ДНК-связывающий белок из голодающих клеток
| Dps (ДНК-связывающие белки из голодающих клеток) | |
|---|---|
 | |
| Идентификаторы | |
| Символ | ДПС |
| ИнтерПро | ИПР002177 |
| CDD | cd01043 |
ДНК-связывающие белки голодающих клеток (Dps) представляют собой бактериальные белки, принадлежащие к суперсемейству ферритинов и характеризующиеся сильным сходством, но также и отличительными различиями по отношению к «каноническим» ферритинам .
Белки Dps являются частью сложной защитной системы бактерий, которая защищает ДНК от окислительного повреждения , и широко распространены в бактериальном царстве.
Описание
[ редактировать ]Dps представляют собой высокосимметричные додекамерные белки массой 20 кДа, характеризующиеся оболочечной структурой тетраэдрической симметрии 2:3, собранной из идентичных субъединиц с внешним диаметром ~ 9 нм и центральной полостью диаметром ~ 4,5 нм. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] Белки Dps принадлежат к суперсемейству ферритинов , и защита ДНК осуществляется посредством двойного механизма:
Впервые был обнаружен у Escherichia coli Dps в 1992 году. [ 5 ] и дал название семейству белков ; Во время стационарной фазы Dps связывается с хромосомой неспецифически Dps- ДНК, , образуя высокоупорядоченный и стабильный сокристалл внутри которого хромосомная ДНК конденсируется и защищена от различных повреждений. [ 6 ] Богатый лизином N-конец необходим для самоагрегации, а также для конденсации ДНК , управляемой Dps . [ 7 ]
Второй способ защиты обусловлен способностью белков Dps связывать и окислять Fe(II) в характерном высококонсервативном межсубъединичном ферроксидазном центре. [ 8 ] [ 9 ]
Центры биядерной ферроксидазы расположены на границах между субъединицами, связанными осями симметрии 2-го порядка. [ 10 ] Fe(II) изолируется и сохраняется в виде минерала оксигидроксида Fe(III), который может высвободиться после восстановления. В минеральном железном ядре может откладываться до 500 Fe(III). Одна перекись водорода окисляет два Fe 2+ ионы, что предотвращает образование гидроксильных радикалов по реакции Фентона (реакция I):
2 Фе 2+ + Н 2 О 2 + 2 Н + = 2 Фе 3+ + 2 Н 2 О
Dps также защищает клетку от ультрафиолетового и гамма-излучения , токсичности железа и меди, термического стресса, кислотных и щелочных шоков. [ 1 ] Также проявляется слабая каталазная активность.
конденсация ДНК
[ редактировать ]Додекамеры Dps могут конденсировать ДНК in vitro посредством механизма кооперативного связывания . Удаление частей N-конца [ 7 ] или мутация ключевых остатков лизина на N-конце [ 11 ] может ухудшить или устранить конденсационную активность Дпс. Исследования одиночных молекул показали, что комплексы Dps-ДНК могут попасть в долгоживущие метастабильные состояния, демонстрирующие гистерезис. [ 12 ] Из-за этого степень конденсации ДНК с помощью Dps может зависеть не только от текущих условий буфера, но и от условий в прошлом. модифицированную модель Изинга Для объяснения такого поведения привязки можно использовать . Для зарождения конденсации Dps на ДНК требуется непосредственной близости нескольких цепей ДНК (размер аналогичных Dps). Например, Dps проявляет большее предпочтение к сверхспиральной ДНК, где две цепи ДНК находятся ближе друг к другу. [ 13 ]
Выражение
[ редактировать ]В Escherichia coli белок Dps индуцируется rpoS и IHF в ранней стационарной фазе. Dps также индуцируется oxyR в ответ на окислительный стресс во время экспоненциальной фазы. ClpXP, вероятно, напрямую регулирует протеолиз dps во время экспоненциальной фазы. ClpAP, по-видимому, играет косвенную роль в поддержании продолжающегося синтеза dps во время стационарной фазы.
Приложения
[ редактировать ]Для синтеза наночастиц
[ редактировать ]Полости, образованные белками Dps и ферритином, успешно используются в качестве реакционной камеры для изготовления наночастиц металлов (НЧ). [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] Белковые оболочки служили матрицей для сдерживания роста частиц и покрытием для предотвращения коагуляции/агрегации между НЧ. Используя белковые оболочки разных размеров, можно легко синтезировать НЧ разных размеров для химических, физических и биомедицинских применений.
Для инкапсуляции ферментов
[ редактировать ]Природа использует белковую архитектуру для размещения ферментов во внутренней полости, например: инкапсулина и карбоксисом. Вдохновленные природой, полая внутренняя полость Dps и ферритиновых клеток также использовалась для инкапсуляции ферментов. [ 18 ] Цитохром С, гемопротеин с пероксидазоподобной активностью при инкапсуляции внутри клетки Dps, показал лучшую каталитическую активность в широком диапазоне pH по сравнению со свободным ферментом в нерасфасованном растворе. Такое поведение было объяснено высокой локальной концентрацией фермента внутри Dps и уникальным микроокружением, обеспечиваемым внутренней полостью Dps. [ 19 ]
Для адресной доставки лекарств
[ редактировать ]Доставка груза в намеченное целевое место остается серьезной проблемой для адресной доставки лекарств из-за наличия биологических барьеров и эффектов повышенной проницаемости и удержания (EPR). Кроме того, образование белковой короны вокруг инъецированных наночастиц также представляет интерес в области таргетной доставки. Исследователи попытались преодолеть эти проблемы, используя естественное биораспределение наночастиц белковых клеток для доставки грузов. Например, было показано, что ДНК-связывающий белок из клеток, лишенных питательных веществ (Dps), преодолевает барьер клубочковой фильтрации и нацеливается на проксимальные канальцы почек. [ 20 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Илари А., Стефанини С., Кьянконе Е., Церноглу Д. (январь 2000 г.). «Додекамерный ферритин Listeria innocua содержит новый межсубъединичный сайт связывания железа». Структурная биология природы . 7 (1): 38–43. дои : 10.1038/71236 . ПМИД 10625425 . S2CID 52872968 .
- ^ Грант Р.А., Филман DJ, Финкель С.Е., Колтер Р., Хогл Дж.М. (апрель 1998 г.). «Кристаллическая структура Dps, гомолога ферритина, который связывает и защищает ДНК». Структурная биология природы . 5 (4): 294–303. дои : 10.1038/nsb0498-294 . ПМИД 9546221 . S2CID 26711707 .
- ^ Кьянконе Э., Сеси П. (август 2010 г.). «Многогранная способность белков Dps бороться с бактериальными стрессовыми состояниями: детоксикация железа и перекиси водорода и связывание ДНК». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Общие предметы . 1800 (8): 798–805. дои : 10.1016/j.bbagen.2010.01.013 . ПМИД 20138126 .
- ^ Кьянконе Э., Сеси П. (январь 2010 г.). «Роль агрегации Dps (ДНК-связывающих белков из голодающих клеток) на ДНК» . Границы бионауки . 15 (1): 122–31. дои : 10.2741/3610 . ПМИД 20036810 .
- ^ Альмирон М., Линк Эй.Дж., Ферлонг Д., Колтер Р. (декабрь 1992 г.). «Новый ДНК-связывающий белок, играющий регуляторную и защитную роль в голодающей Escherichia coli» . Гены и развитие . 6 (12Б): 2646–54. дои : 10.1101/gad.6.12b.2646 . ПМИД 1340475 .
- ^ Вольф С.Г., Френкиль Д., Арад Т., Финкель С.Е., Колтер Р., Мински А. (июль 1999 г.). «Защита ДНК путем биокристаллизации, вызванной стрессом». Природа . 400 (6739): 83–5. Бибкод : 1999Natur.400...83W . дои : 10.1038/21918 . ПМИД 10403254 . S2CID 204994265 .
- ^ Перейти обратно: а б Сеси П., Селлаи С., Фальво Е., Риветти С., Росси Г.Л., Кьянконе Е. (2004). «Конденсация ДНК и самоагрегация Dps Escherichia coli — это связанные явления, связанные со свойствами N-конца» . Исследования нуклеиновых кислот . 32 (19): 5935–44. дои : 10.1093/nar/gkh915 . ПМК 528800 . ПМИД 15534364 .
- ^ Чжао Г., Сеси П., Илари А., Джанджакомо Л., Лауэ Т.М., Кьянконе Э., Честин Н.Д. (август 2002 г.). «Свойства детоксикации железа и перекиси водорода ДНК-связывающего белка из голодающих клеток. Ферритиноподобный ДНК-связывающий белок Escherichia coli» . Журнал биологической химии . 277 (31): 27689–96. дои : 10.1074/jbc.M202094200 . ПМИД 12016214 .
- ^ Сеси П., Илари А., Фальво Э., Кьянконе Э. (май 2003 г.). «Белок Dps Agrobacterium tumefaciens не связывается с ДНК, но защищает ее от окислительного расщепления: рентгеновская кристаллическая структура, связывание железа и свойства поглощения гидроксильных радикалов» . Журнал биологической химии . 278 (22): 20319–26. дои : 10.1074/jbc.M302114200 . ПМИД 12660233 .
- ^ Наир С., Финкель С.Е. (июль 2004 г.). «Dps защищает клетки от множественных стрессов во время стационарной фазы» . Журнал бактериологии . 186 (13): 4192–8. дои : 10.1128/JB.186.13.4192-4198.2004 . ПМК 421617 . ПМИД 15205421 .
- ^ Карась В.О., Вестерлакен И., Мейер А.С. (октябрь 2015 г.). «ДНК-связывающий белок голодающих клеток (Dps) использует двойные функции для защиты клеток от многочисленных стрессов» . Журнал бактериологии . 197 (19): 3206–15. дои : 10.1128/JB.00475-15 . ПМК 4560292 . ПМИД 26216848 .
- ^ Втюрина Н.Н., Дулин Д., Доктер М.В., Мейер А.С., Деккер Н.Х., Аббонданциери Э.А. (май 2016 г.). «Гистезис сжатия ДНК с помощью Dps описывается моделью Изинга» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 113 (18): 4982–7. Бибкод : 2016PNAS..113.4982V . дои : 10.1073/pnas.1521241113 . ПМЦ 4983820 . ПМИД 27091987 .
- ^ Шаху, Снеха (2024). «Мостиковые контакты ДНК позволяют Dps E. coli конденсировать ДНК» . Исследования нуклеиновых кислот . дои : 10.1093/nar/gkae223 . ПМК 11077075 . Проверено 15 апреля 2024 г.
- ^ Аллен М., Уиллитс Д., Мосольф Дж., Янг М., Дуглас Т. (2002). «Синтез ферримагнитных наночастиц оксида железа с ограничениями белковой клетки». Продвинутые материалы . 14 (21): 1562–1565. doi : 10.1002/1521-4095(20021104)14:21<1562::AID-ADMA1562>3.0.CO;2-D .
- ^ Аллен М., Уиллитс Д., Янг М., Дуглас Т. (октябрь 2003 г.). «Ограниченный синтез наноматериалов оксида кобальта в 12-субъединичной белковой клетке Listeria innocua». Неорганическая химия . 42 (20): 6300–5. дои : 10.1021/ic0343657 . ПМИД 14514305 .
- ^ Чечи П., Кьянконе Е., Касьютич О., Беллападрона Г., Кастелли Л., Фиттипальди М., Гаттески Д., Инноченти С., Сангрегорио С. (январь 2010 г.). «Синтез наночастиц оксида железа в Listeria innocua Dps (ДНК-связывающий белок из голодных клеток): исследование с белком дикого типа и мутантом каталитического центра». Химия: Европейский журнал . 16 (2): 709–17. дои : 10.1002/chem.200901138 . ПМИД 19859920 .
- ^ Прастаро А., Чечи П., Кьянконе Е., Боффи А., Чирилли Р., Колоне М., Фабризи Г., Стрингаро А., Качки С. (2009). «Кросс-сочетание Сузуки-Мияуры, катализируемое стабилизированными белками наночастицами палладия в аэробных условиях в воде: применение к однореакторному химиоферментативному энантиоселективному синтезу хиральных биариловых спиртов». Зеленая химия . 11 (12): 1929. doi : 10.1039/b915184b .
- ^ Теттер С., Хилверт Д. (ноябрь 2017 г.). «Инкапсуляция фермента ферритиновой клеткой». Ангеванде Хеми . 56 (47): 14933–14936. дои : 10.1002/anie.201708530 . ПМИД 28902449 .
- ^ Вагвани Х.К., Дуглас Т. (март 2021 г.). «Цитохром С с пероксидазоподобной активностью, инкапсулированный внутри небольшой наноклетки белка DPS» . Журнал химии материалов Б. 9 (14): 3168–3179. дои : 10.1039/d1tb00234a . ПМИД 33885621 .
- ^ Учида М., Майер Б., Вагвани Х.К., Селиванович Э., Пэй С.Л., Авера Дж., Юн Э., Сандовал Р.М., Молиторис Б.А., Золлман А., Дуглас Т., Хато, Т. (сентябрь 2019 г.). «Архейные наноклетки Dps воздействуют на проксимальные канальцы почек посредством клубочковой фильтрации» . Журнал клинических исследований . 129 (9): 3941–3951. дои : 10.1172/JCI127511 . ПМЦ 6715384 . ПМИД 31424427 .