzce spojen s trimerem gp41 prostřednictvím van der Waalsových interakcí. Po navázání gp120 na receptor CD4 a koreceptor vede řada konformačních změn ve struktuře k disociaci gp120 a expozici gp41 a současně k ukotvení gp41 N-terminální fúzní peptidové sekvence do hostitelské buňky. A odpružený mechanismus je zodpovědný za uvedení virových a buněčných membrán do dostatečně těsné blízkosti, aby se spojily. Původ pružinového mechanismu leží uvnitř exponovaného gp41, který obsahuje dvě po sobě jdoucí opakování heptádu (HR1 a HR2) následující po fúzním peptidu na N konci proteinu. HR1 tvoří paralelní, trimerně stočenou cívku, na kterou se vinutí oblasti HR2, tvořící strukturu trimer-of-hairpins (nebo svazek šesti šroubovic), čímž usnadňuje fúzi membrány tím, že membrány přibližuje k sobě. Virus poté vstoupí do buňky a zahájí replikaci. Nedávno byly inhibitory odvozené od HR2, jako jsou Fuzeon (DP178, T-20) se vážou na oblast HR1 na gp41. Peptidy odvozené od HR1 však mají malou virovou inhibiční účinnost kvůli sklonu těchto peptidů agregovat v roztoku. Chiméry těchto peptidů odvozených od HR1 s GCN4 leucinové zipy byly vyvinuty a ukázaly se být aktivnější než Fuzeon, ale tito dosud na kliniku nevstoupili.

Jako oligomerizační značky

Kvůli jejich specifické interakci mohou být stočené cívky použity jako "značky" ke stabilizaci nebo vynucení konkrétního stavu oligomerace.[10] Bylo pozorováno, že interakce stočené cívky vede k oligomerizaci BBS2 a BBS7 podjednotky BBSome. [11] [12]

Design

Obecný problém rozhodování o složené struktuře proteinu, když je dána aminokyselinová sekvence (tzv problém skládání bílkovin ) nebyl vyřešen. Navinutá cívka je však jedním z relativně malého počtu skládacích motivů, pro které jsou vztahy mezi sekvencí a konečnou skládanou strukturou poměrně dobře pochopeny.[13][14] Harbury et al. provedla orientační studii s použitím archetypální stočené cívky, GCN4, ve které pravidla, která určují způsob, jakým peptidová sekvence ovlivňuje oligomerní stav (tj. počet alfa-šroubovice v konečné montáži).[15][16] Navinutá cívka GCN4 je 31-aminokyselina (což odpovídá něco málo přes čtyři posedlí) paralelní, dimerní (tj. skládající se ze dvou alfa-šroubovice ) stočená cívka a má opakovanou isoleucin (nebo já v jednopísmenný kód ) a leucin (L) na A a d pozic, a tvoří dimerní svinutou cívku. Když aminokyseliny v A a d pozice byly změněny z I v A a L v d do L v A a já v d, trimerik (tři alfa-šroubovice ) byla vytvořena svinutá cívka. Dále mutace A a d pozice obou do L vedly ke vzniku tetramerické (čtyři alfa-šroubovice ) svinutá cívka. Představují soubor pravidel pro stanovení oligomerních stavů spirálové cívky a umožňují vědcům efektivně „vytočit“ chování oligomerace. Dalším aspektem sestavy svinutých cívek, který je relativně dobře pochopen, alespoň v případě dimerních svinutých cívek, je umístění polárního zbytku (zejména asparagin, N) při námitce A polohy si vynucují paralelní montáž cívky. Tento účinek je způsoben samoplněním vodíkové vazby mezi těmito zbytky, které by byly neuspokojené, kdyby byl N spárován s například L na protilehlé šroubovici.[17]

Nedávno to předvedl Peacock, Pikramenou a spolupracovníci, kteří svinuli cívky, mohou být sami sestaveni za použití iontů lanthanidu (III) jako šablony, čímž se vytvoří nová zobrazovací činidla.[18]

Reference

  1. ^ Liu J, Zheng Q, Deng Y, Cheng CS, Kallenbach NR, Lu M (říjen 2006). "Cívka se sedmi šroubovicemi". Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 103 (42): 15457–62. Bibcode:2006PNAS..10315457L. doi:10.1073 / pnas.0604871103. PMC  1622844. PMID  17030805.
  2. ^ Hager, Thomas. „Příběh 43, cívky na cívkách“. Linus Pauling a struktura proteinů. Oregon State University speciální sbírky a archivy Research Center. Citováno 15. května 2013.
  3. ^ A b Crick FH (listopad 1952). „Je alfa-keratin svinutá cívka?“. Příroda. 170 (4334): 882–3. Bibcode:1952Natur.170..882C. doi:10.1038 / 170882b0. PMID  13013241. S2CID  4147931.
  4. ^ Pauling L, Corey RB, Branson HR (duben 1951). "Struktura proteinů; dvě vodíkově vázané šroubovicové konfigurace polypeptidového řetězce". Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 37 (4): 205–11. Bibcode:1951PNAS ... 37..205P. doi:10.1073 / pnas.37.4.205. PMC  1063337. PMID  14816373.
  5. ^ Hanukoglu I, Fuchs E (listopad 1982). „Sekvence cDNA lidského epidermálního keratinu: divergence sekvence, ale zachování struktury mezi bílkovinami mezi vlákny“. Buňka. 31 (1): 243–52. doi:10.1016 / 0092-8674 (82) 90424-X. PMID  6186381. S2CID  35796315.
  6. ^ A b Hanukoglu I, Fuchs E (červenec 1983). „Sekvence cDNA cytoskeletálního keratinu typu II odhaluje konstantní a variabilní strukturní domény mezi keratiny“. Buňka. 33 (3): 915–24. doi:10.1016 / 0092-8674 (83) 90034-X. PMID  6191871. S2CID  21490380.
  7. ^ Hanukoglu I, Ezra L (leden 2014). "Záznam Proteopedia: struktura coat-coil keratinů". Výuka biochemie a molekulární biologie. 42 (1): 93–4. doi:10,1002 / bmb.20746. PMID  24265184. S2CID  30720797.
  8. ^ Mason JM, Arndt KM (únor 2004). "Spirálové domény cívky: stabilita, specificita a biologické důsledky". ChemBioChem. 5 (2): 170–6. doi:10.1002 / cbic.200300781. PMID  14760737.
  9. ^ Harbury PB, Plecs JJ, Tidor B, Alber T, Kim PS (listopad 1998). „Proteinový design s vysokým rozlišením se svobodou páteře“. Věda. 282 (5393): 1462–7. doi:10.1126 / science.282.5393.1462. PMID  9822371.
  10. ^ Deiss S, Hernandez Alvarez B, Bär K, Ewers CP, Coles M, Albrecht R, Hartmann MD (červen 2014). „Vaše personalizovaná proteinová struktura: Andrej N. Lupas fúzovaný s adaptéry GCN4“. Journal of Structural Biology. 186 (3): 380–5. doi:10.1016 / j.jsb.2014.01.013. PMID  24486584.
  11. ^ Chou, Hui-Ting; Apelt, Luise; Farrell, Daniel P .; White, Susan Roehl; Woodsmith, Jonathan; Svetlov, Vladimir; Goldstein, Jaclyn S .; Nager, Andrew R .; Li, Zixuan; Muller, Jean; Dollfus, Helene; Nudler, Evgeny; Stelzl, Ulrich; DiMaio, Frank; Nachury, Maxance V .; Walz, Thomas (3. září 2019). „Molekulární architektura nativního BBSome získaná integrovaným strukturálním přístupem“. Struktura. 27 (9): 1384–1394. doi:10.1016 / j.str.2019.06.006. PMC  6726506. PMID  31303482.
  12. ^ Ludlam, WG; Aoba, T; Cuéllar, J; Bueno-Carrasco, MT; Makaju, A; Moody, JD; Franklin, S; Valpuesta, JM; Willardson, BM (17. září 2019). „Molekulární architektura subkomplexu proteinu 2-7-9 s Bardet-Biedlovým syndromem“. The Journal of Biological Chemistry. 294 (44): 16385–16399. doi:10.1074 / jbc.RA119.010150. PMC  6827290. PMID  31530639.
  13. ^ Bromley EH, Channon K, Moutevelis E, Woolfson DN (leden 2008). "Peptidy a bílkoviny, stavební kameny pro syntetickou biologii: od programování biomolekul po samoorganizované biomolekulární systémy". ACS Chemická biologie. 3 (1): 38–50. doi:10.1021 / cb700249v. PMID  18205291.
  14. ^ Mahrenholz CC, Abfalter IG, Bodenhofer U, Volkmer R, Hochreiter S (květen 2011). „Složité sítě řídí oligomerizaci coiled-coil - předpovídání a profilování pomocí přístupu strojového učení“. Molekulární a buněčná proteomika. 10 (5): M110.004994. doi:10,1074 / mcp.M110.004994. PMC  3098589. PMID  21311038.
  15. ^ Harbury PB, Zhang T, Kim PS, Alber T (listopad 1993). „Přepínač mezi dvou-, tří- a čtyřvláknovými stočenými cívkami v mutantech leucinových zipů GCN4“. Věda. 262 (5138): 1401–7. Bibcode:1993Sci ... 262.1401H. doi:10.1126 / science.8248779. PMID  8248779. S2CID  45833675.
  16. ^ Harbury PB, Kim PS, Alber T (září 1994). "Krystalová struktura ořezávače isoleucinového zipu". Příroda. 371 (6492): 80–3. Bibcode:1994 Natur.371 ... 80H. doi:10.1038 / 371080a0. PMID  8072533. S2CID  4319206.
  17. ^ Woolfson, DN (2005). "Návrh struktur a sestav cívky-cívky". Adv. Protein. Chem. Pokroky v chemii proteinů. 70 (4): 79–112. doi:10.1016 / S0065-3233 (05) 70004-8. ISBN  9780120342709. PMID  15837514.
  18. ^ Berwick MR, Lewis DJ, Jones AW, Parslow RA, Dafforn TR, Cooper HJ, Wilkie J, Pikramenou Z Britton MM, Peacock AF (leden 2014). „De novo design Ln (III) spirálových cívek pro zobrazovací aplikace“. Journal of the American Chemical Society. 136 (4): 1166–9. doi:10.1021 / ja408741h. PMC  3950886. PMID  24405157.

Další čtení

externí odkazy

Software související s coiled-coil

Predikce, detekce a vizualizace

Databáze

  • Spiricoil používá anotaci proteinové domény k předpovědi přítomnosti svinuté cívky a oligormerního stavu pro všechny kompletně sekvenované organismy
  • CC + je relační databáze stočených cívek nalezených v PDB
  • SUPERFAMILY anotace proteinové domény pro všechny kompletně sekvenované organismy na základě odborně sestaveného SCOP třída svinuté cívky