Домен соленоидного белка - Solenoid protein domain

Общие примеры белковых доменов с соленоидной архитектурой: Повторяющийся домен WD40 из бета-TrCP (зеленый), богатый лейцином повторяющийся домен из TLR2 (красный), повторение домена броненосца из бета-катенин (синий), анкирин повторяющийся домен из ANKRA2 (апельсин), кельч повторяющийся домен из Keap1 (желтый) и HEAT повторяющийся домен из PP2A регуляторная субъединица R1a (пурпурный).

Соленоидные белковые домены представляют собой высокомодульный тип белковый домен. Они состоят из цепочки почти одинаковых складки, часто просто называют тандем повторяет. Они чрезвычайно распространены среди всех типов белков, хотя точные цифры неизвестны.[1]

«Повторы» в молекулярной биологии

В белки, "повтор" - это любой блок последовательности, который возвращается более одного раза в последовательность, либо в идентичной, либо в очень похожей форме. Повторяемость сама по себе ничего не говорит о структуре белка. По «практическому правилу» короткие повторяющиеся последовательности (например, длиной менее 10 аминокислот) могут быть внутренне неупорядоченный, а не часть сложенный белковые домены. Повторы, которые имеют длину не менее 30-40 аминокислот, с гораздо большей вероятностью будут свернуты как часть домена. Такие длинные повторы часто указывают на присутствие в белке соленоидного домена.

Примеры неупорядоченных повторяющихся последовательностей включают 7-мерные пептидные повторы, обнаруженные в Субъединица RPB1 из РНК-полимераза II,[2] или тандем бета-катенин или же аксин привязка линейные мотивы в APC (аденоматозный полипоз кишечной палочки).[3] Примеры коротких повторов, демонстрирующих упорядоченные структуры, включают три остатка коллагеновый повтор или пять остатков пентапептидный повтор что образует бета-спираль структура.

Архитектура соленоидных доменов

Из-за идентичной формы своих строительных блоков домены соленоида могут принимать только ограниченное количество форм. Возможны две основные топологии: линейный (или открытый, как правило, с некоторой степенью винтовой кривизны) и круговой (или закрытый).[4]

Линейные (открытые) соленоиды

Линейная (открытая) конструкция соленоида
Смотрите также: Альфа соленоид
Смотрите также: Бета соленоид

Если два концевых повтора в соленоиде физически не взаимодействуют, это приводит к открытой или линейной структуре. Члены этой группы часто имеют форму стержня или полумесяца. Количество отдельных повторов может варьироваться от 2 до более 50. Явным преимуществом этой топологии является то, что оба N- и C-концевых конца могут свободно добавлять новые повторы и складки или даже удалять существующие в процессе эволюции без какого-либо серьезного воздействия. от структурной устойчивости всего домена.[5] Этот тип домена чрезвычайно распространен среди внеклеточных сегментов рецепторов или молекул клеточной адгезии. Неполный список примеров включает: EGF повторяет, кадгерин повторяет, богатые лейцином повторы, ТЕПЛО повторяется, Анкирин повторяет, броненосец повторяет, тетратрикопептидные повторы и т.д. Когда линейная соленоидная доменная структура участвует во взаимодействиях белок-белок, часто по меньшей мере 3 или более повторяющихся субъединиц образуют сайты связывания лиганда. Таким образом, хотя отдельные повторы могут иметь (ограниченную) способность сворачиваться самостоятельно, они обычно не могут выполнять функции всего домена в одиночку.

Круглые (закрытые) соленоиды

Круглый (замкнутый) соленоидный домен
Смотрите также: Белки тороидных повторов

В случае, когда N- и C-концевые повторы находятся в тесном физическом контакте в области соленоида, в результате получается топологически компактная замкнутая структура. Такие домены обычно обладают высокой вращательной симметрией (в отличие от открытых соленоидов, которые имеют только поступательную симметрию) и принимают форму колеса. Из-за ограничений этой структуры количество индивидуальных повторов не является произвольным. В случае WD40 повторяет (возможно, самое большое семейство закрытых соленоидов) количество повторов может варьироваться от 4 до 10 (чаще от 5 до 7).[6] Кельч повторяет, бета-бочки и повторы бета-трилистника являются дополнительными примерами для этой архитектуры. Закрытые соленоиды часто функционируют как модули белок-белкового взаимодействия: возможно, что все повторы должны присутствовать для формирования сайта связывания лиганда, если он расположен в центре или на оси доменного «колеса».

Повторяющиеся наддоменные модули

В BRCT повторяется из MDC1, связанный с пептидом-лигандом из фосфорилированного гистон H2AX. Изображение на основе PDB запись 2AZM.

Как часто бывает в биологии, существует несколько пограничных случаев между соленоидными архитектурами и регулярными белковыми доменами. Белки, содержащие тандемные повторы обычных доменов, очень распространены у эукариот. Даже если эти домены вполне способны сворачиваться сами по себе, некоторые из них могут связываться вместе и принимать жестко фиксированную ориентацию в полном белке. Эти наддоменные модули могут выполнять функции, на которые не способны их отдельные составляющие.[7] Известным примером является случай тандемных доменов BRCT, обнаруженных в белке-супрессоре опухоли. BRCA1.[8] Хотя отдельные BRCT домены содержатся в определенных белках (например, в некоторых ДНК-лигазы ) связывая ДНК, эти тандемные домены BRCT приобрели новую функцию: фосфорилированный линейный мотив привязка.[9][10] В случае BRCA1 (и MDC1 ), пептид-связывающая бороздка находится в щели, образованной стыком двух доменов. Это элегантно объясняет, почему отдельные составляющие этого супрадоменного блока неспособны к связыванию лиганда, в то время как их правильная сборка наделяет их новой функцией. Следовательно, тандемные домены BRCT также можно рассматривать как форму единого линейного соленоидного домена.

Рекомендации

  1. ^ Андраде М.А., Перес-Иратксета К., Понтинг С.П. (2001). «Белковые повторы: структуры, функции и эволюция». J. Struct. Биол. 134 (2–3): 117–31. Дои:10.1006 / jsbi.2001.4392. PMID  11551174.
  2. ^ Meyer PA, Ye P, Zhang M, Suh MH, Fu J (июнь 2006 г.). «Фазирование РНК-полимеразы II с использованием внутренне связанных атомов Zn: обновленная структурная модель». Структура. 14 (6): 973–82. Дои:10.1016 / j.str.2006.04.003. PMID  16765890.
  3. ^ Лю Дж, Син И, Хайндс Т. Р., Чжэн Дж, Сюй В. (июнь 2006 г.). «Третий повтор из 20 аминокислот - это самый плотный сайт связывания APC для бета-катенина». J. Mol. Биол. 360 (1): 133–44. Дои:10.1016 / j.jmb.2006.04.064. PMID  16753179.
  4. ^ Патти, Ласло (2007). Эволюция белка. Вили-Блэквелл. ISBN  978-1-4051-5166-5.
  5. ^ Кинч Л.Н., Гришин Н.В. (июнь 2002 г.). «Эволюция белковых структур и функций». Curr. Мнение. Struct. Биол. 12 (3): 400–8. Дои:10.1016 / s0959-440x (02) 00338-x. PMID  12127461.
  6. ^ Чен С.К., Чан Н.Л., Ван А.Х. (октябрь 2011 г.). «Множество лопастей белков β-пропеллера: консервативны, но универсальны». Trends Biochem. Наука. 36 (10): 553–61. Дои:10.1016 / j.tibs.2011.07.004. PMID  21924917.
  7. ^ Фогель С., Берзуини С., Баштон М., Гоф Дж., Тайхманн С.А. (февраль 2004 г.). «Супра-домены: эволюционные единицы больше, чем отдельные белковые домены». J. Mol. Биол. 336 (3): 809–23. CiteSeerX  10.1.1.116.6568. Дои:10.1016 / j.jmb.2003.12.026. PMID  15095989.
  8. ^ Yu X, Chini CC, He M, Mer G, Chen J (октябрь 2003 г.). «Домен BRCT представляет собой домен, связывающий фосфо-белок». Наука. 302 (5645): 639–42. Bibcode:2003Наука ... 302..639Y. Дои:10.1126 / science.1088753. PMID  14576433. S2CID  29407635.
  9. ^ Шэн З.З., Чжао Ю.К., Хуанг Дж.Ф. (2011). «Функциональная эволюция доменов BRCT от связывания ДНК с белком». Evol. Биоинформ. В сети. 7: 87–97. Дои:10.4137 / EBO.S7084. ЧВК  3140412. PMID  21814458.
  10. ^ Люнг С.К., Гловер Дж. Н. (август 2011 г.). «Домены BRCT: просто, как один, два, три». Клеточный цикл. 10 (15): 2461–70. Дои:10.4161 / cc.10.15.16312. ЧВК  3180187. PMID  21734457.