EF ruka - EF hand

EF ruka
PDB 1osa EBI.jpg
Struktura rekombinantu Paramecium tetraurelia klimodulin.[1]
Identifikátory
Symbolefhand
PfamPF00036
InterProIPR002048
STRÁNKAPDOC00018
SCOP21osa / Rozsah / SUPFAM
CDDcd00051

The EF ruka je spirála-smyčka-spirála strukturální doména nebo motiv nalezeno ve velkém rodina vázání vápníku bílkoviny.

Motiv EF-ruka obsahuje topologii šroubovice-smyčka-šroubovice, podobně jako roztažený palec a ukazováček lidské ruky, ve kterém Ca2+ ionty jsou koordinovány ligandy uvnitř smyčky. The motiv odvozuje svůj název od tradiční nomenklatury používané při popisu proteinu parvalbumin, který obsahuje tři takové motivy a je pravděpodobně zapojen do sval relaxace prostřednictvím jeho aktivity vázající vápník.

EF ruka se skládá ze dvou alfa helixy propojeno oblastí krátké smyčky (obvykle asi 12 aminokyseliny ), který se obvykle váže vápník ionty. EF-ruce se také objevují v každém strukturální doména z signální protein klimodulin a ve svalové bílkovině troponin-C.

Vazebné místo pro ionty vápníku

EF ruka Ca2+ vazba motiv.
  • Vápenatý iont je koordinován v pětiúhelníkové bipyramidové konfiguraci. Šest zbytků zapojených do vazby je v polohách 1, 3, 5, 7, 9 a 12; tyto zbytky jsou označeny X, Y, Z, -Y, -X a -Z. Invariant Glu nebo Asp v poloze 12 poskytuje dva kyslíky pro ligaci Ca (bidentátní ligand).
  • Ion vápníku je vázán oběma páteř bílkovin atomy a aminokyselinami boční řetězy, konkrétně zbytky kyselých aminokyselin aspartát a glutamát. Tyto zbytky jsou záporně nabité a budou provádět nábojovou interakci s kladně nabitým iontem vápníku. EF ruční motiv byl mezi prvními strukturálními motivy, jejichž požadavky na sekvenci byly podrobně analyzovány. Pět zbytků smyčky váže vápník a má tedy silnou přednost kyslík - obsahující postranní řetězce, zejména aspartát a glutamát. Šestý zbytek ve smyčce je nutně glycin kvůli konformačním požadavkům páteře. Zbývající zbytky jsou obvykle hydrofobní a tvoří a hydrofobní jádro který spojuje a stabilizuje dvě šroubovice.
  • Po navázání na Ca2+, tento motiv může projít konformačními změnami, které umožňují Ca2+-regulované funkce, jak je vidět na Ca2+ efektory, jako je kalmodulin (CaM) a troponin C (TnC) a Ca2+ pufry jako kalretikulin a kalbindin D9k. Zatímco většina známých proteinů vázajících vápník na bázi EF (CaBP) obsahuje spárované motivy EF na ruce, CaBP s jednotlivými EF rukama byly také objeveny u bakterií i eukaryot. Kromě toho byly u řady bakterií nalezeny „motivy podobné EF“. Ačkoli koordinační vlastnosti zůstávají podobné s kanonickým 29-zbytkovým motivem helix-loop-helix EF-hand, EF-hand-like motivy se liší od EF-hand v tom, že obsahují odchylky v sekundární struktuře hraničních sekvencí a / nebo kolísání délky Ca2+- koordinační smyčka.
  • EF ruce mají velmi vysokou selektivitu pro vápník. Například disociační konstanta alfa parvalbumin pro Ca2+ je ~ 1 000krát nižší než u podobného iontu Mg2+.[2] Tato vysoká selektivita je způsobena relativně rigidní koordinační geometrií, přítomností více nabitých postranních řetězců aminokyselin ve vazebném místě, jakož i vlastnostmi solvatace iontů.[3][4][5]

Předpověď

Souhrn podpisů motivů použitých pro predikci EF rukou.
  • Hledání vzoru (podpisu motivu) je jedním z nejpřímějších způsobů, jak předpovědět kontinuální EF ruka2+vazebná místa v proteinech. Na základě výsledků seřazení sekvencí kanonických EF-ručních motivů, zejména konzervovaných postranních řetězců přímo zapojených do Ca2+ vazba, vzor PS50222 byl vygenerován k předpovědi kanonických stránek EF-hand. Servery s predikcemi najdete v sekci externích odkazů.

Klasifikace

  • Od vymezení motivu EF-ruka v roce 1973 se rodina proteinů EF-ruky rozšířila tak, aby zahrnovala dosud alespoň 66 podrodin. EF-ruční motivy jsou rozděleny do dvou hlavních skupin:
    • Kanonické EF-ruce jak je vidět u kalmodulinu (CaM) a prokaryotického proteinu podobného CaM kalerythrinu. Kanonická smyčka EF se 12 zbytky váže Ca2+ hlavně přes postranní řetězec karboxyláty nebo karbonyly (pozice sekvencí smyčky 1, 3, 5, 12). Zbytek na ose –X koordinuje Ca2+ iont přes přemostěnou molekulu vody. Ruční smyčka EF má bidentátní ligand (Glu nebo Asp) v ose –Z.
    • Pseudo EF-ruce nachází se výlučně v N-koncích proteinů S100 a S100. 14-zbytková pseudo EF-ruční smyčka chelátuje Ca2+ primárně přes páteřní karbonyly (pozice 1, 4, 6, 9).

Další body:

Fylogenetický strom z rodiny proteinů EF-hand.
  • EF-ruční proteiny s diverzifikovanými sousedícími strukturními prvky kolem Ca2+-vázací smyčka byla hlášena u bakterií a virů. Tyto prokaryotické EF-podobné proteiny jsou široce zapojeny do Ca2+ signalizace a homeostáza v bakteriích. Obsahují flexibilní délky Ca2+-vázací smyčky, které se liší od motivů EF ruky. Jejich koordinační vlastnosti však připomínají klasické EF-ruční motivy.
    • Například polokontinuální Ca2+vazebné místo v proteinu vázajícím D-galaktózu (GBP) obsahuje smyčku devíti zbytků. Ca2+ iont je koordinován sedmi proteinovými atomy kyslíku, z nichž pět pochází ze smyčky napodobující kanonickou EF smyčku, zatímco další dva jsou z karboxylátové skupiny vzdálené Glu.
    • Dalším příkladem je nová doména s názvem Excalibur (extracelulární Ca2+-binding region) izolovaný z Bacillus subtilis. Tato doména má konzervovaný 10-zbytek Ca2+-vázací smyčka nápadně podobná kanonické 12-zbytkové smyčce EF-hand.
    • Rozmanitost struktury lemující oblasti je ilustrována objevem domén podobných EF jako v bakteriálních proteinech. Například řetězec helix-loop-string místo struktury helix-loop-helix je v periplazmatickém proteinu vázajícím galaktózu (Salmonella typhimurium, PDB: 1gcg) Nebo protein vázající alginát (Sfingomonas sp., 1 kWh); vstupní helix chybí v ochranném antigenu (Bacillus anthracis, 1acc) Nebo dockerin (Clostridium thermocellum, 1daq​).
  • Ze všech dosud hlášených struktur je většina motivů EF-ruky spárována buď mezi dvěma kanonickými nebo jedním pseudo a jedním kanonickými motivy. U proteinů s lichým počtem EF-rukou, jako je penta-EF-ruka calpain, byly EF-ruce motivy spojeny pomocí homo- nebo hetero-dimerizace. Nedávno identifikovaná ruka EF obsahující ER Ca2+ Ukázalo se, že senzorový protein, molekula stromální interakce 1 a 2 (STIM1, STIM2) obsahuje Ca2+-vázací kanonický EF-ruční motiv, který se páruje s bezprostředním, po proudu atypickým „skrytým“ non-Ca2+-vázací EF ruka. Jednotlivé motivy EF ruky mohou sloužit jako moduly dokování proteinů: například jediná ruka EF v proteinech NKD1 a NKD2 váže proteiny Disheveled (DVL1, DVL2, DVL3).
  • Funkčně lze EF-ruce rozdělit do dvou tříd: 1) signální proteiny a 2) pufrovací / transportní proteiny. První skupina je největší a zahrnuje nejznámější členy rodiny, jako je kalmodulin, troponin C a S100B. Tyto proteiny typicky procházejí konformační změnou závislou na vápníku, která otevírá místo vázající cíl. Druhá skupina je představována kalbindinem D9k a nepodléhá konformačním změnám závislým na vápníku.

Podskupiny

Příklady

Ekvorin

Aequorin je protein vázající vápník (CaBP) izolovaný z koelenterátu Aequorea victoria. Aequorin patří do rodiny EF-hand CaBP, se smyčkami EF-hand, které úzce souvisí s CaBP u savců. Aequorin se navíc již roky používá jako indikátor Ca2 + a ukázalo se, že je bezpečný a dobře tolerován buňkami. Ekvorin se skládá ze dvou složek - složky vázající vápník apoekvorin (AQ) a chemiluminiscenční molekula coelenterazin. Část AQ tohoto proteinu obsahuje EF-ruční domény vázající vápník.[6]

Lidské proteiny

Mezi lidské proteiny obsahující tuto doménu patří:

Viz také

  • Další výrazný motiv vázající vápník složený z alfa šroubovic je doména dockerin.

Reference

  1. ^ Ban C, Ramakrishnan B, Ling KY, Kung C, Sundaralingam M (leden 1994). "Struktura rekombinantního Paramecium tetraurelia calmodulin při rozlišení 1,68 A". Acta Crystallogr. D. 50 (Pt 1): 50–63. doi:10.1107 / S0907444993007991. PMID  15299476.
  2. ^ Schwaller, B. (13. října 2010). "Cytosolické pufry Ca2 +". Perspektivy Cold Spring Harbor v biologii. 2 (11): a004051 – a004051. doi:10.1101 / cshperspect.a004051. PMC  2964180. PMID  20943758.
  3. ^ Gifford, Jessica L .; Walsh, Michael P .; Vogel, Hans J. (15. července 2007). „Struktury a vazebné vlastnosti kov-ionty motivů EF-ruka helix – smyčka – helix vázající Ca“. Biochemical Journal. 405 (2): 199–221. doi:10.1042 / BJ20070255. PMID  17590154.
  4. ^ Dudev, Todor; Lim, Carmay (16. září 2013). „Soutěž mezi kovovými ionty pro místa vázající bílkoviny: Determinanty selektivity kovových iontů v proteinech“. Chemické recenze. 114 (1): 538–556. doi:10.1021 / cr4004665. PMID  24040963.
  5. ^ Jing, Zhifeng; Liu, Chengwen; Qi, Rui; Ren, Pengyu (23. července 2018). „Účinek mnoha těl určuje selektivitu pro Ca a Mg v bílkovinách“. Sborník Národní akademie věd. 115: 201805049. doi:10.1073 / pnas.1805049115. PMC  6094099. PMID  30038003.
  6. ^ Detert JA, Adams EL, Lescher JD, Lyons JA, Moyer JR (2013). „Předběžná léčba apoekvororinem chrání hipokampální CA1 neurony před nedostatkem kyslíku a glukózy“. PLOS ONE. 8 (11): e79002. doi:10.1371 / journal.pone.0079002. PMC  3823939. PMID  24244400.

Další čtení

externí odkazy