Cyanobakteriální hodinové proteiny - Cyanobacterial clock proteins - Wikipedia
| KaiA doména | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 krystalová struktura proteinu cirkadiánních hodin kaia ze synechococcus elongatus | |||||||||
| Identifikátory | |||||||||
| Symbol | KaiA | ||||||||
| Pfam | PF07688 | ||||||||
| InterPro | IPR011648 | ||||||||
| |||||||||
| KaiB doména | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 struktura řešení n-terminální domény synechococcus elongatus sasa (průměrná minimalizovaná struktura) | |||||||||
| Identifikátory | |||||||||
| Symbol | KaiB | ||||||||
| Pfam | PF07689 | ||||||||
| Pfam klan | CL0172 | ||||||||
| InterPro | IPR011649 | ||||||||
| CDD | cd02978 | ||||||||
| |||||||||
| KaiC | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 krystalová struktura celodenního cirkadiánního hodinového proteinu kaic s fosforylačními místy | |||||||||
| Identifikátory | |||||||||
| Symbol | KaiC | ||||||||
| Pfam | PF06745 | ||||||||
| Pfam klan | CL0023 | ||||||||
| InterPro | IPR014774 | ||||||||
| CDD | cd01124 | ||||||||
| |||||||||
V molekulární biologii se cyanobakteriální hodinové proteiny jsou hlavní cirkadiánní regulátor v sinice. Cyanobakteriální hodinové proteiny obsahují tři proteiny: KaiA, KaiB a KaiC. KaiABC komplex může působit jako promotér - nespecifické regulátor transkripce který potlačuje transkripce, případně jednáním o stavu chromozóm zhutnění.
V komplexu KaiA vylepšuje fosforylace stav kaiC. Naproti tomu přítomnost kaiB v komplexu snižuje stav fosforylace kaiC, což naznačuje, že kaiB působí antagonizováním interakce mezi kaiA a kaiC. Aktivita KaiA aktivuje výraz kaiBC, zatímco KaiC jej potlačuje. Celkově složit KaiA monomer je to čtyřspirála svazek, který tvoří a dimer ve známém struktura.[1] KaiA funguje jako homodimer. Každý monomer se skládá ze tří funkčních domén: N-terminál doména amplitudového zesilovače, centrální doména pro nastavení periody a C-terminál doména hodinového oscilátoru. N-terminální doména KaiA z sinic funguje jako doména pseudopřijímače, ale postrádá konzervovaný aspartyl zbytek potřebný pro fosfotransfer v regulátorech odezvy.[2] C-koncová doména je zodpovědná za tvorbu dimerů, vazbu na KaiC, zvyšování KaiC fosforylace a generování cirkadiánní oscilace.[3] KaiA protein z Anabaena sp. (kmen PCC 7120) postrádá N-koncovou doménu podobnou CheY.
KaiB zavádí alfa-beta meandr motiv a bylo zjištěno, že je dimer nebo a tetramer.[1][4]
KaiC patří k většímu rodina proteinů; provádí autofosforylace a funguje jako jeho vlastní transkripční represor. To se váže ATP.[5]
Také v rodině KaiC je RadA / Sms, vysoce konzervovaný eubakteriální protein, který sdílí sekvence podobnost s oběma vlákny RecA transferáza a lon proteáza. Rodina RadA / Sms je pravděpodobně závislá na ATP proteázy podílí se na obou Oprava DNA a degradace bílkovin, peptidy, glykopeptidy. Jsou klasifikovány jako nepeptidázové homology a nepřiřazené peptidázy v MEROPS rodina peptidáz S16 (lon rodina proteáz, klan SJ). RadA / Sms se podílí na rekombinace a rekombinační oprava, pravděpodobně zahrnující stabilizaci nebo zpracování rozvětvených molekul DNA nebo blokování replikační vidlice kvůli jeho genetická nadbytečnost s RecG a RuvABC.[6]
Historie objevů
Kvůli nedostatku a jádro u těchto organismů existovaly pochybnosti o tom, zda by sinice dokázaly vyjádřit cirkadiánní rytmy či nikoli. Kondo a kol. jako první definitivně prokázali, že sinice ve skutečnosti mají cirkadiánní rytmy. V experimentu z roku 1993 použili luciferáza reportér vložen do geneticky přitahovatelného Synechococcus sp., který byl pěstován v cyklu 12:12 světlo-tma, aby zajistil „strhávání“. Byly tam dvě sady bakterií, takže jedna byla v tomto období unášení ve světle, zatímco druhá ve tmě. Jakmile bakterie vstoupily do stacionární fáze, byly přeneseny do zkumavek udržovaných v konstantním světle, s výjimkou 5minutových period záznamu každých 30 minut, ve kterých byly zkumavky udržovány ve tmě, aby se změřily jejich hladiny bioluminiscence Zjistili, že úroveň bioluminiscence cyklovala téměř 24 hodin a obě skupiny oscilovaly s opačnými fázemi. To je vedlo k závěru, že Synechococcus sp. genom byl regulován cirkadiánními hodinami. (1)
Funkce in vitro
Cirkadiánní oscilátory v eukaryoty které byly studovány pomocí negativní zpětnovazební smyčky, ve které proteiny inhibují svou vlastní transkripci v cyklu, který trvá přibližně 24 hodin. Toto je známé jako oscilátor odvozený od transkripce a translace (TTO). (2) Bez jádra musí mít prokaryotické buňky jiný mechanismus udržování cirkadiánního času. V roce 1998 Ishiura et al. určil, že proteinový komplex KaiABC byl zodpovědný za cirkadiánní smyčku negativní zpětné vazby v Synechococcus mapováním 19 hodinových mutantů na geny pro tyto tři proteiny. (3) Experiment Nakajima et al., v roce 2005, dokázal demonstrovat cirkadiánní oscilaci komplexu Synechococcus KaiABC in vitro. Udělali to přidáním KaiA, KaiB, KaiC, a ATP do zkumavky v zaznamenaném přibližném poměru in vivo. Poté změřili hladiny fosforylace KaiC a zjistili, že prokázala cirkadiánní rytmus po dobu tří cyklů bez tlumení. Tento cyklus také kompenzoval teplotu. Testovali také inkubaci mutantního proteinu KaiC s KaiA, KaiB a ATP. Zjistili, že doba fosforylace KaiC odpovídalo vnitřnímu období sinic s odpovídajícím mutantním genomem. Tyto výsledky je vedly k závěru, že fosforylace KaiC je základem pro generování cirkadiánního rytmu u Synechococcus. (2)
Cyanobakteriální hodiny jako modelové systémy
Sinice jsou nejjednodušší organismy, které byly pozorovány a které prokazují cirkadiánní rytmy. (2) (3) Díky primitivitě a jednoduchosti je fosforylace KaiC Modelka neocenitelný pro výzkum cirkadiánního rytmu. I když je to mnohem jednodušší než u modelů pro generátory eukaryotických cirkadiánních rytmů, principy jsou do značné míry stejné. V obou systémech cirkadiánní období závisí na interakcích mezi proteiny v buňce, a když jsou geny pro tyto proteiny mutovány, vyjádřená perioda se mění. (1) (2) Tento model generování cirkadiánního rytmu má také důsledky pro studium cirkadiánní „evoluční biologie“. Vzhledem k jednoduchosti sinic a tohoto cirkadiánního systému lze s jistotou předpokládat, že eukaryotické cirkadiánní oscilátory pocházejí ze systému podobného systému přítomnému u sinic. (1)
Reference
- ^ A b Garces RG, Wu N, Gillon W, Pai EF (duben 2004). „Anabaena proteiny cirkadiánních hodin KaiA a KaiB odhalují potenciální společné vazebné místo pro svého partnera KaiC“. EMBO J.. 23 (8): 1688–98. doi:10.1038 / sj.emboj.7600190. PMC 394244. PMID 15071498.
- ^ Williams SB, Vakonakis I, Golden SS, LiWang AC (listopad 2002). „Struktura a funkce z cirkadiánního hodinového proteinu KaiA Synechococcus elongatus: potenciální mechanismus vstupu hodin“. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 99 (24): 15357–62. doi:10.1073 / pnas.232517099. PMC 137721. PMID 12438647.
- ^ Uzumaki T, Fujita M, Nakatsu T, Hayashi F, Shibata H, Itoh N, Kato H, Ishiura M (červenec 2004). "Krystalová struktura C-terminální domény hodinového oscilátoru proteinu KaiA sinic". Nat. Struct. Mol. Biol. 11 (7): 623–31. doi:10.1038 / nsmb781. PMID 15170179. S2CID 36997475.
- ^ Hitomi K, Oyama T, Han S, Arvai AS, Getzoff E (2005). „Tetramerická architektura cirkadiánního hodinového proteinu KaiB. Nové rozhraní pro mezimolekulární interakce a jeho dopad na cirkadiánní rytmus“. J Biol Chem. 280 (19): 19127–35. doi:10,1074 / jbc.M411284200. PMID 15716274.
- ^ Pattanayek R, Wang J, Mori T, Xu Y, Johnson CH, Egli M (2004). „Vizualizace proteinu cirkadiánních hodin: krystalová struktura KaiC a funkční přehledy“. Mol Cell. 15 (3): 375–88. doi:10.1016 / j.molcel.2004.07.013. PMID 15304218.
- ^ Beam CE, Saveson CJ, Lovett ST (prosinec 2002). "Role pro radA / sms v rekombinačním meziproduktu v Escherichia coli". J. Bacteriol. 184 (24): 6836–44. doi:10.1128 / jb.184.24.6836-6844.2002. PMC 135464. PMID 12446634.