Regulátor odezvy - Response regulator

Doména přijímače regulátoru odezvy
3CHY.png
Regulátor odezvy Chey z E-coli, s aspartát fosforylace web zvýrazněn zeleně. Z PDB: 3CHY​.
Identifikátory
SymbolResponse_reg
PfamPF00072
Pfam klanCL0304
InterProIPR001789
CHYTRÝREC
STRÁNKAPDOC50110

A regulátor odezvy je protein který zprostředkovává a buňka Reakce na změny v jeho prostředí jako součást a dvousložkový regulační systém. Regulátory odezvy jsou spojeny s konkrétními histidinkinázy které slouží jako senzory změn prostředí. Regulátory odezvy a histidinkinázy jsou dvě z nejběžnějších genových rodin bakterie, kde jsou dvousložkové signalizační systémy velmi běžné; také se mnohem častěji objevují v genomy některých archaea, droždí, vláknité houby, a rostliny. Dvousložkové systémy se nenacházejí v metazoans.[1][2][3][4]

Funkce

Krystalová struktura kvasinek histidinový fosfotransferový protein Ypd1 v komplex s regulátorem odezvy Sln1. Ypd1 se objevuje vpravo se zachovaným čtyřšroubovicovým svazkem žlutě a variabilními šroubovicemi červeně. Sln1 se objevuje vlevo s beta listy v pálení a helixy v hnědé barvě. Zbytky klíčů - Asp z Sln1 a His z Ypd1 - jsou zvýrazněny zelenými tyčinkami. Svázaný hořčík ion je zobrazen jako oranžová koule a berylium trifluorid, fosforylový analog, je zobrazen růžově. Z PDB: 2R25​.[5]

Proteiny regulátoru odezvy se obvykle skládají z přijímače doména a jednu nebo více efektorových domén, i když v některých případech vlastní pouze přijímací doménu a projevují své účinky prostřednictvím interakce protein-protein. Při dvousložkové signalizaci reaguje histidinkináza na změny prostředí pomocí autofosforylace na histidin zbytek, po kterém následuje doména přijímače regulátoru odezvy katalyzuje převod fosfátové skupiny na vlastního příjemce aspartát zbytek. To vyvolává a konformační změna který mění funkci efektorových domén, což obvykle vede ke zvýšení transkripce cílových genů. Mechanismy, kterými k tomu dochází, jsou různorodé a zahrnují alosterický aktivace efektorové domény nebo oligomerizace regulátorů fosforylované reakce.[2] Ve společné variaci na toto téma, která se nazývá fosforelay, má hybridní histidinkináza svou vlastní doménu přijímače a histidinový fosfotransferový protein provede finální přenos do regulátoru odezvy.[4]

V mnoha případech jsou histidinkinázy bifunkční a slouží také jako fosfatázy, katalyzující odstranění fosfátu z aspartátových zbytků regulátoru odezvy, takže signál přenášený regulátorem odezvy odráží rovnováhu mezi aktivitou kinázy a fosfatázy.[4] Mnoho regulátorů odezvy je také schopno autodefosforylace, ke které dochází v širokém rozsahu časových měřítek.[2] Kromě toho je fosfoaspartát relativně chemicky nestabilní a může být hydrolyzován neenzymaticky.[1]

Histidinkinázy jsou vysoce specifické pro své příbuzné regulátory odezvy; mezi různými dvousložkovými signalizačními systémy ve stejné buňce je velmi málo vzájemných hovorů.[6]

Klasifikace

Regulátory odezvy lze rozdělit do alespoň tří širokých tříd založených na vlastnostech efektorových domén: regulátory s efektorovou doménou vázající DNA, regulátory s enzymatickou efektorovou doménou a regulátory reakce s jednou doménou.[3] Jsou možné komplexnější klasifikace založené na podrobnější analýze doménové architektury. Kromě těchto širokých kategorizací existují regulátory reakce s jinými typy efektorových domén, včetně efektorových domén vázajících RNA.

Regulační orgány s Vazba na DNA efektorová doména jsou nejčastějšími regulátory odezvy a mají přímý dopad na transkripce.[7] Mají tendenci interagovat se svými příbuznými regulátory v doméně přijímače N-konce a obsahují efektor vázající DNA směrem k C-konci. Jakmile je fosforylován v doméně přijímače, regulátor odezvy dimerizuje, získá zvýšenou kapacitu vazby DNA a působí jako transkripční faktor.[8] Architektura domén vázajících DNA je charakterizována jako variace helix-turn-helix motivy. Jedna variace nalezená na regulátoru odezvy OmpR v Dvousložkový systém EnvZ / OmpR a další regulátory reakce podobné OmpR, je architektura „okřídlené šroubovice“.[9] Regulátory odezvy podobné OmpR jsou největší skupinou regulátorů odezvy a je velmi rozšířený motiv okřídlené šroubovice. Mezi další podtypy regulátorů reakce vázání DNA patří regulátory podobné FixJ a NtrC.[10] Regulátory DNA vazebné reakce jsou zapojeny do různých procesů absorpce, včetně dusičnan /dusitany (NarL, vyskytuje se u většiny prokaryot).[11]

Druhou třídou regulátorů odezvy více domén jsou ty s enzymatický efektorové domény.[12] Tyto regulátory odezvy se mohou účastnit přenosu signálu a generovat sekundární posel molekuly. Jako příklady lze uvést regulátor chemotaxe CheB s methylesterázovou doménou, která je inhibována, pokud je regulátor odezvy v neaktivní nefosforylované konformaci. Mezi další regulátory enzymatické odpovědi patří c-di-GMP fosfodiesterázy (např. VieA v V. cholerae ), proteinové fosfatázy a histidinkinázy.[12]

Relativně malý počet regulátorů odezvy, regulátorů odezvy s jednou doménou, obsahuje pouze doménu přijímače, na kterou se spoléhá interakce protein-protein uplatňovat své následné biologické účinky.[13] Doména přijímače prochází konformační změnou, protože interaguje s autofosforylovanou histidinkinázou, a následně může regulátor odezvy iniciovat další reakce podél signální kaskády. Mezi významné příklady patří regulátor chemotaxe CheY, který interaguje s bičíkovými motorickými proteiny přímo ve svém fosforylovaném stavu.[13]

Sekvenování zatím ukázalo, že různé třídy regulátorů odezvy jsou nerovnoměrně rozloženy v různých taxonomech,[14] včetně napříč doménami. Zatímco u bakterií jsou nejčastější regulátory odezvy s doménami vázajícími DNA, u archaeí jsou běžnější regulátory odezvy s jednou doménou, přičemž v genomech archaea zdánlivě chybí jiné hlavní třídy regulátorů odezvy.

Vývoj

Počet dvousložkových systémů přítomných v bakterii genom velmi silně koreluje s velikostí genomu ekologický výklenek; bakterie, které zaujímají výklenky s častými výkyvy prostředí, mají více histidinkináz a regulátorů odezvy.[4][7] Nové dvousložkové systémy mohou vzniknout do genová duplikace nebo laterální genový přenos a relativní rychlosti každého procesu se dramaticky liší mezi bakteriálními druhy.[15] Ve většině případů jsou geny regulátoru odezvy umístěny stejně operon jako jejich příbuzná histidinkináza;[4] laterální přenosy genů pravděpodobněji zachovají operonovou strukturu než duplikace genů.[15] Malý počet dvousložkových systémů přítomných v eukaryotech pravděpodobně vznikl postranním přenosem genů z endosymbiotikum organely; zejména ty, které jsou přítomny v rostlinách, pravděpodobně pochází chloroplasty.[4]

Reference

  1. ^ A b Sklad AM, Robinson VL, Goudreau PN (2000). "Dvousložková signální transdukce". Roční přehled biochemie. 69: 183–215. doi:10.1146 / annurev.biochem.69.1.183. PMID  10966457.
  2. ^ A b C West AH, Stock AM (červen 2001). "Histidinkinázy a proteiny regulátoru odezvy ve dvousložkových signalizačních systémech". Trendy v biochemických vědách. 26 (6): 369–76. doi:10.1016 / s0968-0004 (01) 01852-7. PMID  11406410.
  3. ^ A b Galperin MY (červen 2005). "Sčítání membránově vázaných a intracelulárních signálů transdukčních proteinů v bakteriích: bakteriální IQ, extroverti a introverti". Mikrobiologie BMC. 5: 35. doi:10.1186/1471-2180-5-35. PMC  1183210. PMID  15955239.
  4. ^ A b C d E F Capra EJ, Laub MT (2012). „Vývoj dvousložkových systémů přenosu signálu“. Výroční přehled mikrobiologie. 66: 325–47. doi:10.1146 / annurev-micro-092611-150039. PMC  4097194. PMID  22746333.
  5. ^ Zhao X, Copeland DM, Soares AS, West AH (leden 2008). „Krystalová struktura komplexu mezi fosforolayovým proteinem YPD1 a doménou regulátoru odezvy SLN1 navázanou na fosforylový analog“. Journal of Molecular Biology. 375 (4): 1141–51. doi:10.1016 / j.jmb.2007.11.045. PMC  2254212. PMID  18076904.
  6. ^ Rowland MA, Deeds EJ (duben 2014). „Přeslech a vývoj specificity ve dvousložkové signalizaci“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 111 (15): 5550–5. Bibcode:2014PNAS..111.5550R. doi:10.1073 / pnas.1317178111. PMC  3992699. PMID  24706803.
  7. ^ A b Galperin MY (červen 2006). „Strukturální klasifikace regulátorů bakteriální reakce: rozmanitost výstupních domén a doménových kombinací“. Journal of Bacteriology. 188 (12): 4169–82. doi:10.1128 / jb.01887-05. PMC  1482966. PMID  16740923.
  8. ^ Barbieri CM, Wu T, Stock AM (květen 2013). „Komplexní analýza fosforylace, dimerizace a vazby DNA OmpR podporuje kanonický model aktivace.“. Journal of Molecular Biology. 425 (10): 1612–26. doi:10.1016 / j.jmb.2013.02.003. PMC  3646996. PMID  23399542.
  9. ^ Kenney, Linda J (01.04.2002). "Vztahy struktura / funkce v OmpR a dalších transkripčních faktorech s křídlovou šroubovicí". Současný názor v mikrobiologii. 5 (2): 135–141. doi:10.1016 / S1369-5274 (02) 00310-7. PMID  11934608.
  10. ^ Rajeev L, Luning EG, Dehal PS, Price MN, Arkin AP, Mukhopadhyay A (říjen 2011). „Systematické mapování dvousložkových regulátorů odezvy na genové cíle v modelové bakterii redukující sulfáty“. Genome Biology. 12 (10): R99. doi:10.1186 / gb-2011-12-10-r99. PMC  3333781. PMID  21992415.
  11. ^ Baikalov I, Schrąder I, Kaczor-Grzeskowiak M, Grzeskowiak K, Gunsalus RP, Dickerson RE (srpen 1996). "Struktura regulátoru odezvy Escherichia coli NarL". Biochemie. 35 (34): 11053–61. CiteSeerX  10.1.1.580.6078. doi:10.1021 / bi960919o. PMID  8780507.
  12. ^ A b Galperin MY (duben 2010). „Rozmanitost struktury a funkce výstupních domén regulátoru odezvy“. Současný názor v mikrobiologii. 13 (2): 150–9. doi:10.1016 / j.mib.2010.01.005. PMC  3086695. PMID  20226724.
  13. ^ A b Sarkar MK, Paul K, Blair D (květen 2010). „Chemotaxní signální protein CheY se váže na rotorový protein FliN, aby řídil směr bičíkové rotace v Escherichia coli“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 107 (20): 9370–5. Bibcode:2010PNAS..107,9370S. doi:10.1073 / pnas.1000935107. PMC  2889077. PMID  20439729.
  14. ^ "Sčítání regulátorů prokaryotické odpovědi". www.ncbi.nlm.nih.gov. Citováno 2017-10-08.
  15. ^ A b Alm E, Huang K, Arkin A (listopad 2006). „Vývoj dvousložkových systémů v bakteriích odhaluje různé strategie pro přizpůsobení výklenku“. PLOS výpočetní biologie. 2 (11): e143. Bibcode:2006PLSCB ... 2..143A. doi:10.1371 / journal.pcbi.0020143. PMC  1630713. PMID  17083272.