Jump to content

Гистоноподобный белок, структурирующий нуклеоид

Х-НС
Структура раствора N-концевого домена (домена олигомеризации) бактериального нуклеоидного структурирующего белка H-NS.
Идентификаторы
Символ Х-НС
Пфам PF00816
ИнтерПро ИПР001801
КАТ [ P0ACF8]
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 2 1час / СКОПе / СУПФАМ
Доступные белковые структуры:
Pfam  structures / ECOD  
PDBRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumstructure summary

Гистоноподобный белок, структурирующий нуклеоид (H-NS), является одним из двенадцати нуклеоид-ассоциированных белков (NAP). [ 1 ] основная функция которого — организация генетического материала , включая регуляцию экспрессии генов посредством ксеногенного молчания. [ 2 ] H-NS характеризуется N-концевым доменом (NTD), состоящим из двух сайтов димеризации , неструктурированной линкерной области и C-концевого домена (CTD), отвечающего за связывание ДНК. [ 2 ] Хотя это небольшой белок (15 кДа), [ 3 ] он обеспечивает существенное уплотнение нуклеоидов и регуляцию генов (в основном замалчивание) [ 2 ] и высоко выражен, функционируя как димер или мультимер . [ 3 ] Изменение температуры приводит к диссоциации H-NS от дуплекса ДНК , обеспечивая транскрипцию с помощью РНК-полимеразы, и в определенных областях приводит к патогенным каскадам в энтеробактериях, таких как Escherichia coli и четыре вида Shigella . [ 3 ]

Рисунок 1: С-концевой домен (CTD) [ 4 ] также известен как ДНК-связывающий домен. H-NS NTD олигомеризуются друг с другом, в то время как CTD связывается с определенными участками ДНК, содержащими определенную топологию, называемую стадией TpA. [ 2 ] Остатки ароматических аминокислот отмечены серым цветом, отрицательно заряженные частицы — красным, а положительно заряженные частицы — бирюзовым. Длины Н-связей показаны пурпурным цветом.

Структура

[ редактировать ]

H-NS имеет специфическую топологию, которая позволяет ему конденсировать бактериальную ДНК в суперспиральную структуру, о чем свидетельствуют данные рентгеновской кристаллографии . [ 2 ] Конденсированная суперспиральная структура участвует H-NS в репрессии генов, вызванной образованием олигомеров. Эти олигомеры образуются за счет димеризации двух сайтов в N-концевом домене H-NS. [ 2 ] Например, у таких видов бактерий, как Salmonella typhimurium , NTD H-NS содержит сайты димеризации в спиралях альфа 1, альфа 2 и альфа 3. Альфа-спирали 3 и 4 затем отвечают за создание суперспиральной структуры взаимодействий H-NS-ДНК. по ассоциации между головами ( рис. 2 ). [ 2 ] [ 5 ] H-NS также содержит неструктурированную линкерную область, также известную как Q-линкер. [ 2 ] С-концевой домен, также известный как ДНК-связывающий домен (DBD), демонстрирует высокое сродство к областям ДНК, которые богаты аденином и тимином и присутствуют в виде крючкообразного мотива в малой бороздке. [ 2 ] Укладка оснований, присутствующая в этой богатой АТ области ДНК, позволяет незначительно расширить малую бороздку, которая является предпочтительной для связывания. [ 2 ] Обычные DBD включают области AACTA и TACTA, которые могут встречаться сотни раз по всему геному. [ 2 ] В этих богатых АТ регионах малая бороздка имеет ширину 3,5 Å. [ 3 ] что является предпочтительным для связывания H-NS. У E. coli было обнаружено, что H-NS реструктурирует геном на микродомены in vivo . [ 2 ] Хотя бактериальный геном разделен на четыре различных макродомена, включая Ori и Ter (макродомен E. coli и видов Shigella , в которых кодируется H-NS), [ 3 ] считается, что H-NS играет роль в формировании этих небольших микродоменов размером 10 т.п.н. по всему геному. [ 2 ]

Рисунок 2 : На этом рисунке изображена олигомеризация, происходящая в альфа-спиралях NTD в H-NS (и гомологах), образующая так называемую «топологию рукопожатия», и примерное представление о том, как CTD связывается с ДНК. [ 2 ]

Основная функция H-NS — влияние на топологию ДНК ( рис. 2 ). H-NS отвечает за образование нуклеофиламентов вдоль ДНК и мостиков ДНК-ДНК. H-NS известен как пассивный мостик ДНК, что означает, что он связывает два удаленных сегмента ДНК и остается неподвижным, образуя петлю. Образование петли ДНК позволяет H-NS контролировать экспрессию генов. [ 2 ] Ослабление подавления H-NS может быть достигнуто за счет связывания другого белка или за счет изменений топологии ДНК, которые могут произойти из-за изменений температуры и осмолярности . , например, [ 6 ] CTD связывается с бактериальной ДНК таким образом, что ингибирует функцию РНК-полимеразы. Это общая особенность, наблюдаемая в генах, приобретенных горизонтально. [ 7 ] В структурных исследованиях H-NS используются такие виды бактерий, как E. coli и Shigella spp. потому что C-концевой домен полностью консервативен. [ 3 ]

Процесс образования комплексов H-NS-ДНК начинается со связывания CTD с предпочтительным участком генома. Это может быть результатом большого количества положительно заряженных аминокислотных остатков, расположенных внутри линкерной области, что заставляет CTD искать сайт связывания с высоким сродством. [ 2 ] Как только CTD связывается со своей предпочтительной областью, стадией TpA, NTD могут олигомеризоваться и образовывать жесткие нуклеофиламенты, которые при наличии благоприятных условий будут более свободно связываться друг с другом с образованием ДНК-мостиков. Эта форма мостика известна как «пассивный мостик» и может не позволить RNAP продолжить транскрипцию. [ 2 ] Эксперименты, используемые для подтверждения этого метода связывания ДНК и подавления генов, основаны на атомно-силовой микроскопии и исследованиях одиночных молекул in vitro . [ 2 ]

Чтобы выжить, все бактерии должны быть чувствительны к изменениям в их физической среде. Эти механизмы позволяют включать или выключать гены в зависимости от их внеклеточной среды. [ 3 ] Многие исследователи полагают, что H-NS способствует этим сенсорным функциям. Было замечено, что H-NS контролирует около 60% генов, регулируемых температурой, и может диссоциировать от дуплекса ДНК при 37 ° C. [ 2 ] Эта особая чувствительность, наблюдаемая при H-NS, позволяет выявить патогенез и является основным направлением исследований. Вне хозяина температура 32 °C предотвращает диссоциацию H-NS от плазмиды вирулентности у Shigella spp. с целью сохранения энергии для энергетически затратного производства белков, участвующих в патогенезе. [ 8 ] Наличие ионов магния (Mg 2+ ), как было показано, позволяет H-NS формировать конформационные изменения в структуре от слегка открытой до полностью открытой, которые в конечном итоге изменят взаимодействие между отрицательно заряженным NTD и положительно заряженным CTD. [ 2 ] Концентрации магния ниже 2 мМ способствуют образованию жестких нуклеопротеиновых нитей, а высокие концентрации способствуют образованию мостиков ДНК H-NS. [ 9 ] Заряды, наблюдаемые в NTD и CTD, могут объяснить, почему H-NS остается чувствительным к изменениям температуры и осмолярности (pH ниже 7,4). [ 3 ] H-NS также может взаимодействовать с другими белками и влиять на их функцию, например, он может взаимодействовать с моторным белком жгутика FliG, повышая его активность. [ 6 ]

Клиническое значение

[ редактировать ]
Рисунок 3 : (A) Иллюстрация ассоциации H-NS с ДНК S. flexneri при 32°C, а затем, когда температура достигает 37°C, H-NS диссоциирует от ДНК, обеспечивая транскрипцию virF. (B) Далее по дуплексу ДНК экспрессия VirB вызывает нарушение молчания icsB с помощью H-NS, и каскад может продолжать вызывать широко распространенную инфекцию. [ 3 ]

H-NS играет консервативную роль в патогенности грамотрицательных бактерий, включая виды Shigella , Escherichia coli , Salmonella spp. и многие другие. Он участвует в транскрипции гена virF , вызывающего так называемую virF, приводящую к бактериальной дизентерии — заболеванию, поражающему детей, которое в основном наблюдается в развивающихся странах. Эти два вида бактерий содержат плазмиду вирулентности , которая отвечает за инвазию в клетки-хозяева и регулируется H-NS. [ 10 ] Интересно, что почти 70% открытых рамок считывания (ОРС) специализированной плазмиды вирулентности у Shigella spp. богат АТ, что позволяет осуществлять долгосрочную регуляцию этой плазмиды с помощью H-NS. [ 3 ]

Вышеупомянутые исследования показывают, что чувствительный к температуре H-NS будет диссоциировать от бактериальной ДНК при 37 ° C, запуская РНК-полимеразу для транскрипции virF , гена, ответственного за экспрессию VirF. VirF является основным регулятором каскада вирулентности и экспрессируется благодаря термочувствительной «шарнирной» области промотора virF, меняющей конформацию так, что она больше не является благоприятной для образования мостиков ДНК с помощью H-NS ( рис. 3 ). [ 3 ] Как только VirF экспрессируется, он регулирует выработку icsA , способствующего подвижности, а virB кодирует следующий регуляторный белок в каскаде шигелл . Как только VirB экспрессируется, он разрушает H-NS для остальной части плазмиды вирулентности. [ 3 ]

Шигеллы виды. содержат «молекулярные резервные копии» или паралоги H-NS, которые были подробно изучены из-за их очевидной помощи в организации плазмиды вирулентности. [ 3 ] StpA является паралогом H-NS, который консервативен у всех видов, но другой, Sfh, экспрессируется исключительно в мутантном штамме S. flexneri 2457T. [ 3 ] Этот мутантный штамм представляет большой интерес для исследователей, поскольку он действует как замена H-NS, поскольку 2457T не содержит гена hns . Корреляция между H-NS и его паралогами в настоящее время плохо изучена. [ 3 ] Из-за важности этих паралогов в отсутствие H-NS у мутанта дальнейшие исследования и сосредоточение внимания на этих паралогах могут привести к многообещающим антибактериальным методам лечения. [ 3 ]

  1. ^ Винарди Р.С., Ян Дж., Кенни Л.Дж. (октябрь 2015 г.). «H-NS регулирует экспрессию генов и уплотняет нуклеоид: результаты экспериментов с одиночными молекулами» . Биофизический журнал . 109 (7): 1321–1329. Бибкод : 2015BpJ...109.1321W . дои : 10.1016/j.bpj.2015.08.016 . ПМК   4601063 . ПМИД   26445432 .
  2. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т Цинь Л., Эркеленс А.М., Бен Бдира Ф., Даме RT (декабрь 2019 г.). «Архитекторы бактериальных ДНК-мостов: структурно и функционально консервативное семейство белков» . Открытая биология . 9 (12): 190223. doi : 10.1098/rsob.190223 . ПМК   6936261 . ПМИД   31795918 .
  3. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п Пикер М.А., Wing HJ (декабрь 2016 г.). «H-NS, члены его семейства и их регуляция генов вирулентности у видов шигелл» . Гены . 7 (12): 112. doi : 10.3390/genes7120112 . ПМК   5192488 . ПМИД   27916940 .
  4. ^ Шиндо Х., Иваки Т., Иеда Р., Курумизака Х., Уэгучи С., Мизуно Т. и др. (февраль 1995 г.). «Структура раствора ДНК-связывающего домена нуклеоид-ассоциированного белка H-NS из Escherichia coli» . Письма ФЭБС . 360 (2): 125–131. дои : 10.1016/0014-5793(95)00079-о . ПМИД   7875316 . S2CID   44479751 .
  5. ^ Блох В., Ян Й., Марж Э., Шаванье А., Оже М.Т., Роберт Б. и др. (март 2003 г.). «Домен димеризации H-NS определяет новую складку, способствующую распознаванию ДНК». Структурная биология природы . 10 (3): 212–218. дои : 10.1038/nsb904 . ПМИД   12592399 . S2CID   25761309 .
  6. ^ Jump up to: а б Донато GM, Кавула TH (сентябрь 1998 г.). «Усиленное связывание измененного белка H-NS с белком жгутикового ротора FliG вызывает увеличение скорости вращения жгутика и гиперподвижность у Escherichia coli» . Журнал биологической химии . 273 (37): 24030–24036. дои : 10.1074/jbc.273.37.24030 . ПМИД   9727020 .
  7. ^ Луккини С., Роули Дж., Голдберг, доктор медицинских наук, Херд Д., Харрисон М., Хинтон Дж.С. (август 2006 г.). «H-NS опосредует подавление латерально приобретенных генов у бактерий» . ПЛОС Патогены . 2 (8): е81. дои : 10.1371/journal.ppat.0020081 . ПМК   1550270 . ПМИД   16933988 .
  8. ^ Дорман CJ (сентябрь 2014 г.). «H-NS-подобные нуклеоид-ассоциированные белки, мобильные генетические элементы и горизонтальный перенос генов у бактерий» . Плазмида . 75 : 1–11. doi : 10.1016/j.plasmid.2014.06.004 . ПМИД   24998344 .
  9. ^ Верма С.К., Цянь З., Адхья С.Л. (декабрь 2019 г.). «Архитектура нуклеоида Escherichia coli» . ПЛОС Генетика . 15 (12): e1008456. дои : 10.1371/journal.pgen.1008456 . ПМК   6907758 . ПМИД   31830036 .
  10. ^ Пикер М.А., Wing HJ (декабрь 2016 г.). «H-NS, члены его семейства и их регуляция генов вирулентности у видов шигелл» . Гены . 7 (12): Е112. дои : 10.3390/genes7120112 . ПМК   5192488 . ПМИД   27916940 .
В эту статью включен текст из общественного достояния Pfam и InterPro : IPR001801.
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 381d8ec05cf01afb897e3bc44f15bcc1__1708369140
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/38/c1/381d8ec05cf01afb897e3bc44f15bcc1.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Histone-like nucleoid-structuring protein - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)