PA klan proteáz - PA clan of proteases

PA klan proteázy
TEV proteáza beta-barely.png
Dvojitý β-sudy které charakterizují klan PA jsou zvýrazněny červeně. (TEV proteáza, PDB: 1 lvm​)
Identifikátory
SymbolN / A
Pfam klanCL0124
InterProIPR009003
SCOP250494 / Rozsah / SUPFAM
Membranome319

The Klan PA (Protease smíšeného nukleofilu, nadčeleď A) je největší skupina proteázy se společným původem, jak je uvedeno v strukturní homologie. Členové mají chymotrypsin - jako záhyb a podobně proteolýza mechanismy, ale může mít identitu <10%. Klan obsahuje obojí cystein a serinové proteázy (odlišný nukleofily ).[1][2] PA klanové proteázy najdete v rostliny,[3] zvířata,[3] houby,[3] eubakterie,[4] archaea[5][6] a viry.[2]

Běžné používání katalytická triáda pro hydrolýzu více klany proteáz, včetně klanu PA, představuje příklad konvergentní evoluce.[7] Rozdíly v katalytické triádě v klanu PA jsou také příkladem odlišná evoluce z aktivní stránky v enzymech.[2]

Dějiny

V 60. letech 20. století sekvenční podobnost několik proteáz naznačilo, že jsou evolučně příbuzné.[8] Ty byly seskupeny do chymotrypsinům podobné serinové proteázy[9] (nyní nazývaný Rodina S1 ). Protože struktury těchto a dalších proteáz byly vyřešeny Rentgenová krystalografie v 70. a 80. letech bylo zjištěno, že několik virových proteáz jako např Virus proteázy tabáku Etch ukázal strukturní homologie navzdory zjevné podobnosti sekvence a dokonce i jinému nukleofilu.[2][10][11] Na základě strukturní homologie, a nadčeleď byl definován a později pojmenován klan PA (podle MEROPS klasifikační systém). Jak je vyřešeno více struktur, bylo do nadrodiny klanu PA přidáno více rodin proteáz.[12][13]

Etymologie

The P odkazuje na Protázy smíšeného nukleofilu. The A naznačuje, že to byl první takový klan, který byl identifikován (existují také klany PB, PC, PD a PE).[1]

Struktura

Strukturální homologie v nadrodině PA. Dvojitá beta hlaveň, která charakterizuje nadrodinu, je zvýrazněna červeně. Zobrazeny jsou reprezentativní struktury z několika rodin v rámci nadrodiny PA. Všimněte si, že některé proteiny vykazují částečně modifikovanou strukturu. Chymotrypsin (PDB: 1gg6​), trombin (PDB: 1mkx​), virová proteáza z tabáku (PDB: 1 lvm​), kalicivirin (PDB: 1 týd​), virus západního Nilu proteáza (PDB: 1fp7​), exfoliatinový toxin (PDB: 1exf​), HtrA proteáza (PDB: 1l1j​), aktivátor plazminogenu hadího jedu (PDB: 1 bqy​), chloroplast proteáza (PDB: 4 fln) A virus arteritidy koní proteáza (PDB: 1mbm​).
Nahoře byla zachována sekvence 250 členů klanu PA proteázy (nadčeleď ). Níže je zachována sekvence 70 členů rodiny proteáz C04. Šipky označují katalytická triáda zbytky. Zarovnáno na základě struktury DALI
Struktura povrchu proteázy TEV. C-koncová extenze přítomná pouze u virových členů PA klanu proteáz podobných chymotrypsinu (A) povrch se smyčkou v modré barvě b) sekundární struktura a (C) b-faktor tmel (širší oblasti naznačují větší flexibilitu) pro strukturu TEV proteázy. Substrát v černé barvě, triáda aktivních stránek v červené barvě. Konečných 15 aminokyselin (222-236) enzymového C-konce není ve struktuře viditelných, protože jsou příliš flexibilní. (PDB: 1 lvm, 1lvb​)

Navzdory zachování pouze 10% sekvenční identity se členové klanu PA izolovali z virů, prokaryot a eukaryot strukturní homologie a může být zarovnaný strukturální podobností (např. s DALI ).[3]

Dvojitá β-hlaveň

Protilátky klanu PA všechny sdílejí základní motiv dvou β-sudy s kovalentní katalýzou prováděnou kyselinou-histidin-nukleofilem katalytická triáda motiv. Sudy jsou uspořádány kolmo vedle sebe s hydrofobními zbytky, které je drží pohromadě jako základní lešení pro enzym. Zbytky triády jsou rozděleny mezi dva sudy tak katalýza probíhá na jejich rozhraní.[14]

Smyčka virové proteázy

Kromě dvojitého jádra β-barelu jsou některé virové proteázy (např TEV proteáza ) mít dlouhý, flexibilní C-koncová smyčka, která tvoří víko, které zcela zakrývá podklad a vytváří vazebný tunel. Tento tunel obsahuje sadu těsných vazebných kapes, takže každý boční řetězec peptidu substrátu (P6 až P1 ') je navázán na komplementární místo (S6 až S1') a specificita je vybavena velkou kontaktní oblastí mezi enzymem a substrátem.[11] Naopak, buněčné proteázy, které tuto smyčku postrádají, jako např trypsin mít širší specifičnost.

Evoluce a funkce

Viz také: Katalytická triáda § Srovnání mechanismů serinové a cysteinové hydrolázy

Katalytická aktivita

Evoluční divergence katalytických triád k použití různých nukleofilů. Zobrazeny jsou serinová triáda z chymotrypsin (klan PA, rodina S1) a cysteinová triáda z TEV proteáza (klan PA, rodina C3).

Strukturální homologie označuje, že členové klanu PA pocházejí ze společného předka stejného rodu. Ačkoli klanové proteázy PA používají katalytickou triádu, provádějte 2 kroky nukleofilní katalýza,[7] některé rodiny používají serin jako nukleofil zatímco ostatní používají cystein.[2] Nadčeleď je proto extrémním příkladem divergentní vývoj enzymů protože během evoluční historie se jádro katalytického zbytku enzymu změnilo v různých rodinách.[15] Kromě jejich strukturální podobnosti řízená evoluce Bylo prokázáno, že je schopné konvertovat cysteinovou proteázu na aktivní serinovou proteázu.[16] Všechny buněčné PA klanové proteázy jsou serinové proteázy, existují však jak serin, tak cysteinová proteáza rodiny virových proteáz.[7] Většina je endopeptidázy, s výjimkou rodiny S46 z exopeptidázy.[17][18]

Biologická role a specificita substrátu

Kromě divergence ve svém jádrovém katalytickém aparátu vykazují proteiny klanu PA také široký divergentní vývoj ve funkci. Členy klanu PA najdete v eukaryoty, prokaryoty a viry a zahrnuje širokou škálu funkcí. U savců jsou někteří zapojeni do srážení krve (např. trombin ), a tak mají vysokou specificitu substrátu stejně jako trávení (např. trypsin ) se širokou specificitou substrátu. Několik hadí jedy jsou také klanové proteázy PA, jako např zmije hemotoxin a zasahovat do kaskády srážení krve oběti. Navíc bakterie jako např Zlatý stafylokok vylučovat exfoliativní toxin které tráví a poškozují tkáně hostitele. Mnoho virů vyjadřuje své genom jako jediný masivní polyprotein a pomocí proteázy PA klanu jej rozštěpíte na funkční jednotky (např. obrna, norovirus, a TEV proteázy ).[19][20]

Je jich také několik pseudoenzymy v superrodině, kde byly zmutovány zbytky katalytické triády a fungují jako vazebné proteiny.[21] Například heparin -vazebný protein Azurocidin má glycin místo nukleofilu a serin místo histidinu.[22]

Rodiny

V klanu PA (P = proteázy smíšených nukleofily ), rodiny jsou označeny svým katalytickým nukleofilem (C =cysteinové proteázy, S =serinové proteázy ). Přes nedostatek sekvenční homologie pro klan PA jako celek lze jednotlivé rodiny v něm identifikovat pomocí sekvenční podobnosti.

RodinaPříkladyZnámá struktura?
C03pikorain typu obrny 3C (poliovirus )Ano
C04virová proteáza z tabáku (virus leptání tabáku )Ano
C24králičí hemoragická choroba 3C podobná peptidáza (hemoragické onemocnění králíka virus)Ne
C30prasečí přenosná gastroenteritida typu viru hlavní peptidáza (přenosný virus gastroenteritidy )Ano
C37kalicivirin (Virus Southampton )Ano
C62Gill-associated virus 3C-like peptidase (virus spojený s žábrami )Ne
C74pestivirus NS2 peptidáza (bovinní virový průjem virus 1)Ne
C99iflavirus zpracovávající peptidázu (Virus podobný Ectropis obliqua picorna )Ne
C107alphamesonivirus 3C podobná peptidáza (Cavally virus )Ne
S01chymotrypsin A (Bos taurus )Ano
S03togavirin (Virus Sindbis )Ano
S06IgA specifická serinová endopeptidáza (Neisseria gonorrhoeae )Ano
S07flavivirin (virus žluté zimnice )Ne
S29hepacivirin (virus hepatitidy C. )Ano
S30potyvirus P1 peptidáza (virus neštovic švestek )Ne
S31pestivirus NS3 polyproteinová peptidáza (bovinní virový průjem virus 1)Ne
S32koňský arterivirus serinová peptidáza (virus arteritidy koní )Ano
S39sobemovirová peptidáza (virus skvrnitého ptáka )Ano
S46dipeptidyl-peptidáza 7 (Porphyromonas gingivalis )Ne
S55SpoIVB peptidáza (Bacillus subtilis )Ne
S64Ssy5 peptidáza (Saccharomyces cerevisiae )Ne
S65pikrinainová cysteinová peptidáza (Breda-1 torovirus )Ne
S75Serin peptidáza viru bílého (Virus bílého pražmy )Ne

Viz také

Reference

  1. ^ A b Rawlings ND, Barrett AJ, Bateman A (leden 2012). „MEROPS: databáze proteolytických enzymů, jejich substrátů a inhibitorů“. Výzkum nukleových kyselin. 40 (Problém s databází): D343-50. doi:10.1093 / nar / gkr987. PMC  3245014. PMID  22086950.
  2. ^ A b C d E Bazan JF, Fletterick RJ (listopad 1988). „Virové cysteinové proteázy jsou homologní s rodinou serinových proteáz podobné trypsinu: strukturální a funkční důsledky“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 85 (21): 7872–6. Bibcode:1988PNAS ... 85.7872B. doi:10.1073 / pnas.85.21.7872. PMC  282299. PMID  3186696.
  3. ^ A b C d Laskar A, Rodger EJ, Chatterjee A, Mandal C (květen 2012). „Modelování a strukturní analýza serinových proteáz klanu PA“. Poznámky k výzkumu BMC. 5: 256. doi:10.1186/1756-0500-5-256. PMC  3434108. PMID  22624962.
  4. ^ Barbosa JA, Saldanha JW, Garratt RC (červenec 1996). „Nové rysy aktivních míst serinové proteázy a kapsy specificity: sekvenční analýza a modelové studie endopeptidáz specifických pro glutamát a epidermolytických toxinů“. Proteinové inženýrství. 9 (7): 591–601. doi:10.1093 / protein / 9.7.591. PMID  8844831.
  5. ^ „MEROPS - proteázy Archaeal S01“.
  6. ^ Ruiz-Perez F, Nataro JP (březen 2014). „Bakteriální serinové proteázy vylučované cestou autotransportéru: klasifikace, specificita a role ve virulenci“. Buněčné a molekulární biologické vědy. 71 (5): 745–70. doi:10.1007 / s00018-013-1355-8. PMC  3871983. PMID  23689588.
  7. ^ A b C Buller AR, Townsend CA (únor 2013). „Vnitřní evoluční omezení struktury proteáz, acylace enzymů a identity katalytické triády“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 110 (8): E653-61. Bibcode:2013PNAS..110E.653B. doi:10.1073 / pnas.1221050110. PMC  3581919. PMID  23382230.
  8. ^ de Haën C, Neurath H, Teller DC (únor 1975). „Fylogeneze serinproteáz souvisejících s trypsinem a jejich zymogenů. Nové metody pro zkoumání vzdálených evolučních vztahů“. Journal of Molecular Biology. 92 (2): 225–59. doi:10.1016/0022-2836(75)90225-9. PMID  1142424.
  9. ^ Lesk AM, Fordham WD (květen 1996). "Zachování a variabilita ve strukturách serinových proteináz rodiny chymotrypsinů". Journal of Molecular Biology. 258 (3): 501–37. doi:10.1006 / jmbi.1996.0264. PMID  8642605.
  10. ^ Gorbalenya AE, Blinov VM, Donchenko AP (leden 1986). „Poliovirusem kódovaná proteináza 3C: možná evoluční vazba mezi rodinami buněčných serinových a cysteinových proteináz“. FEBS Dopisy. 194 (2): 253–7. doi:10.1016/0014-5793(86)80095-3. PMID  3000829.
  11. ^ A b Phan J, Zdanov A, Evdokimov AG, Tropea JE, Peters HK, Kapust RB, Li M, Wlodawer A, Waugh DS (prosinec 2002). „Strukturální základ pro substrátovou specificitu proteázy viru tabáku etch“. The Journal of Biological Chemistry. 277 (52): 50564–72. doi:10,1074 / jbc.M207224200. PMID  12377789.
  12. ^ Allaire M, Chernaia MM, Malcolm BA, James MN (květen 1994). „Pikoravirové 3C cysteinové proteinázy mají složení podobné serinovým proteinázám podobným chymotrypsinu“. Příroda. 369 (6475): 72–6. Bibcode:1994 Natur.369 ... 72A. doi:10.1038 / 369072a0. PMID  8164744.
  13. ^ Snijder EJ, Wassenaar AL, van Dinten LC, Spaan WJ, Gorbalenya AE (březen 1996). „Arterivirová nsp4 proteáza je prototypem nové skupiny enzymů podobných chymotrypsinu, serinových proteáz podobných 3C“. The Journal of Biological Chemistry. 271 (9): 4864–71. doi:10.1074 / jbc.271.9.4864. PMID  8617757.
  14. ^ Dougherty WG, Parks TD, Cary SM, Bazan JF, Fletterick RJ (září 1989). "Charakterizace katalytických zbytků 49-kDa proteinázy viru tabáku etch". Virologie. 172 (1): 302–10. doi:10.1016/0042-6822(89)90132-3. PMID  2475971.
  15. ^ Laskar A, Rodger EJ, Chatterjee A, Mandal C (květen 2012). „Modelování a strukturní analýza serinových proteáz klanu PA“. Poznámky k výzkumu BMC. 5 (1): 256. doi:10.1186/1756-0500-5-256. PMC  3434108. PMID  22624962.
  16. ^ Shafee T, Gatti-Lafranconi P, Minter R, Hollfelder F (září 2015). „Evoluce hendikepu a obnovy vede k chemicky univerzální, nukleofilní permisivní proteáze“. ChemBioChem. 16 (13): 1866–1869. doi:10.1002 / cbic.201500295. PMC  4576821. PMID  26097079.
  17. ^ Suzuki Y, Sakamoto Y, Tanaka N, Okada H, Morikawa Y, Ogasawara W (březen 2014). "Identifikace katalytické triády rodiny S46 exopeptidáz, úzce souvisejících s klanovými PA endopeptidázami". Vědecké zprávy. 4: 4292. doi:10.1038 / srep04292. PMC  3944710. PMID  24598890.
  18. ^ Sakamoto Y, Suzuki Y, Iizuka I, Tateoka C, Roppongi S, Fujimoto M, Inaka K, Tanaka H, ​​Masaki M, Ohta K, Okada H, Nonaka T, Morikawa Y, Nakamura KT, Ogasawara W, Tanaka N (květen 2014 ). „S46 peptidázy jsou první exopeptidázy, které jsou členy klanu PA“. Vědecké zprávy. 4: 4977. doi:10.1038 / srep04977. PMC  4021333. PMID  24827749.
  19. ^ Salvesen G (2013). Rawlings N (ed.). Příručka proteolytických enzymů. Boston: Academic Press. ISBN  9780123822192.
  20. ^ Polgár L (říjen 2005). "Katalytická triáda serinových peptidáz". Buněčné a molekulární biologické vědy. 62 (19–20): 2161–72. doi:10.1007 / s00018-005-5160-x. PMID  16003488.
  21. ^ Todd AE, Orengo CA, Thornton JM (říjen 2002). "Sekvence a strukturní rozdíly mezi enzymy a neenzymovými homology". Struktura. 10 (10): 1435–51. doi:10.1016 / s0969-2126 (02) 00861-4. PMID  12377129.
  22. ^ Iversen LF, Kastrup JS, Bjørn SE, Rasmussen PB, Wiberg FC, Flodgaard HJ, Larsen IK (duben 1997). "Struktura HBP, multifunkčního proteinu se záhybem serinové proteinázy". Přírodní strukturní biologie. 4 (4): 265–8. doi:10.1038 / nsb0497-265. PMID  9095193.

externí odkazy

  • MEROPS - Obsáhlá databáze proteáz
  • Nadčeleď - Databáze proteinových záhybů