N- гликозилтрансфераза
| Семейство гликозилтрансфераз 41 | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | GT41 | ||
| Пфам | ПФ13844 | ||
| CAZy | GT41 | ||
| |||
N -гликозилтрансфераза представляет собой фермент прокариот, который переносит отдельные гексозы на боковые цепи аспарагина в белках-субстратах, используя нуклеотид -связанный посредник внутри цитоплазмы. Они отличаются от обычных N -гликозилирующих ферментов , которые представляют собой олигосахарилтрансферазы , которые переносят предварительно собранные олигосахариды . Однако оба семейства ферментов нацелены на общую аминокислотную последовательность аспарагин — любую аминокислоту, кроме пролина — серин или треонин (N–x–S/T), с некоторыми вариациями.
Такие ферменты были обнаружены у бактерий Actinobacillus pleuropneumoniae (чья N -гликозилтрансфераза является наиболее изученным членом этого семейства ферментов) и Haemophilus influenzae , а затем и у других видов бактерий, таких как Escherichia coli . N -гликозилтрансферазы обычно нацелены на белки адгезина , которые участвуют в прикреплении бактериальных клеток к эпителию (у патогенных бактерий ); гликозилирование важно для стабильности и функции адгезинов.
История и определение
[ редактировать ]Активность N -гликозилтрансферазы была впервые обнаружена в 2003 году St. Geme et al. у Haemophilus influenzae [ 1 ] и идентифицирован как новый тип гликозилтрансферазы в 2010 году. [ 2 ] гликозилтрансфераза Actinobacillus pleuropneumoniae N- является наиболее изученным ферментом этого семейства. [ 3 ] [ 4 ] Первоначально гликозилирование белков считалось чисто эукариотическим процессом. [ 5 ] до того, как такие процессы были обнаружены у прокариот , в том числе N -гликозилтрансферазы. [ 3 ]
Биохимия
[ редактировать ]N -гликозилтрансферазы – необычные [ а ] тип гликозилтрансферазы , которая присоединяет отдельные гексозы к целевому белку. [ 6 ] [ 7 ] [ 4 ] Присоединение сахаров к атому азота в амидной группе , такой как амидная группа аспарагина , требует фермента , поскольку электроны азота делокализованы в пи-электронной системе с углеродом амида. Для активации было предложено несколько механизмов. Среди них депротонирование амида , взаимодействие гидроксильной субстрата группы секвена с амидом. [ 9 ] [ 10 ] (теория, которая подтверждается тем фактом, что скорость гликозилирования, по-видимому, увеличивается с увеличением основности второй аминокислоты в секвене [ 11 ] ) и два взаимодействия с участием кислых аминокислот фермента с каждым атомом водорода амидной группы. Этот механизм подтверждается рентгеновскими структурами и биохимической информацией о процессах гликозилирования; взаимодействие нарушает делокализацию и позволяет электронам азота совершить нуклеофильную атаку на сахарный субстрат. [ 8 ]
N -гликозилтрансферазы Actinobacillus pleuropneumoniae [ 12 ] и Haemophilus influenzae используют аспарагин -аминокислоту, отличную от последовательностей пролин - серин или треонин, в качестве целевых последовательностей, ту же самую последовательность, которую используют олигосахарилтрансферазы. [ 13 ] [ 14 ] Остаток глутамина N -469 в гликозилтрансферазе Actinobacillus pleuropneumoniae N- и его гомологах в других - гликозилтрансферазах важен для селективности фермента. [ 15 ] На активность фермента также влияют аминокислоты вокруг секвена, причем особенно важны структуры бета-петли. [ 16 ] По крайней мере, -гликозилтрансфераза Actinobacillus pleuropneumoniae N также может гидролизовать сахарные нуклеотиды в отсутствие субстрата. [ 17 ] закономерность, часто наблюдаемая в гликозилтрансферазах, [ 18 ] а некоторые N -гликозилтрансферазы могут присоединять дополнительные гексозы к атомам кислорода связанной с белком гексозы. [ 7 ] N -гликозилирование Actinobacillus pleuropneumoniae HMW1C не требует металлов . [ 12 ] согласуется с наблюдениями, сделанными в отношении других гликозилтрансфераз семейства GT41. [ 19 ] и отличие от олигосахарилтрансфераз. [ 12 ]
Классификация
[ редактировать ]Структурно N -гликозилтрансферазы принадлежат к семейству гликозилтрансфераз GT41 и напоминают протеин O -GlcNAc трансферазу , эукариотический фермент с различными ядерными , митохондриальными и цитозольными мишенями. [ 8 ] Регулярные N -связанные олигосахарилтрансферазы принадлежат к другому семейству белков STT3 . [ 20 ] -гликозилтрансфераза Haemophilus influenzae N имеет домены, гомологичные глутатион- S -трансферазе и гликогенсинтазе . [ 21 ]
- гликозилтрансферазы N подразделяются на два функциональных класса: первый (например, некоторые Yersinia , Escherichia coli и Burkholderia sp.) связан с тримерными адгезинами аутотранспортеров , а второй имеет ферменты, геномно связанные с рибосомами и белками, связанными с углеводным обменом (например, Actinobacillus pleuropneumoniae , Haemophilus ducreyi и Kingella kingae ). [ 22 ]
Функции
[ редактировать ]N -связанное гликозилирование является важным процессом, особенно у эукариот , у которых более половины всех белков имеют присоединенные N -связанные сахара. [ 13 ] и где это наиболее распространенная форма гликозилирования. [ 23 ] Эти процессы важны и у прокариот. [ 13 ] и археи . [ 24 ] Например, у животных переработка белка в эндоплазматическом ретикулуме и некоторые функции иммунной системы зависят от гликозилирования. [ 9 ] [ б ]
Основными субстратами N -гликозилтрансфераз являются адгезины . [ 8 ] Адгезины — это белки, которые используются для колонизации поверхности, часто поверхности слизистой оболочки в случае патогенных бактерий. [ 27 ] Гомологи N -гликозилтрансферазы обнаружены у патогенных гаммапротеобактерий . [ 28 ] такие как Yersinia и другие пастерелловые . [ 8 ] Эти гомологи очень похожи на фермент Actinobacillus pleuropneumoniae и могут гликозилировать Haemophilus influenzae HMW1A адгезин . [ 29 ]
N -гликозилтрансферазы могут быть новым инструментом гликоинженерии . [ 30 ] учитывая, что для выполнения своей функции им не требуется липидный переносчик. [ 31 ] Гликозилирование важно для функционирования многих белков, и производство гликозилированных белков может быть проблемой. [ 26 ] Потенциальное использование инструментов гликоинженерии включает создание вакцин против полисахаридов, связанных с белками. [ 32 ]
Примеры
[ редактировать ]- Actinobacillus pleuropneumoniae содержит гликозилтрансферазу, гомологичную HMW1C, которая может N -гликозилировать белок HMW1A Haemophilus influenzae . [ 13 ] Нативными субстратами являются аутотранспортеров адгезины Actinobacillus pleuropneumoniae. [ 33 ] например АтаС [ 34 ] и другие пастерелловые . [ 35 ] Он использует тот же целевой секвен, что и фермент Haemophilus influenzae HMW1C. [ 12 ] и олигосахарилтрансферазы [ 30 ] и было высказано предположение, что этот выбор последовательности обусловлен причинами молекулярной мимикрии . [ 36 ] Кроме того, он также может быть нацелен на другие последовательности. [ 8 ] такой гомосерин , [ 37 ] однако он неактивен в отношении аспарагинов, за которыми следует пролин . [ 12 ] В целом этот фермент относительно неспецифичен в отношении белков с помощью секвона. [ 38 ] Существуют противоречивые сообщения о том, можно ли использовать глютамин. [ 37 ] [ 12 ] или выполнить гексозно-гексозное соединение [ 13 ] [ 39 ] но он может действовать как О -гликозилтрансфераза. [ 36 ] Кроме того, этот фермент предпочтительно использует УДФ -глюкозу, а не УДФ-галактозу, [ 12 ] а также можно использовать пентозы , маннозу и ВВП- связанные сахара, но не использовать замещенные гексозы, такие как N -ацетилглюкозамин . [ 17 ] Выяснены его структура и сайты, участвующие в связывании субстрата. [ 40 ] - гликозилтрансфераза N сопровождается другой гликозилтрансферазой, которая присоединяет глюкозу к связанному с белком гликану. [ 41 ] и две гликозилтрансферазы являются частью оперона который участвует в метилтиолировании рибосом вместе с третьим белком , . [ 42 ]
- Aggregatibacter aphrophilus экспрессирует гомолог HMW1C. [ 43 ] Субстрат гомолога HMW1C Aggregatibacter aphrophilus называется EmaA и представляет собой белок -автотранспортер . [ 43 ] Гликозилтрансфераза Aggregatibacter aphrophilus важна для адгезии бактерии к эпителию . [ 44 ]
- У Haemophilus influenzae ( респираторного тракта) возбудителя [ 7 ] ), N -гликозилтрансфераза HMW1C присоединяет галактозу и глюкозу, взятые от нуклеотидного носителя, к адгезину HMW1A. Этот процесс важен для стабильности белка HMW1A. N-X-S/T секвон Примечательно, что HMW1C использует в качестве субстрата , тот же самый секвен, на который нацелена олигосахарилтрансфераза . [ 13 ] а также может присоединять дополнительные гексозы к уже связанной с белком гексозе. [ 45 ] Сахара прикреплены к UDP- носителю, [ 24 ] [ 8 ] сам фермент является цитоплазматическим и переносит 47 гексоз на свой субстрат HMW1A, [ 24 ] [ 23 ] хотя не все секвены-кандидаты являются целевыми. [ 31 ] он больше напоминает О В некоторых аспектах -гликозилтрансферазы, чем N -гликозилирующие ферменты. [ 46 ] и очень похож на фермент Actinobacillus pleuropneumoniae . [ 31 ] Структурно он представляет собой складку GT-B с двумя субдоменами, напоминающими складку Россмана , и домен AAD. [ 45 ] Имеются доказательства того, что аминокислотные последовательности, содержащие секвон, отбираются в Haemophilus influenzae белках , вероятно, потому, что N -гликозилтрансфераза не является мишенью-специфичной, а присутствие секвонов может привести к вредному гликозилированию нецелевых белков. [ 47 ] Haemophilus influenzae имеет дополнительный гомолог HMW1C HMW2C, [ 48 ] который вместе с адгезином HMW2 образует аналогичную субстратно-ферментную систему. [ 45 ] Геномный локус HMW1C находится рядом с локусом HMW1A. [ 49 ]
- Энтеротоксигенная Escherichia coli использует N- гликозилтрансферазу под названием EtpC для модификации белка EtpA, который ортологичен HMW1A Haemophilus influenzae . [ 50 ] EtpA действует как адгезин, который обеспечивает связывание с эпителием кишечника. [ 6 ] а нарушение гликозилирования меняет при прикреплении . поведение бактерий [ 22 ]
- Kingella kingae экспрессирует гомолог HMW1C. [ 43 ] Белок автотранспортер - Knh является субстратом гомолога HMW1C Kingella kingae . Процесс гликозилирования важен для способности Kingella kingae образовывать бактериальные агрегаты и связываться с эпителием ; [ 51 ] адгезия и экспрессия белка Knh . в его отсутствие нарушается [ 44 ] Процесс гликозилирования у Kingella kingae не связан строго с консенсусной секвенцией. [ 52 ]
- Yersinia enterocolitica имеет функциональную N -гликозилтрансферазу. [ 20 ] [ 8 ] Он также имеет белок, похожий на HMW1C, но неизвестно, обладает ли он такой же активностью. [ 50 ]
- Другие гомологи были обнаружены у Bibersteinia trehalosi , [ 14 ] Burkholderia Виды , Escherichia coli , Haemophilus ducreyi , виды Mannheimia , виды Xanthomonas , Yersinia pestis и Yersinia pseudotuberculosis . [ 6 ] [ 1 ]
Примечания
[ редактировать ]- ^ Обычные N -гликозилтрансферазы представляют собой ферменты, переносящие олигосахариды . [ 6 ] [ 7 ] [ 4 ] Хотя оба семейства ферментов присоединяют сахара к азоту, -гликозилтрансфераза Haemophilus influenzae N не имеет сходства с олигосахарилтрансферазами. [ 8 ] и, по-видимому, развивались независимо. [ 1 ]
- ^ N -гликозилирование обычно включает присоединение олигосахаридов к аспарагина аминогруппам в белках; [ 13 ] за аспарагином обычно двумя аминокислотами следуют серин или треонин . [ 25 ] Олигосахарид в большинстве случаев собран на изопреноиде в качестве носителя . [ 24 ] с использованием различных олигосахаридов. [ 26 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Нотафт и Шимански 2013 , с. 6916.
- ^ Чой и др. 2010 , с. 2.
- ^ Jump up to: а б Сонг и др. 2017 , с. 8856.
- ^ Jump up to: а б с Нагели и Аэби 2015 , с. 11.
- ^ Нотафт и Шимански 2013 , с. 6912.
- ^ Jump up to: а б с д Грасс С., Лихти К.Ф., Таунсенд Р.Р., Гросс Дж., Сент-Джем Дж.В. (май 2010 г.). «Белок HMW1C Haemophilus influenzae представляет собой гликозилтрансферазу, которая переносит остатки гексозы на аспарагиновые сайты в адгезине HMW1» . ПЛОС Патогены . 6 (5): e1000919. дои : 10.1371/journal.ppat.1000919 . ПМЦ 2877744 . ПМИД 20523900 .
- ^ Jump up to: а б с д Готорн и др. 2014 , с. 633.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Нагели и др. 2014 , с. 24522.
- ^ Jump up to: а б Нагели и др. 2014 , с. 24521.
- ^ Пиниелло, Масиас-Леон и Миядзаки 2023 , стр. 8.
- ^ Баузе и Леглер 1981 , с. 644.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Шварц и др. 2011 , с. 35273.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Шварц и др. 2011 , с. 35267.
- ^ Jump up to: а б Пиниелло, Масиас-Леон и Миядзаки 2023 , с. 2.
- ^ Сонг и др. 2017 , с. 8861.
- ^ Баузе Э (февраль 1983 г.). «Структурные требования N-гликозилирования белков. Исследования с использованием пролиновых пептидов в качестве конформационных зондов» . Биохимический журнал . 209 (2): 331–336. дои : 10.1042/bj2090331 . ПМК 1154098 . ПМИД 6847620 .
- ^ Jump up to: а б Нагели и др. 2014 , с. 24524.
- ^ Нагели и др. 2014 , с. 24530.
- ^ Чой и др. 2010 , с. 7.
- ^ Jump up to: а б Нагели и др. 2014 , с. 2171.
- ^ Каваи и др. 2011 , с. 38553.
- ^ Jump up to: а б Макканн и Сент-Джем, 2014 , с. 2.
- ^ Jump up to: а б Чой и др. 2010 , с. 1.
- ^ Jump up to: а б с д Нагели и др. 2014 , с. 2170.
- ^ Баузе и Леглер 1981 , с. 639.
- ^ Jump up to: а б Нагели и Аэби 2015 , с. 4.
- ^ Грасс и др. 2003 , с. 737.
- ^ Шварц и др. 2011 , с. 35269.
- ^ Готорн и др. 2014 , с. 636.
- ^ Jump up to: а б Сонг и др. 2017 , с. 8857.
- ^ Jump up to: а б с Макканн и Сент-Джем, 2014 , с. 3.
- ^ Naegeli & Aebi 2015 , с. 12.
- ^ Нагели и др. 2014 , с. 2172.
- ^ Кис Т.Г., Веттер М., Ханг И., Рутшманн С., Руссо С., Малли М. и др. (ноябрь 2017 г.). «Путь биосинтеза полисиалилирования белков в Escherichia coli» . Метаболическая инженерия . 44 : 293–301. дои : 10.1016/j.ymben.2017.10.012 . ПМИД 29101090 .
- ^ Нагели и др. 2014 , с. 2173.
- ^ Jump up to: а б Нагели и др. 2014 , с. 2178.
- ^ Jump up to: а б Нагели и др. 2014 , с. 24531.
- ^ Готорн и др. 2014 , с. 634.
- ^ Каваи и др. 2011 , с. 38547.
- ^ Каваи и др. 2011 , с. 38549,38550.
- ^ Кукушка и др. 2017 , с. 2.
- ^ Кукушка и др. 2017 , с. 10.
- ^ Jump up to: а б с Ремпе и др. 2015 , с. 5.
- ^ Jump up to: а б Ремпе и др. 2015 , с. 4.
- ^ Jump up to: а б с Макканн и Сент-Джем, 2014 , с. 1.
- ^ Ремпе и др. 2015 , с. 2.
- ^ Готорн и др. 2014 , с. 637 638.
- ^ Грасс и др. 2003 , с. 742.
- ^ Каваи и др. 2011 , с. 38546.
- ^ Jump up to: а б Валгуарнера Э., Кинселла Р.Л., Фельдман М.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 . ПМИД 27107636 .
- ^ Ремпе и др. 2015 , с. 3.
- ^ Ремпе и др. 2015 , с. 6.
Источники
[ редактировать ]- Баузе Э., Леглер Г. (июнь 1981 г.). «Роль гидроксиаминокислоты в триплетной последовательности Asn-Xaa-Thr(Ser) на этапе N-гликозилирования во время биосинтеза гликопротеинов» . Биохимический журнал . 195 (3): 639–644. дои : 10.1042/bj1950639 . ПМЦ 1162935 . ПМИД 7316978 .
- Чой К.Дж., Грасс С., Пэк С., Сент-Гем Дж.В., Йео Х.Дж. (декабрь 2010 г.). «Actinobacillus pleuropneumoniae HMW1C-подобная гликозилтрансфераза опосредует N-связанное гликозилирование адгезина HMW1 Haemophilus influenzae» . ПЛОС ОДИН . 5 (12): e15888. Бибкод : 2010PLoSO...515888C . дои : 10.1371/journal.pone.0015888 . ПМК 3012730 . ПМИД 21209858 .
- Кукуи Дж., Терра В.С., Боссе Дж.Т., Нагели А., Абуэльхадид С., Ли Ю. и др. (январь 2017 г.). «Система N-связывающего гликозилирования Actinobacillus pleuropneumoniae необходима для адгезии и потенциально может быть использована в гликоинженерии» . Открытая биология . 7 (1): 160212. doi : 10.1098/rsob.160212 . ПМК 5303269 . ПМИД 28077594 .
- Готорн Дж.А., Тан Нью-Йорк, Бейли У.М., Дэвис М.Р., Вонг Л.В., Найду Р. и др. (март 2014 г.). «Отбор сайтов гликозилирования в потенциальных белках-мишенях общей N-гликозилтрансферазы HMWC у Haemophilus influenzae». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 445 (3): 633–638. дои : 10.1016/j.bbrc.2014.02.044 . ПМИД 24565833 .
- Грасс С., Бушер А.З., Свордс В.Е., Апичелла М.А., Баренкамп С.Дж., Ожлевски Н., Сент-Геме Дж.В. (май 2003 г.). «Адгезин HMW1 Haemophilus influenzae гликозилируется в процессе, который требует HMW1C и фосфоглюкомутазы, фермента, участвующего в биосинтезе липоолигосахаридов». Молекулярная микробиология . 48 (3): 737–751. дои : 10.1046/j.1365-2958.2003.03450.x . ПМИД 12694618 . S2CID 25667209 .
- Кавай Ф., Грасс С., Ким Ю, Чой К.Дж., Сент-Гем Дж.В., Йео Х.Дж. (ноябрь 2011 г.). «Структурные данные о гликозилтрансферазной активности HMW1C-подобного белка Actinobacillus pleuropneumoniae» . Журнал биологической химии . 286 (44): 38546–38557. дои : 10.1074/jbc.M111.237602 . ПМК 3207471 . ПМИД 21908603 .
- Макканн-младший, Сент-Джем JW (апрель 2014 г.). «HMW1C-подобные гликозилтрансферазы — семейство ферментов, любящих простые сахара» . ПЛОС Патогены . 10 (4): e1003977. дои : 10.1371/journal.ppat.1003977 . ПМЦ 3983070 . ПМИД 24722584 .
- Нагели А., Эби М. (2015). «Современные подходы к инженерному гликозилированию N-связанных белков в бактериях». Глико-Инжиниринг . Методы молекулярной биологии. Том. 1321. Humana Press, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. стр. 3–16. дои : 10.1007/978-1-4939-2760-9_1 . ISBN 978-1-4939-2759-3 . ПМИД 26082211 .
- Нагели А., Мишо Г., Шуберт М., Лин К.В., Лизак С., Дарбре Т. и др. (август 2014 г.). «Субстратная специфичность цитоплазматической N-гликозилтрансферазы» . Журнал биологической химии . 289 (35): 24521–24532. дои : 10.1074/jbc.M114.579326 . ПМК 4148877 . ПМИД 24962585 .
- Нагели А., Нойперт С., Фан Й.Ю., Лин К.В., Поляк К., Папини А.М. и др. (январь 2014 г.). «Молекулярный анализ альтернативного механизма N-гликозилирования путем функционального переноса от Actinobacillus pleuropneumoniae к Escherichia coli» . Журнал биологической химии . 289 (4): 2170–2179. дои : 10.1074/jbc.M113.524462 . ПМЦ 3900963 . ПМИД 24275653 .
- Нотафт Х., Шимански С.М. (март 2013 г.). «N-гликозилирование бактериальных белков: новые перспективы и приложения» . Журнал биологической химии . 288 (10): 6912–6920. дои : 10.1074/jbc.R112.417857 . ПМЦ 3591601 . ПМИД 23329827 .
- Пиниелло Б., Масиас-Леон Х., Миядзаки С. (2023). «Молекулярные основы бактериального N-гликозилирования растворимой HMW1C-подобной N-гликозилтрансферазой» . Нат Коммун . 14 . дои : 10.1038/s41467-023-41238-1 . ПМЦ 10507012 .
- Ремпе К.А., Спрус Л.А., Порш Э.А., Зихольцер Ш., Норсков-Лауритсен Н., Ст-Геме Дж.В. (август 2015 г.). «Нетрадиционное N-связанное гликозилирование способствует функции тримерного автотранспортера у Kingella kingae и Aggregatibacter aphrophilus» . мБио 6 (4): e01206–15. дои : 10.1128/mBio.01206-15 . ПМЦ 4550697 . ПМИД 26307167 .
- Шварц Ф., Фан Ю.Ю., Шуберт М., Эби М. (октябрь 2011 г.). «Цитоплазматическая N-гликозилтрансфераза Actinobacillus pleuropneumoniae представляет собой инвертирующий фермент и распознает консенсусную последовательность NX (S/T)» . Журнал биологической химии . 286 (40): 35267–35274. дои : 10.1074/jbc.M111.277160 . ПМК 3186387 . ПМИД 21852240 .
- Сун Q, Wu Z, Fan Y, Song W, Чжан П, Ван Л и др. (май 2017 г.). «Производство гомогенного гликопротеина с многосайтовыми модификациями с помощью сконструированного мутанта N -гликозилтрансферазы» . Журнал биологической химии . 292 (21): 8856–8863. дои : 10.1074/jbc.M117.777383 . ПМЦ 5448120 . ПМИД 28381551 .