N-glykosyltransferáza - N-glycosyltransferase

Rodina glykosyltransferázy 41
Identifikátory
SymbolGT41
PfamPF13844
CAZyGT41

N-glykosyltransferáza je enzym u prokaryot, která přenáší jednotlivce hexózy na asparagin postranní řetězce v proteinech substrátu pomocí a nukleotid - vázaný prostředník v cytoplazmě. Jsou odlišné od běžných N-glykosylační enzymy, což jsou oligosacharyltransferázy ten převod předem smontovaný oligosacharidy. Obě rodiny enzymů však cílí na sdílený aminokyselinová sekvence asparagin - jakákoli aminokyselina kromě prolin —serin nebo threonin (N – x – S / T), s některými variacemi.

Takové enzymy byly nalezeny v bakteriích Actinobacillus pleuropneumoniae (jehož N-glykosyltransferáza je nejlépe prozkoumaným členem této rodiny enzymů) a Haemophilus influenzae, a později u jiných bakteriálních druhů, jako je Escherichia coli. N-glykosyltransferázy obvykle cílí adhesin proteiny, které se podílejí na připojení bakteriálních buněk k epitel (v patogenní bakterie ); glykosylace je důležitý pro stabilitu a funkci adhesinů.

Historie a definice

N-glykosyltransferázová aktivita byla poprvé objevena v roce 2003 St. Geme et al. v Haemophilus influenzae[1] a identifikován jako nový typ glykosyltransferázy v roce 2010.[2] The Actinobacillus pleuropneumoniae N-glykosyltransferáza je nejlépe prozkoumaným enzymem této rodiny.[3][4] Zpočátku, glykosylace proteinů byl považován za čistě eukaryotický proces[5] než byly tyto procesy objeveny v prokaryoty, počítaje v to N-glykosyltransferázy.[3]

Biochemie

N-glykosyltransferázy jsou neobvyklé[A] Typ glykosyltransferáza který spojuje jednotlivé hexózy s cílovým proteinem.[6][7][4] Připevnění cukrů k dusík atom v amidová skupina - jako je amidová skupina skupiny asparagin - vyžaduje enzym jako elektrony dusíku jsou přemístěn v pi-elektron systém s uhlíkem amidu. Pro aktivaci bylo navrženo několik mechanismů. Mezi nimi jsou a deprotonace amidu, interakce mezi a hydroxyl skupina v substrátu pokračování s amidem[9] (teorie podporovaná skutečností, že se zdá, že rychlosti glykosylace rostou se zásaditostí druhé aminokyseliny v sekvenci[10]) a dvě interakce zahrnující kyselé aminokyseliny v enzymu vodík atom amidové skupiny. Tento mechanismus podporuje rentgen struktury a biochemické informace o procesech glykosylace; interakce narušuje delokalizaci a umožňuje elektronům dusíku provádět a nukleofilní útok na cukrový substrát.[8]

N-glykosyltransferázy z Actinobacillus pleuropneumoniae[11] a Haemophilus influenzae použít asparagin -aminokyselina-serin nebo threonin sekvence jako cílové sekvence, stejná sekvence používaná oligosacharyltransferázami.[12] The glutamin -469 zbytků v Actinobacillus pleuropneumoniae N-glykosyltransferáza a její homology v jiných N-glykosyltransferázy jsou důležité pro selektivitu enzymu.[13] Aktivitu enzymu dále ovlivňují aminokyseliny v okolí sekvence, zvláště důležité jsou struktury beta-smyček.[14] Alespoň Actinobacillus pleuropneumoniae N-glykosyltransferáza může také hydrolyzovat cukerné nukleotidy v nepřítomnosti substrátu,[15] vzor často pozorovaný u glykosyltransferáz,[16] a nějaký N-glykosyltransferázy mohou připojit další hexózy kyslík atomy bílkoviny vázané hexózy.[7] N-glykosylace pomocí Actinobacillus pleuropneumoniae HMW1C nevyžaduje kovy,[11] v souladu s pozorováním učiněným na jiných Glykosyltransferázy rodiny GT41[17] a rozdíl od oligosacharyltransferáz.[11]

Klasifikace

Strukturálně N-glykosyltransferázy patří do rodiny glykosyltransferáz GT41 a podobají se protein Ó-GlcNAc transferáza, eukaryotický enzym s různými jaderný, mitochondriální a cytosolický cíle.[8] Pravidelný Nnavázané oligosacharyltransferázy patří do jiné rodiny proteinů, STT3.[18] The Haemophilus influenzae N-glykosyltransferáza má domény s homologiemi glutathion S-transferáza a glykogen syntáza.[19]

The N-glykosyltransferázy se dělí do dvou funkčních tříd, první (např. několik Yersinia, Escherichia coli a Burkholderia sp.) je spojen s trimerní autotransportéry adhesiny a druhá má enzymy genomicky spojené s proteiny asociovanými s metabolismem ribozomu a sacharidů (např Actinobacillus pleuropneumoniae, Haemophilus ducreyi a Kingella kingae ).[20]

Funkce

N- propojené glykosylace je důležitý proces, zejména v eukaryoty kde má více než polovina všech bílkovin N-připojené cukry[12] a kde se jedná o nejběžnější formu glykosylace.[21] Procesy jsou také důležité v prokaryoty[12] a archaejci.[22] U zvířat například zpracování bílkovin v endoplazmatické retikulum a několik funkcí imunitní systém jsou závislé na glykosylaci.[9][b]

Hlavní substráty N-glykosyltransferázy jsou adhesiny.[8] Adhesiny jsou proteiny, které se používají ke kolonizaci povrchu, často a slizniční povrch v případě patogenních bakterií.[25] N-glykosyltransferázové homology byly nalezeny v patogenní gamaproteobakterie,[26] jako Yersinia a další pasteurellaceae.[8] Tyto homology jsou velmi podobné Actinobacillus pleuropneumoniae enzym a může glykosylovat Haemophilus influenzae HMW1A adhesin.[27]

N-glykosyltransferázy mohou být nové glykoinženýrství nářadí,[28] vzhledem k tomu, že k výkonu své funkce nepotřebují lipidový nosič.[29] Glykosylace je důležitá pro funkci mnoha proteinů a produkce glykosylovaných proteinů může být výzvou.[24] Potenciální využití nástrojů glykoinženýrství zahrnuje vytvoření vakcíny proti polysacharidům vázaným na bílkoviny.[30]

Příklady

  • Actinobacillus pleuropneumoniae má glykosyltransferázu homologní s HMW1C, která může N-glykosylovat Haemophilus influenzae HMW1A protein.[12] Nativní substráty jsou autotransportér adhesiny v Actinobacillus pleuropneumoniae[31] jako AtaC[32] a další pasteurellaceae.[33] Používá stejný cílový sled jako Haemophilus influenzae Enzym HMW1C[11] a oligosacharyltransferázy[28] a bylo postulováno, že tato volba sekvence je pro molekulární mimikry důvodů.[34] Kromě toho může také cílit na další sekvence[8] takový homoserin,[35] je však neaktivní proti asparaginům následovaným a prolin.[11] Obecně je tento enzym relativně nespecifický při cílení na proteiny sekvencí.[36] Existují protichůdné zprávy o tom, zda může užívat glutamin[35][11] nebo proveďte spojení hexóza-hexóza[12][37] ale může fungovat jako Ó-glykosyltransferáza.[34] Dále tento enzym používá přednostně UDP -glukóza nad UDP-galaktózou,[11] a může také použít pentózy, manóza a HDP vázané cukry, ale žádné substituované hexózy jako N-acetylglukosamin.[15] Byla objasněna jeho struktura a místa zapojená do vazby na substrát.[38] The N-glykosyltransferáza je doprovázena další glykosyltransferázou, která váže glukózu na glykan vázaný na bílkoviny,[39] a dvě glykosyltransferázy jsou součástí operon společně s třetím proteinem, který se podílí na methylthiolace z ribozomy.[40]
  • Aggregatibacter aphrophilus vyjadřuje HMW1C homolog.[41] Substrát pro homolog HMW1C z Aggregatibacter aphrophilus se jmenuje EmaA a je autotransportér protein.[41] The Aggregatibacter aphrophilus glykosyltransferáza je důležitá pro adhezi bakterie na epitel.[42]
  • v Haemophilus influenzae (A dýchací trakt patogen[7]), N-glykosyltransferáza HMW1C se váže galaktóza a glukóza převzato z a nukleotid nosič na HMW1A adhesin. Proces je důležitý pro stabilitu proteinu HMW1A. HMW1C používá zejména N – X – S / T pokračování jako substrát, stejný sekvence, na kterou se zaměřuje oligosacharyltransferáza,[12] a může také připojit další hexózy k již na protein vázané hexóze.[43] Cukry jsou připojeny k UDP dopravce,[22][8] samotný enzym je cytoplazmatický a přenese 47 hexóz na svůj substrát HMW1A,[22][21] ačkoli ne všechny kandidátské sekvence jsou zaměřeny.[29] Připomíná to Ó-glykosyltransferázy v některých aspektech více než N-glykosylační enzymy,[44] a je velmi podobný Actinobacillus pleuropneumoniae enzym.[29] Strukturálně má záhyb GT-B se dvěma subdoménami, které se podobají a Rossmann fold a doména AAD.[43] Existují důkazy, že aminokyselinové sekvence obsahující sekvenci jsou vybrány proti v Haemophilus influenzae bílkoviny, pravděpodobně proto, že N-glykosyltransferáza není cílově specifická a přítomnost sekvencí by vedla ke škodlivé glykosylaci mimo cílových proteinů.[45] Haemophilus influenzae má další homolog HMW1C HMW2C,[46] který spolu s adhesinem HMW2 tvoří podobný systém substrát-enzym.[43] Genomický místo HMW1C je hned vedle místa HMW1A.[47]
  • Enterotoxigenní Escherichia coli používá a N-glykosyltransferáza zvaná EtpC k úpravě proteinu EtpA, což je ortologický na HMW1A ze dne Haemophilus influenzae.[48] EtpA funguje jako adhesin, který zprostředkovává vazbu na intestinální epitel[6] a selhání glykosylace mění dodržování chování bakterií.[20]
  • Kingella kingae vyjadřuje HMW1C homolog.[41] The autotransportér protein Knh je substrát homologu HMW1C z Kingella kingae. Proces glykosylace je důležitý pro schopnost Kingella kingae za vzniku bakteriálních agregátů a k navázání epitel;[49] v jeho nepřítomnosti přilnavost a výraz Knh bílkoviny jsou poškozeny.[42] Proces glykosylace v Kingella kingae není striktně vázán na postup konsensu.[50]
  • Yersinia enterocolitica má funkční N-glykosyltransferáza.[18][8] Má také protein podobný HMW1C, ale není známo, zda má stejnou aktivitu.[48]
  • Další homology byly nalezeny v Burkholderia druh, Escherichia coli, Haemophilus ducreyi, Mannheimia druh, Xanthomonas druh, Yersinia pestis a Yersinia pseudotuberculosis.[6][1]

Poznámky

  1. ^ Pravidelný N-glykosyltransferázy jsou oligosacharid - přenášející enzymy.[6][7][4] Přestože obě rodiny enzymů připojují cukry k dusíku, Haemophilus influenzae N-glykosyltransferáza nemá žádnou podobnost s oligosacharyltransferázami[8] a zdá se, že se vyvinuli nezávisle.[1]
  2. ^ N-glykosylace obvykle zahrnuje připojení oligosacharidy na asparagin aminoskupiny v bílkovinách;[12] po asparaginu obvykle následuje o dvě aminokyseliny později a serin nebo a threonin.[23] Oligosacharid je ve většině případů sestaven na isoprenoid tak jako dopravce,[22] s různými použitými oligosacharidy.[24]

Reference

  1. ^ A b C Nothaft & Szymanski 2013, str. 6916.
  2. ^ Choi a kol. 2010, str. 2.
  3. ^ A b Song a kol. 2017, str. 8856.
  4. ^ A b C Naegeli & Aebi 2015, str. 11.
  5. ^ Nothaft & Szymanski 2013, str. 6912.
  6. ^ A b C d Grass, Susan; Lichti, Cheryl F .; Townsend, R. Reid; Gross, Julia; Iii, Joseph W. St Geme (27. května 2010). „Protein Haemophilus influenzae HMW1C je glykosyltransferáza, která přenáší zbytky hexózy na místa asparaginu v HMW1 adhesinu“. PLOS patogeny. 6 (5): 6. doi:10.1371 / journal.ppat.1000919. ISSN  1553-7374. PMC  2877744. PMID  20523900.
  7. ^ A b C d Gawthorne a kol. 2014, str. 633.
  8. ^ A b C d E F G h Naegeli a kol. 2014, str. 24522.
  9. ^ A b Naegeli a kol. 2014, str. 24521.
  10. ^ Bause & Legler 1981, str. 644.
  11. ^ A b C d E F G Schwarz a kol. 2011, str. 35273.
  12. ^ A b C d E F G Schwarz a kol. 2011, str. 35267.
  13. ^ Song a kol. 2017, str. 8861.
  14. ^ Bause, E (1. února 1983). "Strukturální požadavky N-glykosylace proteinů. Studie s prolinovými peptidy jako konformačními sondami ". Biochemical Journal. 209 (2): 331–336. doi:10.1042 / bj2090331. ISSN  0264-6021. PMC  1154098. PMID  6847620.
  15. ^ A b Naegeli a kol. 2014, str. 24524.
  16. ^ Naegeli a kol. 2014, str. 24530.
  17. ^ Choi a kol. 2010, str. 7.
  18. ^ A b Naegeli a kol. 2014, str. 2171.
  19. ^ Kawai a kol. 2011, str. 38553.
  20. ^ A b McCann & St Geme 2014, str. 2.
  21. ^ A b Choi a kol. 2010, str. 1.
  22. ^ A b C d Naegeli a kol. 2014, str. 2170.
  23. ^ Bause & Legler 1981, str. 639.
  24. ^ A b Naegeli & Aebi 2015, str. 4.
  25. ^ Grass a kol. 2003, str. 737.
  26. ^ Schwarz a kol. 2011, str. 35269.
  27. ^ Gawthorne a kol. 2014, str. 636.
  28. ^ A b Song a kol. 2017, str. 8857.
  29. ^ A b C McCann & St Geme 2014, str. 3.
  30. ^ Naegeli & Aebi 2015, str. 12.
  31. ^ Naegeli a kol. 2014, str. 2172.
  32. ^ Keys, Timothy G .; Wetter, Michael; Hang, Ivan; Rutschmann, Christoph; Russo, Simona; Mally, Manuela; Steffen, Michael; Zuppiger, Matthias; Müller, Fabian; Schneider, Jörg; Faridmoayer, Amirreza; Lin, Chia-wei; Aebi, Markus (listopad 2017). "Biosyntetická cesta pro polysialylaci proteinů v Escherichia coli". Metabolické inženýrství. 44: 293–301. doi:10.1016 / j.ymben.2017.10.012. ISSN  1096-7176. PMID  29101090.
  33. ^ Naegeli a kol. 2014, str. 2173.
  34. ^ A b Naegeli a kol. 2014, str. 2178.
  35. ^ A b Naegeli a kol. 2014, str. 24531.
  36. ^ Gawthorne a kol. 2014, str. 634.
  37. ^ Kawai a kol. 2011, str. 38547.
  38. ^ Kawai a kol. 2011, str. 38549,38550.
  39. ^ Cuccui a kol. 2017, str. 2.
  40. ^ Cuccui a kol. 2017, str. 10.
  41. ^ A b C Rempe a kol. 2015, str. 5.
  42. ^ A b Rempe a kol. 2015, str. 4.
  43. ^ A b C McCann & St Geme 2014, str. 1.
  44. ^ Rempe a kol. 2015, str. 2.
  45. ^ Gawthorne a kol. 2014, str. 637 638.
  46. ^ Grass a kol. 2003, str. 742.
  47. ^ Kawai a kol. 2011, str. 38546.
  48. ^ A b Valguarnera, Ezequiel; Kinsella, Rachel L .; Feldman, Mario F. (srpen 2016). "Cukr a koření dělají bakterie nepříjemnými: glykosylace bílkovin a její vliv na patogenezi". Journal of Molecular Biology. 428 (16): 3206–3220. doi:10.1016 / j.jmb.2016.04.013. ISSN  0022-2836. PMID  27107636.
  49. ^ Rempe a kol. 2015, str. 3.
  50. ^ Rempe a kol. 2015, str. 6.

Zdroje

externí odkazy