Diguanylátcykláza - Diguanylate cyclase - Wikipedia

diguanylátcykláza
Diguanylátcykláza.jpg
Krystalová struktura diguanylátcyklázy PleD v komplexu s c-di-GMP z Caulobacter crescentus; vykreslování na základě PDB: 2WB4​
Identifikátory
EC číslo2.7.7.65
Číslo CAS146316-82-7
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO

v enzymologie, diguanylátcykláza, také známý jako diguanylát kináza (ES 2.7.7.65 ), je enzym že katalyzuje the chemická reakce:

2 guanosin trifosfát ↔ 2 difosfát + cyklický di-3 ', 5'-guanylát

The substráty diguanylátcykláz (DGC) jsou dva molekuly z guanosin trifosfát (GTP) a produkty jsou dvě molekuly difosfát a jedna molekula cyklického di-3 ', 5'-guanylátu (cyklický di-GMP ).

Degradace cyklického di-GMP na guanosinmonofosfát (GMP) je katalyzován a fosfodiesteráza (PDE).

Struktura

Cyklasy diguanylátu jsou charakterizovány konzervovanými aminokyselina sekvenční motivy “GGDEF ” (Gly -Gly-Asp -Glu -Phe ) nebo „GGEEF“ (Gly-Gly-Glu-Glu-Phe), které tvoří doména DGC Aktivní stránky.[1] Tyto domény se často nacházejí ve spojení s jinými signalizačními doménami v rámci více domén bílkoviny. Domény GGDEF s aktivitou DGC se často nacházejí ve stejných proteinech jako fosfodiesteráza specifická pro c-di-GMP (PDE) EAL (Glu-Ala -Leu ) domény.[2][3]

Předpokládá se, že DGC je aktivní pouze jako dimer skládající se ze dvou podjednotky, oba s doménami GGDEF.[4] Aktivní (nebo katalytické) místo je umístěno na rozhraní mezi dvěma podjednotkami, z nichž každá váže jednu molekulu GTP. (Další informace najdete v části Aktivační mechanismus a Regulace)

Slabá podobnost sekvence a výraznost sekundární struktura podobnost mezi doménami GGDEF a katalytickými doménami adenylátcyklázy (AC) vedly k hypotéze, že DGC a AC sdílejí podobné složení.[5] To bylo ověřeno s rozlišením Krystalická struktura DGC PleD od Caulobacter crescentus v komplexu s c-di-GMP.[4] Jak je znázorněno na obrázku, aktivní PleD, zobrazený jako dimer, se skládá z katalytické domény DCG (označená DGC) a dvou přijímacích domén podobných CheY (označená D1 / D2). DGC doména každé podjednotky je spojena se dvěma doménami podobnými CheY flexibilním řetězcem peptidové vazby.[4] DCG doména se velmi podobá doméně AC katalytického jádra, které se skládá z pětiřetězcových β-list obklopen šroubovice.

Struktura aktivních (dimerních) PleD zobrazujících diguanylátcyklázu (DGC) a domény podobné CheY (D1 / D2)

V polovině roku 2011 bylo vyřešeno 11 krystalových struktur potvrzených nebo domnělých DGC PDB přístupové kódy PDB: 3N53​, PDB: 3N3T​, PDB: 3MTK​, PDB: 2WB4​, PDB: 3 KZP​, PDB: 3 HVA​, PDB: 3I5A​, PDB: 3IGN​, PDB: 3HVW​, PDB: 3H9WA PDB: 2R60​.

Biologická funkce

Diguanylátcykláza se podílí na tvorbě všudypřítomné druhý posel, cyklický-di-GMP, zapojený do bakteriální biofilm formace a vytrvalost. GGDEF doména byla poprvé identifikována v regulačním proteinu PleD bakterie Caulobacter crescentus.[6] Později bylo poznamenáno, že četné bakteriální genomy kódovaly více proteinů s doménou GGDEF.[7] Pseudomonas aeruginosa PAO1 má 33 proteinů s doménami GGDEF, Escherichia coli K-12 má 19 a Vibrio cholerae O1 má 41.[8] V buněčný cyklus z Caulobacter crescentus „Je známo, že DGC PleD ovládá pól morfogeneze.[9] v Pseudomonas fluorescens Předpokládá se, že aktivita DGC WspR je částečně zodpovědná za fenotyp rozmetače vrásek (WS).[10] v Pseudomonas aeruginosa Je známo, že WspR řídí autoagregaci.[8]

Role DGC v buněčném cyklu C. crescentus

Během buněčného cyklu C. crescentus, proteiny s doménami GGDEF a EAL jsou odděleny směrem ke dvěma odlišným pólům. Aktivní forma diguanylátcyklázy PleD se lokalizuje na sledovaném pólu diferenciace C. crescentus buňky.[11] Bylo navrženo, že funkce PleD je dvojí. PleD je zodpovědný za vypnutí rotací bičíku a inhibici motility před zahájením replikace genomu a také za regeneraci motility po dokončení diferenciace.[12]

Aktivační mechanismus a regulace prostřednictvím inhibice produktu DGC PleD z C. crescentus [4]

Aktivační mechanismus a regulace

Krystalová struktura C. crescentus diguanylátcykláza, PleD, obsahuje tři domény; doména GGDEF s aktivitou diguanylátcyklázy a dvěma doménami přijímače podobnými CheY (D1 / D2). Jak je vidět na obrázku, aktivní forma PleD je dimer, který se tvoří fosforylací první přijímací domény (D1).[4] Fosforylace přijímací domény zvyšuje dimerizační afinitu přibližně 10krát nad nefosforylovanými doménami.[2][13]

Inhibice aktivity DGC je považována za alosterický a nesoutěžní.[4][14] Cyklický di-GMP se váže na rozhraní mezi doménami DGC a D2, stabilizuje otevřenou strukturu a brání katalýze.[15] U K byla pozorována silná inhibice produktui 0,5 μM.[4]

Ačkoli přesný katalytický mechanismus nebyl vyřešen, předpokládá se, že dimerizovaná struktura PleD usnadňuje interakci dvou molekul GTP v aktivním místě DGC pro cyklizaci. Navrhovaný mechanismus Chan et al. znamená, že 3'-ACH skupina GTP je deprotonovaný zbytkem kyseliny glutamové (E370), aby se umožnil intermolekulární nukleofilní útok α-fosfát. Pentachoordinovaný přechodový stav vytvořený tímto nukleofilním útokem je možná stabilizován lysinovým zbytkem (K332).

Tvorba c-di-GMP: Ve zbytku PleD může E370 působit jako obecná báze a K332 může stabilizovat náboj v pentachoordinovaném přechodovém stavu

Reference

  1. ^ Ausmees N, Mayer R, Weinhouse H, Volman G, Amikam D, Benziman M, Lindberg M (říjen 2001). „Genetická data naznačují, že proteiny obsahující doménu GGDEF mají aktivitu diguanylátcyklázy“. Mikrobiologické dopisy FEMS. 204 (1): 163–7. doi:10.1111 / j.1574-6968.2001.tb10880.x. PMID  11682196.
  2. ^ A b Sklad AM (srpen 2007). "Aktivace diguanylátcyklázy: trvá to dva". Struktura. 15 (8): 887–8. doi:10.1016 / j.str.2007.07.003. PMID  17697992.
  3. ^ Ryjenkov DA, Tarutina M, Moskvin OV, Gomelsky M (březen 2005). „Cyklický diguanylát je všudypřítomná signální molekula v bakteriích: pohled na biochemii proteinové domény GGDEF“. Journal of Bacteriology. 187 (5): 1792–8. doi:10.1128 / JB.187.5.1792-1798.2005. PMC  1064016. PMID  15716451.
  4. ^ A b C d E F G Chan C, Paul R, Samoray D, Amiot NC, Giese B, Jenal U, Schirmer T (prosinec 2004). "Strukturní základ aktivity a alosterická kontrola diguanylátcyklázy". Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 101 (49): 17084–9. doi:10.1073 / pnas.0406134101. PMC  535365. PMID  15569936.
  5. ^ Pei J, Grishin NV (únor 2001). "Doména GGDEF je homologní s adenylyl cyklázou". Proteiny. 42 (2): 210–6. doi:10.1002 / 1097-0134 (20010201) 42: 2 <210 :: AID-PROT80> 3.0.CO; 2-8. PMID  11119645.
  6. ^ Hecht GB, Newton A (listopad 1995). „Identifikace nového regulátoru odezvy požadovaného pro přechod swarmer-to-stalked-cell v Caulobacter crescentus“. Journal of Bacteriology. 177 (21): 6223–9. doi:10.1128 / jb.177.21.6223-6229.1995. PMC  177463. PMID  7592388.
  7. ^ Galperin MY, Nikolskaya AN, Koonin EV (září 2001). "Nové domény prokaryotických dvousložkových systémů přenosu signálu". Mikrobiologické dopisy FEMS. 203 (1): 11–21. doi:10.1016 / S0378-1097 (01) 00326-3. PMID  11557134.
  8. ^ A b D'Argenio DA, Miller SI (srpen 2004). „Cyklický di-GMP jako bakteriální druhý posel“. Mikrobiologie. 150 (Pt 8): 2497–502. doi:10,1099 / mic. 0,27099-0. PMID  15289546.
  9. ^ Aldridge P, Paul R, Goymer P, Rainey P, Jenal U (březen 2003). "Úloha regulátoru GGDEF PleD v polárním vývoji Caulobacter crescentus". Molekulární mikrobiologie. 47 (6): 1695–708. doi:10.1046 / j.1365-2958.2003.03401.x. PMID  12622822.
  10. ^ Malone JG, Williams R, Christen M, Jenal U, Spiers AJ, Rainey PB (duben 2007). „Vztah struktura-funkce WspR, regulátoru odezvy Pseudomonas fluorescens s výstupní doménou GGDEF“. Mikrobiologie. 153 (Pt 4): 980–94. doi:10.1099 / mic.0.2006 / 002824-0. PMID  17379708.
  11. ^ Paul R, Weiser S, Amiot NC, Chan C, Schirmer T, Giese B, Jenal U (březen 2004). „Dynamická lokalizace regulátoru bakteriální reakce závislá na buněčném cyklu s novou výstupní doménou di-guanylátcyklázy“. Geny a vývoj. 18 (6): 715–27. doi:10,1101 / gad.289504. PMC  387245. PMID  15075296.
  12. ^ Skerker JM, Laub MT (duben 2004). "Progrese buněčného cyklu a tvorba asymetrie v Caulobacter crescentus". Recenze přírody. Mikrobiologie. 2 (4): 325–37. doi:10.1038 / nrmicro864. PMID  15031731.
  13. ^ Wassmann P, Chan C, Paul R, Beck A, Heerklotz H, Jenal U, Schirmer T (srpen 2007). "Struktura regulátoru odezvy modifikovaného BeF3 PleD: důsledky pro aktivaci diguanylátcyklázy, katalýzu a inhibici zpětné vazby". Struktura. 15 (8): 915–27. doi:10.1016 / j.str.2007.06.016. PMID  17697997.
  14. ^ Paul R, Abel S, Wassmann P, Beck A, Heerklotz H, Jenal U (říjen 2007). "Aktivace diguanylátcyklázy PleD pomocí fosforylace zprostředkované dimerizace". The Journal of Biological Chemistry. 282 (40): 29170–7. doi:10,1074 / jbc.M704702200. PMID  17640875.
  15. ^ Christen B, Christen M, Paul R, Schmid F, Folcher M, Jenoe P, Meuwly M, Jenal U (říjen 2006). "Alosterická kontrola cyklické di-GMP signalizace". The Journal of Biological Chemistry. 281 (42): 32015–24. doi:10,1074 / jbc.M603589200. PMID  16923812.

Další čtení