Регулятор реакции
| Домен приемника регулятора ответа | |||
|---|---|---|---|
 | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | Response_reg | ||
| Пфам | PF00072 | ||
| Пфам Клан | CL0304 | ||
| ИнтерПро | ИПР001789 | ||
| УМНЫЙ | РЭЦ | ||
| PROSITE | PDOC50110 | ||
| |||
В молекулярной биологии регулятор ответа — это белок , который опосредует ответ клетки на изменения в окружающей среде как часть двухкомпонентной регуляторной системы . Регуляторы ответа связаны со специфическими гистидинкиназами , которые служат сенсорами изменений окружающей среды. Регуляторы ответа и гистидинкиназы являются двумя наиболее распространенными семействами генов у бактерий , где очень распространены двухкомпонентные сигнальные системы; они также значительно реже появляются в геномах некоторых архей , дрожжей , мицелиальных грибов и растений . Двухкомпонентные системы у многоклеточных животных не встречаются . [1] [2] [3] [4]
Функция [ править ]
Белки-регуляторы ответа обычно состоят из ресиверного домена и одного или нескольких эффекторных доменов, хотя в некоторых случаях они обладают только ресиверным доменом и оказывают свои эффекты посредством белок-белковых взаимодействий . При двухкомпонентной передаче сигналов гистидинкиназа реагирует на изменения окружающей среды путем , после аутофосфорилирования остатка гистидина чего домен-приемник регулятора ответа катализирует перенос фосфатной группы на собственный аспартата- остаток реципиента. Это вызывает конформационные изменения , которые изменяют функцию эффекторных доменов, что обычно приводит к усилению транскрипции генов-мишеней. Механизмы, с помощью которых это происходит, разнообразны и включают аллостерическую активацию эффекторного домена или олигомеризацию фосфорилированных регуляторов ответа. [2] В распространенном варианте этой темы, называемом фосфореле, гибридная гистидинкиназа обладает собственным доменом-приемником, а белок-фосфопереносчик гистидина осуществляет окончательную передачу регулятору ответа. [4]
Во многих случаях гистидинкиназы являются бифункциональными и также служат фосфатазами , катализируя удаление фосфата из остатков аспартата регулятора ответа, так что сигнал, передаваемый регулятором ответа, отражает баланс между киназной и фосфатазной активностью. [4] Многие регуляторы ответа также способны к аутодефосфорилированию, которое происходит в широком диапазоне временных масштабов. [2] Кроме того, фосфоаспартат относительно химически нестабилен и может подвергаться неферментативному гидролизу. [1]
Гистидинкиназы очень специфичны в отношении своих родственных регуляторов ответа; между различными двухкомпонентными сигнальными системами в одной и той же ячейке очень мало перекрестных помех. [6]
Классификация [ править ]
Регуляторы ответа можно разделить по крайней мере на три широких класса в зависимости от особенностей эффекторных доменов: регуляторы с ДНК-связывающим эффекторным доменом, регуляторы с ферментативным эффекторным доменом и однодоменные регуляторы ответа. [3] Возможны более полные классификации, основанные на более детальном анализе архитектуры предметной области. Помимо этих широких категорий, существуют регуляторы ответа с другими типами эффекторных доменов, включая РНК-связывающие эффекторные домены.
Регуляторы с ДНК-связывающим эффекторным доменом являются наиболее распространенными регуляторами ответа и оказывают прямое влияние на транскрипцию . [7] Они имеют тенденцию взаимодействовать со своими родственными регуляторами в приемном домене N-конца и содержат эффектор, связывающийся с ДНК, по направлению к C-концу. После фосфорилирования в принимающем домене регулятор ответа димеризуется, приобретает повышенную способность связывания ДНК и действует как фактор транскрипции . [8] Архитектура ДНК-связывающих доменов характеризуется как вариации мотивов спираль-поворот-спираль . Один из вариантов, обнаруженный в регуляторе отклика OmpR двухкомпонентной системы EnvZ / OmpR и других регуляторах отклика, подобных OmpR, представляет собой архитектуру «крылатой спирали». [9] OmpR-подобные регуляторы ответа представляют собой самую большую группу регуляторов ответа, и мотив крылатой спирали широко распространен. Другие подтипы регуляторов ответа на связывание ДНК включают FixJ-подобные и NtrC-подобные регуляторы. [10] Регуляторы ДНК-связывающего ответа участвуют в различных процессах поглощения, включая нитрат / нитрит (NarL, обнаруженный у большинства прокариот). [11]
Второй класс регуляторов мультидоменного ответа — это регуляторы с ферментативными эффекторными доменами. [12] Эти регуляторы ответа могут участвовать в передаче сигнала и генерировать вторичные молекулы-мессенджеры. Примеры включают регулятор хемотаксиса CheB с метилэстеразным доменом, который ингибируется, когда регулятор ответа находится в неактивной нефосфорилированной конформации. Другие регуляторы ферментативного ответа включают c-di-GMP фосфодиэстеразы (например, VieA в V. cholerae ), протеинфосфатазы и гистидинкиназы. [12]
Относительно небольшое количество регуляторов ответа, однодоменные регуляторы ответа, содержат только домен-приемник и полагаются на белок-белковые взаимодействия для проявления своих последующих биологических эффектов. [13] Домен-приемник претерпевает конформационные изменения при взаимодействии с аутофосфорилированной гистидинкиназой, и, следовательно, регулятор ответа может инициировать дальнейшие реакции по сигнальному каскаду. Яркие примеры включают регулятор хемотаксиса CheY, который взаимодействует с моторными белками жгутиков непосредственно в фосфорилированном состоянии. [13]
Секвенирование пока показало, что отдельные классы регуляторов ответа неравномерно распределены среди различных таксонов. [14] в том числе между доменами. В то время как регуляторы ответа с ДНК-связывающими доменами наиболее распространены у бактерий, однодоменные регуляторы ответа более распространены у архей, при этом другие основные классы регуляторов ответа, по-видимому, отсутствуют в геномах архей.
Эволюция [ править ]
Количество двухкомпонентных систем, присутствующих в бактериальном геноме, сильно коррелирует с размером генома, а также с экологической нишей ; бактерии, занимающие ниши с частыми колебаниями окружающей среды, обладают большим количеством гистидинкиназ и регуляторов ответа. [4] [7] Новые двухкомпонентные системы могут возникать в результате дупликации генов или латерального переноса генов , и относительная скорость каждого процесса резко различается у разных видов бактерий. [15] В большинстве случаев гены-регуляторы ответа расположены в том же опероне, что и родственная им гистидинкиназа; [4] Латеральный перенос генов с большей вероятностью сохранит структуру оперона, чем дупликация генов. [15] Небольшое количество двухкомпонентных систем, присутствующее у эукариот, скорее всего, возникло в результате латерального переноса генов из эндосимбиотических органелл; в частности, те, которые присутствуют в растениях, вероятно, происходят из хлоропластов . [4]
Ссылки [ править ]
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Сток А.М., Робинсон В.Л., Гудро П.Н. (2000). «Передача двухкомпонентного сигнала». Ежегодный обзор биохимии . 69 : 183–215. doi : 10.1146/annurev.biochem.69.1.183 . ПМИД 10966457 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Вест АХ, Сток AM (июнь 2001 г.). «Гистидинкиназы и белки-регуляторы ответа в двухкомпонентных сигнальных системах». Тенденции биохимических наук . 26 (6): 369–76. дои : 10.1016/s0968-0004(01)01852-7 . ПМИД 11406410 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Гальперин М.Ю. (июнь 2005 г.). «Перепись мембраносвязанных и внутриклеточных белков сигнальной трансдукции у бактерий: бактериальный IQ, экстраверты и интроверты» . БМК Микробиология . 5:35 . дои : 10.1186/1471-2180-5-35 . ПМЦ 1183210 . ПМИД 15955239 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж Капра Э.Дж., Лауб М.Т. (2012). «Эволюция систем передачи двухкомпонентных сигналов» . Ежегодный обзор микробиологии . 66 : 325–47. doi : 10.1146/annurev-micro-092611-150039 . ПМК 4097194 . ПМИД 22746333 .
- ^ Чжао X, Коупленд DM, Соарес А.С., Вест АХ (январь 2008 г.). «Кристаллическая структура комплекса между фосфорилирующим белком YPD1 и доменом регулятора ответа SLN1, связанным с фосфорильным аналогом» . Журнал молекулярной биологии . 375 (4): 1141–51. дои : 10.1016/j.jmb.2007.11.045 . ПМК 2254212 . ПМИД 18076904 .
- ^ Роуленд М.А., Дидс Э.Дж. (апрель 2014 г.). «Перекрестные помехи и эволюция специфичности двухкомпонентной передачи сигналов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 111 (15): 5550–5. Бибкод : 2014PNAS..111.5550R . дои : 10.1073/pnas.1317178111 . ПМЦ 3992699 . ПМИД 24706803 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Гальперин М.Ю. (июнь 2006 г.). «Структурная классификация регуляторов бактериального ответа: разнообразие выходных доменов и комбинаций доменов» . Журнал бактериологии . 188 (12): 4169–82. дои : 10.1128/jb.01887-05 . ПМК 1482966 . ПМИД 16740923 .
- ^ Барбьери CM, Ву Т, Stock AM (май 2013 г.). «Комплексный анализ фосфорилирования, димеризации и связывания ДНК OmpR подтверждает каноническую модель активации» . Журнал молекулярной биологии . 425 (10): 1612–26. дои : 10.1016/j.jmb.2013.02.003 . ПМЦ 3646996 . ПМИД 23399542 .
- ^ Кенни, Линда Дж (1 апреля 2002 г.). «Структурно-функциональные взаимоотношения в OmpR и других факторах транскрипции крылатой спирали». Современное мнение в микробиологии . 5 (2): 135–141. дои : 10.1016/S1369-5274(02)00310-7 . ПМИД 11934608 .
- ^ Раджив Л., Лунинг Э.Г., Дехал П.С., Прайс М.Н., Аркин А.П., Мухопадьяй А. (октябрь 2011 г.). «Систематическое картирование двухкомпонентных регуляторов ответа на гены-мишени в модельной сульфатредуцирующей бактерии» . Геномная биология . 12 (10): 99 рандов. дои : 10.1186/gb-2011-12-10-r99 . ПМЦ 3333781 . ПМИД 21992415 .
- ^ Байкалов И., Шредер И., Качор-Гржесковяк М., Гжесковяк К., Гунсалус Р.П., Дикерсон Р.Э. (август 1996 г.). «Структура регулятора ответа Escherichia coli NarL». Биохимия . 35 (34): 11053–61. CiteSeerX 10.1.1.580.6078 . дои : 10.1021/bi960919o . ПМИД 8780507 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Гальперин М.Ю. (апрель 2010). «Разнообразие структуры и функций выходных областей реагирования регулятора» . Современное мнение в микробиологии . 13 (2): 150–9. дои : 10.1016/j.mib.2010.01.005 . ПМК 3086695 . ПМИД 20226724 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Саркар М.К., Пол К., Блэр Д. (май 2010 г.). «Сигнальный белок хемотаксиса CheY связывается с роторным белком FliN, чтобы контролировать направление вращения жгутиков в Escherichia coli» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 107 (20): 9370–5. Бибкод : 2010PNAS..107.9370S . дои : 10.1073/pnas.1000935107 . ПМЦ 2889077 . ПМИД 20439729 .
- ^ «Перепись регуляторов реакции прокариот» . www.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 8 октября 2017 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Алм Э., Хуан К., Аркин А. (ноябрь 2006 г.). «Эволюция двухкомпонентных систем у бактерий открывает разные стратегии адаптации ниш» . PLOS Вычислительная биология . 2 (11): е143. Бибкод : 2006PLSCB...2..143A . дои : 10.1371/journal.pcbi.0020143 . ПМК 1630713 . ПМИД 17083272 .