Двухкомпонентная система EnvZ/OmpR
EnvZ/OmpR представляет собой двухкомпонентную регуляторную систему, широко распространенную у бактерий и особенно хорошо охарактеризованную у Escherichia coli . Его функция заключается в осморегуляции , реагируя на изменения осмоляльности окружающей среды путем регуляции экспрессии внешней мембраны поринов OmpF и OmpC . EnvZ представляет собой гистидинкиназу , которая также обладает цитоплазматическим осмосенсорным доменом, а OmpR является соответствующим белком-регулятором ответа. [ 1 ] [ 2 ]
Обзор
[ редактировать ]EnvZ представляет собой сенсор-передатчик, который охватывает внутреннюю цитоплазматическую мембрану и исторически был разделен на два домена : сенсорный и трансмиттерный домен. [ 3 ] [ 4 ] Белок состоит из короткого N-концевого хвоста в периплазме , двух трансмембранных областей с промежуточной периплазматической петлей и цитоплазматического домена, содержащего аутофосфорилированный остаток гистидина , который расположен в димерном четырехспиральном пучке . [ 5 ] [ 6 ] Вариации осмоляльности вызывают конформационные изменения EnvZ, которые локализуются в цитоплазматическом четырехспиральном пучке и которые влияют на перенос фосфорила на OmpR. [ 5 ] [ 6 ] При фосфорилировании OmpR становится активным димером, который проявляет повышенную способность связываться с ДНК, специфичную как для генов ompC , так и для ompF . Сигнальный каскад можно объяснить следующим образом: [ 7 ]
- Активация сенсора внутренней мембраны гистидинкиназы EnvZ,
- Аутофосфорилирование EnvZ по His243 ,
- Перенос фосфата в OmpR при Asp 55 ,
- Связывание OmpR-P с вышележащими сайтами на ompF и ompC поринов промоторах для дифференциальной модуляции их транскрипции.
- Дефосфорилирование OmpR-P посредством фосфатазной функции EnvZ.
Важно отметить, что ompF и ompC всегда экспрессируются на постоянном уровне; однако отдельные порины OmpF и OmpC присутствуют в различных относительных количествах в зависимости от средней осмолярности. Кроме того, количество OmpF и OmpC контролируется различными механизмами; например, синтез OmpF также подавляется высокой температурой. Аналогично, пара EnvZ-OmpR участвует в системе трипептидной пермеазы, которая полностью свободна от осмотического контроля. Однако контроль EnvZ-OmpR над OmpF и OmpC является важным механизмом. [ нужна ссылка ]
Реакция низкой осмолярности
[ редактировать ]Когда осмолярность среды низкая , EnvZ проявляет сравнительно низкую киназную активность (т.е. высокую фосфатазную активность) по отношению к OmpR. Следовательно, количество фосфорилированной формы OmpR в клетках относительно невелико. [ 7 ] В этой конкретной ситуации комплекс OmpR-P кооперативно связывается с F1 , F2 и F3 активаторными сайтами гена ompF и усиливает его транскрипцию . Эти сайты имеют высокое относительное сродство к комплексу OmpR-P по сравнению с C1 , C2 и C3 сайтами активаторов ompC . Следовательно, уровни транскрипции ompC ниже по сравнению с ompF в условиях низкой осмолярности. Это явление объясняется тем фактом, что OmpF имеет больший диаметр пор (1,12 нм), чем OmpC (1,08 нм), что приводит к в 10 раз более высокой скорости диффузии , что обеспечивает селективное преимущество при низкой осмолярности для быстрого удаления дефицитных питательных веществ. [ нужна ссылка ]
Высокая осмолярность
[ редактировать ]В случае высокой осмолярности среды EnvZ активно подвергается аутофосфорилированию, а затем эффективно переносит свои фосфорильные группы на N-концевой принимающий домен OmpR посредством образования комплекса EnvZ-OmpR. По мере увеличения количества фосфорилированных молекул белка OmpR происходят два события: OmpR связывается не только с сайтами связывания с высоким сродством, расположенными выше промотора ompF, но также с одним сайтом связывания с низким сродством. Связывание с этим сайтом с низким сродством приводит к репрессии гена ompF . Кроме того, OmpR связывается с тремя сайтами активатора с низким сродством, расположенными выше промоторов OmpC, в результате чего стимулируется экспрессия гена ompC , и на внешней мембране клетки экспрессируется больше белка-порина OmpC. Кроме того, транскрипция micF антисмысловой мРНК инициируется при высокой осмолярности среды. micF связывается с комплементарной последовательностью мРНК ompF, блокируя ее трансляцию. [ 7 ] Эти два механизма обеспечивают относительно более высокую экспрессию OmpC по сравнению с OmpF в условиях высокой осмолярности среды. [ нужна ссылка ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Айба, Х; Мизуно, Т. (12 февраля 1990 г.). «Фосфорилирование бактериального белка-активатора OmpR протеинкиназой EnvZ стимулирует транскрипцию генов ompF и ompC в Escherichia coli» . Письма ФЭБС . 261 (1): 19–22. Бибкод : 1990FEBSL.261...19A . дои : 10.1016/0014-5793(90)80626-т . ПМИД 2407554 .
- ^ Кай, С.Дж.; Иноуе, М. (5 июля 2002 г.). «Взаимодействие EnvZ-OmpR и осморегуляция в Escherichia coli» . Журнал биологической химии . 277 (27): 24155–61. дои : 10.1074/jbc.m110715200 . ПМИД 11973328 .
- ^ Шривидхья, К.В.; Кришнасвами, Шанкаран (30 ноября 2004 г.). «Имитационная модель переключателя осморегуляции Escherichia coli с использованием системы E-CELL» . БМК Микробиология . 4 : 44. дои : 10.1186/1471-2180-4-44 . ISSN 1471-2180 . ПМЦ 543474 . ПМИД 15571621 .
- ^ Гросс, Р.; Арико, Б.; Раппуоли, Р. (1 ноября 1989 г.). «Семейства бактериальных белков-передатчиков сигналов» . Молекулярная микробиология . 3 (11): 1661–1667. дои : 10.1111/j.1365-2958.1989.tb00152.x . ISSN 1365-2958 . ПМИД 2559300 .
- ^ Jump up to: а б Ван, Лоо Чиен; Морган, Лесли К.; Годакумбура, Пахан; Кенни, Линда Дж.; Ананд, Ганеш С. (30 мая 2012 г.). «Гистидинкиназа EnvZ внутренней мембраны определяет осмоляльность посредством переходов спираль-спираль в цитоплазме» . Журнал ЭМБО . 31 (11): 2648–2659. дои : 10.1038/emboj.2012.99 . ISSN 0261-4189 . ПМЦ 3365433 . ПМИД 22543870 .
- ^ Jump up to: а б Фу, Ён Хви; Гао, Юньфэн; Чжан, Хунфан; Кенни, Линда Дж. (01 сентября 2015 г.). «Цитоплазматическое зондирование гистидинкиназой EnvZ внутренней мембраны» . Прогресс биофизики и молекулярной биологии . Механизм трансмембранной передачи сигналов. 118 (3): 119–129. doi : 10.1016/j.pbiomolbio.2015.04.005 . ПМК 5080436 . ПМИД 25937465 .
- ^ Jump up to: а б с Эггер, Луизиана; Парк, Х.; Иноуе, М. (1 марта 1997 г.). «Передача сигнала через гистидил-аспартил фосфореле» . Гены в клетках: посвящены молекулярным и клеточным механизмам . 2 (3): 167–184. дои : 10.1046/j.1365-2443.1997.d01-311.x . ISSN 1356-9597 . ПМИД 9189755 .