Белок, связывающий мальтозу - Maltose-binding protein

Мальтоза / мальтодекстрин-связывающий периплазматический белок
Идентификаторы
Организмкишечная палочка
СимволМужчина
UniProtP0AEX9

Белок, связывающий мальтозу (MBP) является частью мальтоза /мальтодекстрин система кишечная палочка, который отвечает за усвоение и эффективность катаболизм мальтодекстринов. Это сложная регулирующая и транспортная система, в которой задействованы многие белки и белковые комплексы. MBP имеет приблизительную молекулярную массу 42,5 килодальтон.

Структура и складывание

MBP кодируется мужчина ген кишечная палочка. В мужчина ген кодирует предшественник полипептида (396 аминокислотных остатков), который дает зрелый МВР (370 остатков) при расщеплении NH2-концевое удлинение (26 остатков). Предшественник и зрелые формы MBP не содержат остатков цистеина.[1]

MBP - это мономерный белок. Кристаллические структуры показали, что MBP разделен на два отдельных глобулярных домена, которые связаны тремя короткими полипептидными сегментами. Два домена разделены глубокой бороздкой, которая содержит сайт связывания мальтозы / мальтодекстринов. Сравнение структур лигандированных и нелигандированных форм MBP показало, что связывание мальтозы вызывает серьезные конформационные изменения, которые закрывают бороздку за счет жесткого движения двух доменов вокруг связывающего полипептидного шарнира.[2][3]

И предшественник, и зрелая форма MBP способны связывать мальтозу.[4] NH2-концевое удлинение снижает скорость сворачивания формы-предшественника MBP по сравнению с его зрелой формой по крайней мере в 5 раз, но не влияет на скорость разворачивания.[5][6] Равновесное развертывание MBP можно моделировать двухуровневым механизмом со стабильностью ∆G (H2O) равно 9,45 ккал моль−1 при 25 ° C, pH 7,6.[7]

Локализация и экспорт

MBP экспортируется в периплазматическое пространство из Кишечная палочка.[8] NH2-терминальное расширение MBP, также называемое сигнальный пептид, выполняет две роли: (i) он замедляет складывание вновь синтезированного полипептида и (ii) направляет этот полипептид к мембране и SecYEG Translocon. После свертывания предшественник больше не может вступать в путь транслокации.[9] Введение заряженного аминокислотного остатка или остатка пролина в гидрофобное ядро ​​сигнального пептида достаточно для блокирования экспорта.[10] Дефектный экспорт мутантных ОБМ согласуется с альфа-спиральной конформацией и гидрофобными взаимодействиями сигнального пептида при его взаимодействии с моторным белком транслокона. SecA.[11][12][13]

Контроль выражения

В мужчина ген, кодирующий MBP, принадлежит к Мал регулон из Кишечная палочка, который состоит из десяти генов, продукты которых предназначены для эффективного поглощения и использования мальтоза и мальтодекстрины. Все гены, участвующие в транспорте мальтозы / мальтодекстрина, включая мужчина, сгруппированы в malB регион Кишечная палочка и организован в два расходящихся опероны: malE-malF-malG и MalK-lamB.[14] В транскрипция начать сайты в malEp и malKp промоутеры далеки от 271 пары оснований.[15]

В malEp и malKp промоторы синергетически активируются белком MalT, активатором регулона Mal, и белок рецептора цАМФ CRP. Эта активация является сопряженным процессом, который включает в себя переход от malEp к malKp: два сайта связывания MalT; три сайта связывания CRP и два перекрывающихся набора из трех сайтов связывания MalT, разнесенных на три пары оснований.[15][16][17] Активация транскрипции требует связывания аденозинтрифосфат (АТФ) и мальтотриоза к MalT и привязка циклический AMP к димеру CRP.[18] Нелигандированная форма MalT является мономерной, тогда как его лигандированная форма в присутствии АТФ и мальтотриозы является олигомерной.[19] Есть подозрения, что коммерческая мальтоза содержит достаточно мальтотриозы для индукции регулона Mal.

Использование в качестве белкового и пептидного вектора

MBP используется для увеличения растворимости рекомбинантные белки выражено в Кишечная палочка. В этих системах интересующий белок часто выражается как MBP-гибридный белок, предотвращая агрегацию интересующего белка. Механизм, с помощью которого MBP увеличивает растворимость, не совсем понятен. Кроме того, сам MBP можно использовать в качестве аффинной метки для очистки рекомбинантных белков. Слитый белок связывается с амилоза столбцов, в то время как все остальные белки проходят через Слитый белок MBP можно очистить, элюируя колонку мальтозой. Как только гибридный белок получен в очищенной форме, представляющий интерес белок (X) часто отщепляется от MBP со специфическим протеаза. Затем белок X можно отделить от MBP с помощью аффинная хроматография.

Первое исследование взаимосвязи между структурой и функциями MBP было выполнено путем случайной вставки короткого фрагмента ДНК, кодирующего сайт рестрикции BamHI, в мужчина ген. Некоторые из вставок повлияли на функции MBP, тогда как другие были разрешительными.[20][21] Пермиссивные сайты, которые были внутренними по отношению к MBP, использовали для вставки антигенных пептидов и воздействия на иммунный ответ у мышей.[22] Концевые вставки 3'-OH использовали для создания слитых белков и разработки использования MBP в качестве аффинного маркера для очистки чужеродных белков и пептидов с помощью аффинной хроматографии на поперечно-сшитой амилозе и элюции мальтозой в мягких физико-химических условиях.[23][24] Было разработано несколько плазмидных векторов для облегчения экспрессии и очистки таких слитых белков.[25]

Когда рекомбинантный МВР включает сигнальный пептид, слитый белок может экспортироваться в периплазматическое пространство, что облегчает его очистку, поскольку периплазматическая жидкость содержит только ограниченное количество белков и может быть извлечена либо с помощью осмотического шока, либо путем пермеабилизации внешней оболочки. мембрана с антибиотиками, например Полимиксин Сульфат B. Такой экспорт слитого белка в периплазматическое пространство делает возможным образование дисульфидных связей в белке-пассажирах, например фрагменты антител.[26][27] Чужеродные белки, которые экспортируются или секретируются в их естественном организме, обычно могут быть экспортированы в Кишечная палочка периплазма путем слияния с MBP. Примеры цитоплазматических белков, которые могут быть экспортированы путем слияния с MBP, включают мономерную полимеразу Кленова и димерный белок Gene V фага M13.[23][28] Когда рекомбинантный MBP включает либо дефектный сигнальный пептид, либо его отсутствие, слитый белок остается в бактериальной цитоплазме, откуда он может быть извлечен путем вскрытия клеток.

Слияние белков с MBP обычно увеличивает их растворимость и облегчает их правильное сворачивание, так что слитые белки чаще всего являются бифункциональными.[23][29] Кроме того, такие слияния могут способствовать кристаллизации сложных белков, например мембранные белки. Структуры кристаллизованного белка часто можно разрешить с помощью молекулярная замена на известной структуре МБП.[30]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Duplay P, Bedouelle H, Fowler A, Zabin I., Saurin W., Hofnung M (август 1984 г.). «Последовательности гена malE и его продукта, мальтозо-связывающего белка Escherichia coli K12». Журнал биологической химии. 259 (16): 10606–13. PMID  6088507.
  2. ^ Spurlino JC, Lu GY, Quiocho FA (март 1991 г.). «Структура разрешения 2,3-A мальтозы или мальтодекстрин-связывающего белка, первичного рецептора бактериального активного транспорта и хемотаксиса». Журнал биологической химии. 266 (8): 5202–19. Дои:10.2210 / pdb1mbp / pdb. PMID  2002054.
  3. ^ Шарфф А.Дж., Родсет Л.Э., Спурлино Дж.С., Куиочо Ф.А. (ноябрь 1992 г.). «Кристаллографические доказательства большого лиганд-индуцированного шарнирно-поворотного движения между двумя доменами мальтодекстринсвязывающего белка, участвующего в активном транспорте и хемотаксисе». Биохимия. 31 (44): 10657–63. Дои:10.1021 / bi00159a003. PMID  1420181.
  4. ^ Ференчи Т., Рэндалл Л.Л. (октябрь 1979 г.). «Белок-предшественник, связывающий мальтозу, активен в связывании субстрата». Журнал биологической химии. 254 (20): 9979–81. PMID  385604.
  5. ^ Park S, Liu G, Topping TB, Cover WH, Randall LL (февраль 1988 г.). «Модуляция путей сворачивания экспортируемых белков лидерной последовательностью». Наука. 239 (4843): 1033–5. Bibcode:1988Научный ... 239.1033П. Дои:10.1126 / science.3278378. PMID  3278378.
  6. ^ Бина К., Удгаонкар Дж. Б., Варадараджан Р. (март 2004 г.). «Влияние сигнального пептида на стабильность и кинетику сворачивания белка, связывающего мальтозу». Биохимия. 43 (12): 3608–19. Дои:10.1021 / bi0360509. PMID  15035631.
  7. ^ Чун С.Ю., Стробел С., Бассфорд П., Рэндалл Л.Л. (октябрь 1993 г.). «Сворачивание мальтозосвязывающего белка. Доказательства идентичности определяющего скорость этапа in vivo и in vitro». Журнал биологической химии. 268 (28): 20855–62. PMID  8407916.
  8. ^ Келлерманн О., Шмельцман С. (август 1974 г.). «Активный транспорт мальтозы в Escherichia coli K12. Участие« периплазматического »мальтозосвязывающего белка». Европейский журнал биохимии. 47 (1): 139–49. Дои:10.1111 / j.1432-1033.1974.tb03677.x. PMID  4215651.
  9. ^ Рэндалл Л.Л., Харди С.Дж. (сентябрь 1986 г.). «Корреляция компетентности для экспорта с отсутствием третичной структуры зрелых видов: исследование in vivo мальтозо-связывающего белка в E. coli». Клетка. 46 (6): 921–8. Дои:10.1016/0092-8674(86)90074-7. PMID  3530497. S2CID  28503725.
  10. ^ Bedouelle H, Bassford PJ, Fowler AV, Zabin I., Beckwith J, Hofnung M (май 1980 г.). «Мутации, которые изменяют функцию сигнальной последовательности мальтозо-связывающего белка Escherichia coli». Природа. 285 (5760): 78–81. Bibcode:1980Натура 285 ... 78Б. Дои:10.1038 / 285078a0. PMID  6990274. S2CID  4253747.
  11. ^ Бедуэль Х., Хофнунг М. (1981). «Функциональные последствия анализа вторичной структуры сигнальных пептидов бактерий дикого типа и мутантных». Прогресс в клинических и биологических исследованиях. 63: 399–403. PMID  7312870.
  12. ^ Чоу Ю.Т., Гираш Л.М. (сентябрь 2005 г.). «Конформация сигнального пептида, связанного препротеин-транслоказой Escherichia coli SecA». Журнал биологической химии. 280 (38): 32753–60. Дои:10.1074 / jbc.M507532200. PMID  16046390.
  13. ^ Гелис I, Бонвин А.М., Керамисану Д., Кукаки М., Гуридис Г., Караману С., Эконому А., Калодимос К.Г. (ноябрь 2007 г.). «Структурная основа распознавания сигнальной последовательности моторной транслоказой SecA, как определено с помощью ЯМР». Клетка. 131 (4): 756–69. Дои:10.1016 / j.cell.2007.09.039. ЧВК  2170882. PMID  18022369.
  14. ^ Боос В., Шуман Х (март 1998 г.). «Мальтоза / мальтодекстриновая система Escherichia coli: транспорт, метаболизм и регуляция». Обзоры микробиологии и молекулярной биологии. 62 (1): 204–29. Дои:10.1128 / MMBR.62.1.204-229.1998. ЧВК  98911. PMID  9529892.
  15. ^ а б Bedouelle H, Schmeissner U, Hofnung M, Rosenberg M (ноябрь 1982 г.). «Промоторы оперонов malEFG и malK-lamB в Escherichia coli K12». Журнал молекулярной биологии. 161 (4): 519–31. Дои:10.1016/0022-2836(82)90405-3. PMID  6185687.
  16. ^ Bedouelle H (ноябрь 1983 г.). «Мутации в промоторных областях оперонов malEFG и malK-lamB Escherichia coli K12». Журнал молекулярной биологии. 170 (4): 861–82. Дои:10.1016 / с0022-2836 (83) 80192-2. PMID  6417341.
  17. ^ Рише Э. (октябрь 2000 г.). "Синергическая активация транскрипции: двойная роль CRP в активации промотора Escherichia coli в зависимости от MalT и CRP". Журнал EMBO. 19 (19): 5222–32. Дои:10.1093 / emboj / 19.19.5222. ЧВК  302108. PMID  11013224.
  18. ^ Рише Э., Райбо О. (март 1989 г.). «MalT, регуляторный белок мальтозной системы Escherichia coli, является АТФ-зависимым активатором транскрипции». Журнал EMBO. 8 (3): 981–7. Дои:10.1002 / j.1460-2075.1989.tb03461.x. ЧВК  400900. PMID  2524384.
  19. ^ Шрайбер V, Рише Э. (ноябрь 1999 г.). «Самоассоциация активатора транскрипции Escherichia coli MalT в присутствии мальтотриозы и АТФ». Журнал биологической химии. 274 (47): 33220–6. Дои:10.1074 / jbc.274.47.33220. PMID  10559195.
  20. ^ Duplay P, Bedouelle H, Szmelcman S, Hofnung M (1985). «Линкерный мутагенез в гене, кодирующем периплазматический мальтозо-связывающий белок E. coli». Биохимия. 67 (7–8): 849–51. Дои:10.1016 / с0300-9084 (85) 80178-4. PMID  3002495.
  21. ^ Duplay P, Szmelcman S, Bedouelle H, Hofnung M (апрель 1987 г.). «Тихие и функциональные изменения в периплазматическом мальтозосвязывающем белке Escherichia coli K12. I. Транспорт мальтозы». Журнал молекулярной биологии. 194 (4): 663–73. Дои:10.1016/0022-2836(87)90243-9. PMID  2821264.
  22. ^ Коэффье Э., Клеман Дж. М., Куссак В., Ходэй-Буран Н., Джеханно М., Рохас М., Дриди А., Латур М., Эль-Хабиб Р., Барре-Синусси Ф., Хофнунг М., Леклерк С. (ноябрь 2000 г.). «Антигенность и иммуногенность эпитопа gp41 ВИЧ-1 ELDKWA, вставленного в пермиссивные сайты белка MalE». Вакцина. 19 (7–8): 684–93. Дои:10.1016 / s0264-410x (00) 00267-x. PMID  11115689.
  23. ^ а б c Bedouelle H, Duplay P (февраль 1988 г.). «Производство в Escherichia coli и одностадийная очистка бифункциональных гибридных белков, которые связывают мальтозу. Экспорт полимеразы Кленова в периплазматическое пространство». Европейский журнал биохимии. 171 (3): 541–9. Дои:10.1111 / j.1432-1033.1988.tb13823.x. PMID  3278900.
  24. ^ Rondard P, Brégére F, Lecroisey A, Delepierre M, Bedouelle H (июль 1997 г.). «Конформационные и функциональные свойства ундекапептидного эпитопа, слитого с С-концом мальтозосвязывающего белка». Биохимия. 36 (29): 8954–61. CiteSeerX  10.1.1.599.2650. Дои:10.1021 / bi962508d. PMID  9220983.
  25. ^ ди Гуан Ч., Ли П., Риггс П.Д., Иноуэ Х. (июль 1988 г.). «Векторы, которые облегчают экспрессию и очистку чужеродных пептидов в Escherichia coli путем слияния с мальтозосвязывающим белком». Ген. 67 (1): 21–30. Дои:10.1016/0378-1119(88)90004-2. PMID  2843437.
  26. ^ Brégére F, Schwartz J, Bedouelle H (февраль 1994). «Бифункциональные гибриды между вариабельными доменами иммуноглобулина и мальтозосвязывающим белком Escherichia coli: производство, очистка и связывание антигена». Белковая инженерия. 7 (2): 271–80. PMID  8170930.
  27. ^ Малик А. (июнь 2016 г.). «Теги слияния белков для эффективной экспрессии и очистки рекомбинантных белков в периплазматическом пространстве E. coli». 3 Биотехнологии. 6 (1): 44. Дои:10.1007 / s13205-016-0397-7. ЧВК  4742420. PMID  28330113.
  28. ^ Блондель А., Бедуель Х (октябрь 1990 г.). «Экспорт и очистка цитоплазматического димерного белка путем слияния с мальтозо-связывающим белком Escherichia coli». Европейский журнал биохимии. 193 (2): 325–30. Дои:10.1111 / j.1432-1033.1990.tb19341.x. PMID  2226455.
  29. ^ Капуст РБ, Во Д.С. (август 1999 г.). «Мальтозосвязывающий белок Escherichia coli необычно эффективен в повышении растворимости полипептидов, с которыми он слит». Белковая наука. 8 (8): 1668–74. Дои:10.1110 / пс. 8.8.1668. ЧВК  2144417. PMID  10452611.
  30. ^ Waugh DS (март 2016 г.). «Кристаллические структуры гибридных белков MBP». Белковая наука. 25 (3): 559–71. Дои:10.1002 / pro.2863. ЧВК  4815407. PMID  26682969.

внешняя ссылка