Vložka specifická pro rostliny - Plant-specific insert

Solanum tuberosum Aspartová proteáza 3 inzert specifický pro rostliny
PDB 3RFI.png
Struktura domény podobné saposinu rostlinné aspartátové proteinázy[1]
Identifikátory
OrganismusSolanum tuberosum
SymbolStAP_PSI
PDB3RFI
UniProtQ6B9W9

The rostlinně specifická vložka (PSI) nebo sekvence specifická pro rostliny (PSS)[2] je nezávislá doména, která se nachází výlučně v rostlinách a obsahuje přibližně 100 zbytků, které se na některých nacházejí na C-terminálním laloku aspartátové proteázy (AP) volal fytepsiny.[3] PSI, jako nezávislá entita oddělená od svého mateřského AP, je homologní na saposin a patří do rodiny proteinů podobných saposinu (SAPLIP).[4]

Ačkoli je PSI seskupen podél proteinů v rodině SAPLIP, PSI neobsahuje správnou doménu podobnou saposinu. To je způsobeno a kruhová obměna N- a C-konců PSI, ve kterých jsou koncové body „vyměněny“. To vedlo k tomu, že se PSI nazýval „swaposin„(slovní spojení„ swap “a„ saposin “)[5] Ačkoliv terciární struktura stále zůstává homologní k saposinu a dalším členům rodiny SAPLIP.[4]

Struktura

Navrhovaný vztah mezi saposinem a swaposinem. Mohli se vyvinout z podobného genu.[5] Oba se skládají ze čtyř alfa šroubovic, přičemž pořadí šroubovic je vzájemně permutováno.

Mezi rostlinami jsou AP mezi různými druhy obecně homologní, vykazující vysokou sekvenční identitu při zachování podobné terciární struktury jako pepsin.[2] Rostlinné přístupové body jako takové zachovávají zymogenní forma zralého AP společná s jinými aspartátovými proteázami, ve kterých je zymogen udržován neaktivní až do odstranění prosegmentu z aktivní štěrbiny.

zpracovává se

Zymogenní forma rostlinných AP obsahuje primární sekvenci PSI, i když ne všechny rostlinné AP obsahují oblast PSI.[4] Samotný PSI se skládá z přibližně 100 zbytků a nachází se v C-terminální primární struktuře AP zymogenních rostlin, tvořících nezávislou doménu od charakteristické bilobální terciární struktury aspartátových proteáz. V případě Procardosinu A je zymogenní forma Cardosinu A (hlavní AP nalezená v kardon ), PSI se nejprve odstraní před aktivací zralého enzymu, ve kterém se prosegment štěpí během proteolytického zpracování.[2]

Terciární struktura

Krystalová struktura profytepsinu (z ječmen ) byla první známou strukturou k objasnění molekulární topologie jakéhokoli PSI.[6] Krystalová struktura PSI odvozeného od profytepsinu odhalila, že celková délka a poloha šroubovic nalezených v PSI je zachována s těmi z NK-lysinu, dalšího člena skupiny SAPLIP.[3][6][7] Kromě toho srovnání sekvencí mezi NK-lysinem a PSI ukazuje, že jsou také zachovány relativní polohy disulfidových můstků, což je společný rys SAPLIPS.[4]

Existuje několik krystalových struktur obsahujících souřadnice zymogenního mateřského AP a domény SAPLIP PSI pro kardon a ječmen.[3][6] V těchto krystalických strukturách získává doména PSI „uzavřenou“ terciární strukturu podobnou struktuře NK-lysinu a saposinu. The Rentgenová krystalografická struktura bramborového PSI, rekombinantně exprimovaná odděleně od jeho mateřského AP, odhalila terciární strukturu podobnou otevřené struktuře saposinu C a tvoří homodimer při pH 7,4.[1]

První šroubovice na N-terminálním konci otevřené struktury bramborového PSI také vykazuje podobnost ve své terciární struktuře s hemaglutininovým fúzním peptidem, vykazující podobný bumerangový motiv. Také tato šroubovice sdílí celkový tvar šroubovice-kink-šroubovice s hemaglutininem indukovaným přítomností tryptofanu; toto odhalení je důležité, protože naznačuje důvod interakce N-terminální boční šroubovice s fosfolipidovými dvojvrstvy. To znamená, že se předpokládá, že tento motiv helix-kink-helix je kritický pro fusogenní a membránové interakce této šroubovice.[3]

Funkce

Základní funkcí proteinů patřících do skupiny SAPLIP je interakce s membránovými dvojvrstvy, a to buď perturbací (bez permeabilizace), permeabilizací membrány nebo vazbou na membránu.[3][8][9] Mezi významné členy rodiny SAPLIP patří granulysin (antimikrobiální),[10] protein B spojený s plicním surfaktantem (regulace plicní povrchově aktivní látky) [11] a saposiny (degradace sfingolipidů), podle nichž jsou pojmenovány SAPLIPy.

Specificky pro PSI se ukázalo, že PSI se podílí na zprostředkování interakcí PSI, samostatně nebo v kombinaci s mateřským enzymem PSI, s fosfolipidovými membránami při kyselém pH (~ pH 4,5). Specificky je PSI zapojen do vakuolárního cílení a poruchy membrány; to umožňuje jak skladování, tak pohyb AP do oddělení pro skladování proteinů ve vakuolách obsažených v listech a kořenech ječmene a kardonu.[2][3] To je podobné funkci domény SapB u člověka AOAH.[12]

Stejně jako ostatní členové rodiny SAPLIP poskytuje PSI antimikrobiální aktivitu. Bramborový PSI nadměrně exprimovaný samostatně v A. thalina zvyšuje odolnost vůči patogenu Botrytis cinerea, jak vlastní antifungální aktivitou, tak schopností vyvolat obranyschopnost rostlin.[13] Bramborový PSI má také selektivní cytotoxickou aktivitu proti patogenům a rakovinovým buňkám (ale ne lidské T buňky, RBC nebo rostlinné buňky). Po připojení zpět do nadřazeného AP si zachovává svou antimikrobiální aktivitu.[14]

Mikroskopie atomové síly experimentování na brambor PSI exprimovaný odděleně od svého mateřského AP odhalil, že aniontové fosfolipidové membrány jsou PSI přeskupeny podobným způsobem jako u saposinu C.[1] Ukázalo se také, že vykazuje PSI z brambor Jako Michaelis-Menten kinetika, objasněná z testů narušení velkých unilamelárních vezikul (LUV) způsobem závislým na dávce, což je mezi SAPLIP jedinečná funkce.[1] Kinetika podobná Michaelis-Mentenovi spojená s nezávislou funkcí PSI od mateřského AP tedy vedla k odhalení, že PSI je prvním známým příkladem „enzymu v enzymu“.[1]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d E Bryksa BC, Bhaumik P, Magracheva E, De Moura DC, Kurylowicz M, Zdanov A, Dutcher JR, Wlodawer A, Yada RY (2011). „Struktura a mechanismus domény podobné saposinu rostlinné aspartátové proteinázy“. J Biol Chem. 286 (32): 28265–75. doi:10.1074 / jbc.M111.252619. PMC  3151071. PMID  21676875.
  2. ^ A b C d Asuman Mutlu & Susannah Gal (1999). "Rostlinné aspartátové proteinázy: enzymy na cestě k funkci". Physiologia Plantarum. 105 (3): 569–576. doi:10.1034 / j.1399-3054.1999.105324.x.
  3. ^ A b C d E F Egas C, Lavoura N, Resende R, Brito RM, Pires E, Maria de Lima CP, Faro C (2000). „Doména rostlinného prekurzoru asparagové proteázy podobná saposinu je silným induktorem úniku vezikul“. J Biol Chem. 275 (49): 38190–38196. doi:10,1074 / jbc.M006093200. PMID  10982803.
  4. ^ A b C d Heike BRUHN (2005). „Krátká prohlídka funkčními a strukturálními rysy proteinů podobných saposinu“. Biochem J.. 389 (15): 249–257. doi:10.1042 / BJ20050051. PMC  1175101. PMID  15992358.
  5. ^ A b Ponting CP, Russell RB (květen 1995). "Swaposiny: kruhové permutace v genech kódujících homology saposinu". Trendy v biochemických vědách. 20 (5): 179–80. doi:10.1016 / S0968-0004 (00) 89003-9. PMID  7610480.
  6. ^ A b C Kervinen J, Tobin GJ, Costa J, Waugh DS, Wlodawer A, Zdanov A (1999). „Krystalová struktura profytepsinu rostlinné aspartátové proteinázy: inaktivace a vakuolární cílení“. EMBO J.. 18 (14): 3947–3955. doi:10.1093 / emboj / 18.14.3947. PMC  1171470. PMID  10406799.
  7. ^ Isaura Simões a Carlos Faro (2004). "Struktura a funkce rostlinných aspartátových proteináz". Eur J Biochem. 271 (11): 2067–2075. doi:10.1111 / j.1432-1033.2004.04136.x. hdl:10316/8129. PMID  15153096.
  8. ^ Bruhn H (2005). „Krátká prohlídka funkčními a strukturálními rysy proteinů podobných saposinu“. Biochem J.. 389 (15): 249–257. doi:10.1042 / BJ20050051. PMC  1175101. PMID  15992358.
  9. ^ Kolter T, Sandhoff K (2005). „Principy trávení lysozomálních membrán: stimulace degradace sfingolipidů aktivačními proteiny sfingolipidů a aniontovými lysozomálními lipidy“. Annu Rev Cell Dev Biol. 21: 81–103. doi:10.1146 / annurev.cellbio.21.122303.120013. PMID  16212488.
  10. ^ Anderson DH, Sawaya MR, Cascio D, Ernst W, Modlin R, Krensky A, Eisenberg D (2003). "Granulysinová krystalová struktura a lytický mechanismus odvozený ze struktury". J. Mol. Biol. 325 (2): 355–365. CiteSeerX  10.1.1.327.5540. doi:10.1016 / S0022-2836 (02) 01234-2. PMID  12488100.
  11. ^ Gordon LM, Lee KY, Lipp MM, Zasadzinski JA, Walther FJ, Sherman MA, Waring AJ (2000). „Konformační mapování N-terminálního segmentu surfaktantového proteinu B v lipidu pomocí infračervené spektroskopie Fourierovy transformace s vylepšenou 13C“. J Pept Res. 55 (4): 330–347. doi:10.1034 / j.1399-3011.2000.00693.x. PMID  10798379.
  12. ^ Staab JF, Ginkel DL, Rosenberg GB, Munford RS (1994). „Doména podobná saposinu ovlivňuje intracelulární lokalizaci, stabilitu a katalytickou aktivitu lidské acyloxyacylhydrolázy“. J. Biol. Chem. 269 (38): 23736–42. PMID  8089145.
  13. ^ Frey, María Eugenia; D'Ippolito, Sebastián; Pepe, Alfonso; Daleo, Gustavo Raúl; Guevara, María Gabriela (květen 2018). „Transgenní exprese rostlinně specifického inzertu bramborových aspartátových proteáz (StAP-PSI) uděluje zvýšenou odolnost vůči Botrytis cinerea u Arabidopsis thaliana“. Fytochemie. 149: 1–11. doi:10.1016 / j.phytochem.2018.02.004. PMID  29428248.
  14. ^ Muñoz, Fernando; Caracciolo, Pablo C .; Daleo, Gustavo; Abraham, Gustavo A .; Guevara, M. Gabriela (září 2014). „Hodnocení in vitro cytotoxické aktivity forem mono-PEGylovaného StAP3 (Solanum tuberosum aspartic proteáza 3)“. Zprávy o biotechnologii. 3: 1–7. doi:10.1016 / j.btre.2014.05.007. PMC  5466107. PMID  28626641.

externí odkazy