N-гликозилтрансфераза - N-glycosyltransferase

Семейство гликозилтрансфераз 41
Идентификаторы
СимволGT41
PfamPF13844
CAZyGT41

N-гликозилтрансфераза является фермент в прокариотах, передающих индивидуальные гексозы на аспарагин боковых цепей в белках-субстратах, используя нуклеотид -связанный посредник в цитоплазме. Они отличаются от обычных N-гликозилирующие ферменты, которые олигосахарилтрансферазы эта передача предварительно собрана олигосахариды. Однако оба семейства ферментов нацелены на общие аминокислотная последовательность аспарагин - любая аминокислота, кроме пролин —серин или же треонин (N – x – S / T), с некоторыми вариациями.

Такие ферменты были обнаружены у бактерий Actinobacillus pleuropneumoniae (чей N-гликозилтрансфераза является наиболее изученным членом этого семейства ферментов) и Haemophilus influenzae, а позже и у других видов бактерий, таких как кишечная палочка. N-гликозилтрансферазы обычно нацелены адгезин белки, которые участвуют в прикреплении бактериальных клеток к эпителий (в патогенные бактерии ); гликозилирование важен для стабильности и функции адгезинов.

История и определение

N-гликозилтрансферазная активность была впервые обнаружена в 2003 г. компанией St. Geme. и другие. в Haemophilus influenzae[1] и идентифицирован как новый тип гликозилтрансферазы в 2010 году.[2] В Actinobacillus pleuropneumoniae N-гликозилтрансфераза - наиболее изученный фермент этого семейства.[3][4] Первоначально, гликозилирование белков считался чисто эукариотический процесс[5] до того, как такие процессы были обнаружены в прокариоты, включая N-гликозилтрансферазы.[3]

Биохимия

N-гликозилтрансферазы - необычный[а] тип гликозилтрансфераза который присоединяет отдельные гексозы к целевому белку.[6][7][4] Присоединение сахаров к азот атом в амидная группа - такие как амидная группа аспарагин - требуется фермент, как электроны азота делокализованный в пи-электрон система с углеродом амида. Было предложено несколько механизмов активации. Среди них есть депротонирование амида взаимодействие между гидроксил группа в субстрате секвон с амидом[9] (теория, которая подтверждается тем фактом, что скорость гликозилирования увеличивается с увеличением основности второй аминокислоты в последующем[10]) и два взаимодействия с участием кислый аминокислоты в ферменте с каждым водород атом амидной группы. Этот механизм поддерживается рентгеновский снимок структуры и биохимическая информация о процессах гликозилирования; взаимодействие нарушает делокализацию и позволяет электронам азота выполнять нуклеофильный атака на сахарный субстрат.[8]

N-гликозилтрансферазы из Actinobacillus pleuropneumoniae[11] и Haemophilus influenzae использовать аспарагин -аминокислота-серин или же треонин последовательности в качестве последовательностей-мишеней, такая же последовательность используется олигосахарилтрансферазами.[12] В глутамин -469 остатков в Actinobacillus pleuropneumoniae N-гликозилтрансфераза и ее гомологи в других N-гликозилтрансферазы важны для селективности фермента.[13] На активность фермента дополнительно влияют аминокислоты вокруг секвона, при этом особенно важны структуры бета-петли.[14] По крайней мере Actinobacillus pleuropneumoniae N-гликозилтрансфераза также может гидролизовать сахар-нуклеотиды при отсутствии субстрата,[15] паттерн, часто наблюдаемый в гликозилтрансферазах,[16] и немного N-гликозилтрансферазы могут присоединять дополнительные гексозы на кислород атомы гексозы, связанной с белком.[7] N-гликозилирование Actinobacillus pleuropneumoniae HMW1C не требует металлы,[11] в соответствии с наблюдениями, сделанными на других Гликозилтрансферазы семейства GT41[17] и отличие от олигосахарилтрансфераз.[11]

Классификация

Структурно N-гликозилтрансферазы принадлежат к семейству гликозилтрансфераз GT41 и напоминают белок О-GlcNAc трансфераза, эукариотический фермент с различными ядерный, митохондриальный и цитозольный цели.[8] Обычный N-связанные олигосахарилтрансферазы принадлежат к другому семейству белков, STT3.[18] В Haemophilus influenzae N-гликозилтрансфераза имеет домены, гомологичные глутатион S-трансфераза и гликогенсинтаза.[19]

В N-гликозилтрансферазы подразделяются на два функциональных класса, первый (например, несколько Иерсиния, кишечная палочка и Burkholderia sp.) связана с адгезины тримерного автотранспорта а второй содержит ферменты, геномно связанные с рибосомами и белками, связанными с углеводным обменом (например, Actinobacillus pleuropneumoniae, Haemophilus ducreyi и Kingella kingae ).[20]

Функции

N-связанный гликозилирование это важный процесс, особенно в эукариоты где более половины всех белков имеют N-связанные сахара прикреплены[12] и где это наиболее распространенная форма гликозилирования.[21] Процессы также важны в прокариоты[12] и археи.[22] Например, у животных переработка белка в эндоплазматический ретикулум и несколько функций иммунная система зависят от гликозилирования.[9][b]

Основные субстраты N-гликозилтрансферазы являются адгезины.[8] Адгезины - это белки, которые используются для колонизации поверхности, часто слизистая оболочка поверхность в случае патогенных бактерий.[25] NГомологи -гликозилтрансферазы были обнаружены в патогенный гаммапротеобактерии,[26] Такие как Иерсиния и другие пастерелловые.[8] Эти гомологи очень похожи на Actinobacillus pleuropneumoniae фермент и может гликозилировать Haemophilus influenzae HMW1A адгезин.[27]

N-гликозилтрансферазы могут быть новинкой гликоинженерия инструмент,[28] учитывая, что им не требуется липидный носитель для выполнения своей функции.[29] Гликозилирование важно для функции многих белков, и производство гликозилированных белков может быть проблемой.[24] Возможные варианты использования инструментов гликоинжиниринга включают создание вакцина против полисахаридов, связанных с белками.[30]

Примеры

  • Actinobacillus pleuropneumoniae имеет гликозилтрансферазу, гомологичную HMW1C, которая может N-гликозилировать Haemophilus influenzae Белок HMW1A.[12] Родные субстраты автовоз адгезины в Actinobacillus pleuropneumoniae[31] такие как AtaC[32] и другие пастерелловые.[33] Он использует тот же целевой секвон, что и Haemophilus influenzae Фермент HMW1C[11] и олигосахарилтрансферазы[28] и было постулировано, что этот выбор последовательности предназначен для молекулярная мимикрия причины.[34] Кроме того, он также может нацеливаться на другие последовательности.[8] такой гомосерин,[35] однако он неактивен в отношении аспарагина, за которым следует пролин.[11] В общем, этот фермент относительно неспецифичен в отношении белков с секвоном.[36] Есть противоречивые сообщения о том, может ли он использовать глютамин.[35][11] или выполнить соединение гексозы и гексозы[12][37] но он может действовать как О-гликозилтрансфераза.[34] Кроме того, этот фермент предпочтительно использует UDP -глюкоза над UDP-галактозой,[11] а также можно использовать пентозы, манноза и ВВП связанные сахара, но без замещенных гексоз, таких как N-ацетилглюкозамин.[15] Выяснены его структура и сайты, участвующие в связывании субстрата.[38] В N-гликозилтрансфераза сопровождается другой гликозилтрансферазой, которая связывает глюкозу с гликаном, связанным с белком,[39] и две гликозилтрансферазы являются частью оперон вместе с третьим белком, который участвует в метилтиолирование из рибосомы.[40]
  • Aggregatibacter aphrophilus экспрессирует гомолог HMW1C.[41] Субстрат для гомолога HMW1C Aggregatibacter aphrophilus называется EmaA и является автовоз белок.[41] В Aggregatibacter aphrophilus гликозилтрансфераза важна для адгезии бактерии к эпителий.[42]
  • В Haemophilus influenzae (а дыхательные пути возбудитель[7]), N-гликозилтрансфераза HMW1C присоединяется галактоза и глюкоза взято из нуклеотид носитель адгезина HMW1A. Этот процесс важен для стабильности белка HMW1A. Примечательно, что HMW1C использует N – X – S / T секвон в качестве субстрата тот же секвон, нацеленный на олигосахарилтрансфераза,[12] а также может присоединять дополнительные гексозы к гексозе, уже связанной с белком.[43] Сахар прикреплен к UDP перевозчик,[22][8] сам фермент цитоплазматический и переносит на свою подложку HMW1A 47 гексоз,[22][21] хотя не все кандидаты-кандидаты нацелены.[29] Это напоминает О-гликозилтрансфераз в некоторых аспектах более чем N-гликозилирующие ферменты,[44] и очень похож на Actinobacillus pleuropneumoniae фермент.[29] Структурно он имеет складку GT-B с двумя подобластями, которые напоминают Россманн фолд и домен AAD.[43] Имеются данные о том, что аминокислотные последовательности, содержащие секвон, отбираются против в Haemophilus influenzae белки, вероятно, потому что N-гликозилтрансфераза не является целевой, и присутствие секвонов может привести к вредному гликозилированию нецелевых белков.[45] Haemophilus influenzae имеет дополнительный гомолог HMW1C HMW2C,[46] который вместе с адгезином HMW2 образует аналогичную систему субстрат-фермент.[43] Геномный локус HMW1C находится рядом с локусом HMW1A.[47]
  • Энтеротоксигенный кишечная палочка использует N-гликозилтрансфераза, называемая EtpC, для модификации белка EtpA, который ортологичный к HMW1A из Haemophilus influenzae.[48] EtpA действует как адгезин, который опосредует связывание с кишечным эпителием.[6] и нарушение гликозилирования изменяет приверженность поведение бактерий.[20]
  • Kingella kingae экспрессирует гомолог HMW1C.[41] В автовоз белок Knh является субстратом гомолога HMW1C Kingella kingae. Процесс гликозилирования важен для способности Kingella kingae образовывать бактериальные агрегаты и связываться с эпителий;[49] при его отсутствии адгезия и выражение Knh белки нарушены.[42] Процесс гликозилирования в Kingella kingae не строго привязан к секвону консенсуса.[50]
  • Yersinia enterocolitica имеет функциональный N-гликозилтрансфераза.[18][8] Он также имеет белок, похожий на HMW1C, но неизвестно, обладает ли он такой же активностью.[48]
  • Другие гомологи были найдены в Burkholderia разновидность, кишечная палочка, Haemophilus ducreyi, Mannheimia разновидность, Ксантомонады разновидность, Yersinia pestis и Иерсиний псевдотуберкулез.[6][1]

Примечания

  1. ^ Обычный N-гликозилтрансферазы являются олигосахарид -переносящие ферменты.[6][7][4] Хотя оба семейства ферментов присоединяют сахар к азоту, Haemophilus influenzae N-гликозилтрансфераза не имеет сходства с олигосахарилтрансферазами[8] и, кажется, развился независимо.[1]
  2. ^ N-гликозилирование обычно включает присоединение олигосахариды к аспарагин аминогруппы в белках;[12] после аспарагина двумя аминокислотами позже следует серин или треонин.[23] Олигосахарид в большинстве случаев собирается на изопреноид в качестве перевозчик,[22] с использованием различных олигосахаридов.[24]

Рекомендации

  1. ^ а б c Nothaft & Szymanski 2013, п. 6916.
  2. ^ Choi et al. 2010 г., п. 2.
  3. ^ а б Song et al. 2017 г., п. 8856.
  4. ^ а б c Naegeli и Aebi 2015, п. 11.
  5. ^ Nothaft & Szymanski 2013, п. 6912.
  6. ^ а б c d Трава, Сьюзен; Lichti, Cheryl F .; Таунсенд, Р. Рид; Гросс, Юлия; Iii, Джозеф В. Сент-Джем (27 мая 2010 г.). «Белок HMW1C Haemophilus influenzae представляет собой гликозилтрансферазу, которая переносит остатки гексозы на участки аспарагина в адгезине HMW1». Патогены PLOS. 6 (5): 6. Дои:10.1371 / journal.ppat.1000919. ISSN  1553-7374. ЧВК  2877744. PMID  20523900.
  7. ^ а б c d Gawthorne et al. 2014 г., п. 633.
  8. ^ а б c d е ж грамм час Naegeli et al. 2014 г., п. 24522.
  9. ^ а б Naegeli et al. 2014 г., п. 24521.
  10. ^ Бауз и Леглер, 1981, п. 644.
  11. ^ а б c d е ж грамм Schwarz et al. 2011 г., п. 35273.
  12. ^ а б c d е ж грамм Schwarz et al. 2011 г., п. 35267.
  13. ^ Song et al. 2017 г., п. 8861.
  14. ^ Бауза, E (1 февраля 1983 г.). «Структурные требования N-гликозилирование белков. Исследования с пептидами пролина в качестве конформационных зондов ». Биохимический журнал. 209 (2): 331–336. Дои:10.1042 / bj2090331. ISSN  0264-6021. ЧВК  1154098. PMID  6847620.
  15. ^ а б Naegeli et al. 2014 г., п. 24524.
  16. ^ Naegeli et al. 2014 г., п. 24530.
  17. ^ Choi et al. 2010 г., п. 7.
  18. ^ а б Naegeli et al. 2014 г., п. 2171.
  19. ^ Kawai et al. 2011 г., п. 38553.
  20. ^ а б McCann & St Geme 2014, п. 2.
  21. ^ а б Choi et al. 2010 г., п. 1.
  22. ^ а б c d Naegeli et al. 2014 г., п. 2170.
  23. ^ Бауз и Леглер, 1981, п. 639.
  24. ^ а б Naegeli и Aebi 2015, п. 4.
  25. ^ Грасс и др. 2003 г., п. 737.
  26. ^ Schwarz et al. 2011 г., п. 35269.
  27. ^ Gawthorne et al. 2014 г., п. 636.
  28. ^ а б Song et al. 2017 г., п. 8857.
  29. ^ а б c McCann & St Geme 2014, п. 3.
  30. ^ Naegeli и Aebi 2015, п. 12.
  31. ^ Naegeli et al. 2014 г., п. 2172.
  32. ^ Киз, Тимоти Дж .; Веттер, Майкл; Давай, Иван; Ручманн, Кристоф; Руссо, Симона; Малли, Мануэла; Штеффен, Майкл; Цуппигер, Матиас; Мюллер, Фабиан; Шнайдер, Йорг; Фаридмоайер, Амирреза; Линь, Чиа-вэй; Эби, Маркус (ноябрь 2017 г.). «Биосинтетический путь полисиалирования белков в Escherichia coli». Метаболическая инженерия. 44: 293–301. Дои:10.1016 / j.ymben.2017.10.012. ISSN  1096-7176. PMID  29101090.
  33. ^ Naegeli et al. 2014 г., п. 2173.
  34. ^ а б Naegeli et al. 2014 г., п. 2178.
  35. ^ а б Naegeli et al. 2014 г., п. 24531.
  36. ^ Gawthorne et al. 2014 г., п. 634.
  37. ^ Kawai et al. 2011 г., п. 38547.
  38. ^ Kawai et al. 2011 г., п. 38549,38550.
  39. ^ Cuccui et al. 2017 г., п. 2.
  40. ^ Cuccui et al. 2017 г., п. 10.
  41. ^ а б c Ремпе и др. 2015 г., п. 5.
  42. ^ а б Ремпе и др. 2015 г., п. 4.
  43. ^ а б c McCann & St Geme 2014, п. 1.
  44. ^ Ремпе и др. 2015 г., п. 2.
  45. ^ Gawthorne et al. 2014 г., п. 637 638.
  46. ^ Грасс и др. 2003 г., п. 742.
  47. ^ Kawai et al. 2011 г., п. 38546.
  48. ^ а б Вальгуарнера, Эсекьель; Кинселла, Рэйчел Л .; Фельдман, Марио Ф. (август 2016 г.). «Сахар и специи делают бактерии неприятными: гликозилирование белков и его влияние на патогенез». Журнал молекулярной биологии. 428 (16): 3206–3220. Дои:10.1016 / j.jmb.2016.04.013. ISSN  0022-2836. PMID  27107636.
  49. ^ Ремпе и др. 2015 г., п. 3.
  50. ^ Ремпе и др. 2015 г., п. 6.

Источники

внешняя ссылка