EF рука

EF рука
Структура рекомбинантного Paramecium тетраурелия кальмодулина .
Идентификаторы
Символ	Эфханд
Пфам	PF00036
ИнтерПро	ИПР002048
PROSITE	PDOC00018
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 2	1оса / СКОПе / СУПФАМ
CDD	cd00051
показывать Доступные белковые структуры: Pfam   structures / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum structure summary

Рука EF представляет собой спираль-петля-спираль, структурный домен или мотив обнаруженный в большом семействе кальций-связывающих белков .

Мотив EF-рука содержит топологию спираль-петля-спираль, очень похожую на растопыренный большой и указательный пальцы человеческой руки, в которой Ca ²⁺ ионы координируются лигандами внутри петли. Мотив получил свое название от традиционной номенклатуры , используемой при описании белка парвальбумина , который содержит три таких мотива и, вероятно, участвует в мышечной релаксации посредством своей кальцийсвязывающей активности.

EF-рука состоит из двух альфа-спиралей, соединенных короткой петлей (обычно около 12 аминокислот ), которая обычно связывает ионы кальция . EF-руки также появляются в каждом структурном домене сигнального белка кальмодулина и в мышечном белке тропонине-С .

Сайт связывания ионов кальция

EF-рука Ca ²⁺ связующий мотив.

Ион кальция координирован в пятиугольной бипирамидальной конфигурации. Шесть остатков, участвующих в связывании, находятся в положениях 1, 3, 5, 7, 9 и 12; эти остатки обозначены X, Y, Z, -Y, -X и -Z. Инвариант Glu или Asp в положении 12 обеспечивает два атома кислорода для лигандирования кальция (бидентатный лиганд).

Ион кальция связан как с атомами основной цепи белка, аминокислот так и с боковыми цепями , особенно анионных аминокислотных остатков аспартата и глутамата . Эти остатки заряжены отрицательно и будут взаимодействовать с положительно заряженным ионом кальция. Мотив руки EF был одним из первых структурных мотивов, требования к последовательности которых были подробно проанализированы. Пять остатков петли связывают кальций и, таким образом, отдают предпочтение кислородсодержащим боковым цепям, особенно аспартату и глутамату. Шестой остаток в петле обязательно представляет собой глицин из-за конформационных требований основной цепи. Остальные остатки обычно гидрофобны и образуют гидрофобное ядро , которое связывает и стабилизирует две спирали.

При связывании с Ca ²⁺ , этот мотив может претерпевать конформационные изменения, которые позволяют Ca ²⁺ -регулируемые функции, как видно из Ca ²⁺ эффекторы, такие как кальмодулин (CaM) и тропонин C (TnC) и Ca ²⁺ буферы, такие как кальретикулин и кальбиндин D9k . В то время как большинство известных кальций-связывающих белков (CaBP) EF-hand содержат парные мотивы EF-hand, CaBP с одиночными EF-руками также были обнаружены как у бактерий, так и у эукариот. Кроме того, у ряда бактерий обнаружены «мотивы, подобные EF-руке». Хотя координационные свойства остаются сходными с каноническим мотивом EF-hand спираль-петля-спираль из 29 остатков, EF-hand-подобные мотивы отличаются от EF-hand тем, что они содержат отклонения во вторичной структуре фланкирующих последовательностей и/или изменение длины Ca ²⁺ - координационная петля.

Руки EF обладают очень высокой селективностью в отношении кальция. Например, константа диссоциации альфа- парвальбумина для Ca ²⁺ в ~1000 раз ниже, чем для аналогичного иона Mg ²⁺ . Такая высокая селективность обусловлена ​​относительно жесткой координационной геометрией, наличием множества заряженных боковых цепей аминокислот в месте связывания, а также свойствами сольватации ионов.

Прогноз

Краткое изложение подписей мотивов, используемых для предсказания EF-рук.

Поиск шаблона (подписи мотива) - один из наиболее простых способов прогнозирования непрерывного EF-рука Ca. ²⁺ -сайты связывания в белках. На основе результатов выравнивания последовательностей канонических мотивов EF-hand, особенно консервативных боковых цепей, непосредственно участвующих в Ca. ²⁺ шаблон PS50222 связывания, был создан для прогнозирования канонических сайтов EF-hand. Серверы прогнозов можно найти в разделе внешних ссылок.

Классификация

С момента определения мотива EF-hand в 1973 году семейство белков EF-hand расширилось и теперь включает по меньшей мере 66 подсемейств. Мотивы EF-рук делятся на две основные структурные группы:

• Канонические EF-руки , наблюдаемые в кальмодулине (CaM) и прокариотическом CaM-подобном белке калеритрине. Каноническая петля EF-hand из 12 остатков связывает Ca ²⁺ главным образом через карбоксилаты или карбонилы боковой цепи (положения петлевой последовательности 1, 3, 5, 12). Остаток на оси –X координирует Ca ²⁺ иона через мостиковую молекулу воды. Петля EF-hand имеет бидентатный лиганд (Glu или Asp) на оси –Z.
• Псевдо-EF-руки встречаются исключительно на N-концах S100 и S100-подобных белков. Петля псевдоEF-hand из 14 остатков хелатирует Ca ²⁺ преимущественно через карбонилы основной цепи (положения 1, 4, 6, 9).

Филогенетическое древо семейства белков EF-hand.

Дополнительные моменты:

• EF-hand-подобные белки с разнообразными фланкирующими структурными элементами вокруг Ca ²⁺ -связывающая петля обнаружена у бактерий и вирусов. Эти прокариотические EF-hand-подобные белки широко вовлечены в Ca. ²⁺ передача сигналов и гомеостаз у бактерий. Они содержат гибкие отрезки Ca ²⁺ - петли для вязания, отличающиеся от мотивов EF-hand. Однако их координационные свойства напоминают классические мотивы EF-hand.
  • Например, полунепрерывный Ca ²⁺ -Связывающий сайт в D -галактозосвязывающем белке (GBP) содержит петлю из девяти остатков. Калифорния ²⁺ Ион координируется семью атомами кислорода белка, пять из которых принадлежат петле, имитирующей каноническую EF-петлю, тогда как два других принадлежат карбоксилатной группе отдаленного Glu.
  • Другой пример — новый домен под названием Экскалибур (внеклеточный Ca ²⁺ -связывающая область), выделенных из Bacillus subtilis . Этот домен имеет консервативный Ca из 10 остатков. ²⁺ -связывающая петля поразительно похожа на каноническую петлю EF-hand из 12 остатков.
  • Разнообразие структуры фланкирующей области иллюстрируется обнаружением EF-hand-подобных доменов в бактериальных белках. Например, структура спираль-петля-цепь вместо структуры спираль-петля-спираль имеется в периплазматическом галактозосвязывающем белке ( Salmonella typhimurium , PDB : 1gcg ) или альгинатсвязывающем белке ( Sphingomonas sp ., 1kwh ); входящая спираль отсутствует у защитного антигена ( Bacillus anthracis , 1acc ) или докерина ( Clostridium thermocellum , 1daq ).

Среди всех структур, о которых сообщалось на сегодняшний день, большинство мотивов EF-руки спарены либо между двумя каноническими, либо между одним псевдо- и одним каноническим мотивом. Для белков с нечетным числом EF-рук, таких как пента-EF-рука кальпаин, мотивы EF-рук соединялись посредством гомо- или гетеродимеризации. Недавно обнаруженная EF-рука, содержащая ER Ca. ²⁺ Было показано, что сенсорный белок, молекулы стромального взаимодействия 1 и 2 (STIM1, STIM2), содержит Ca ²⁺ -связывающий канонический мотив EF-руки, который сочетается с непосредственным, последующим атипичным «скрытым» не-Ca ²⁺ -связывание EF-руки. Одиночные мотивы EF-hand могут служить модулями стыковки белков: например, одиночная EF-рука в белках NKD1 и NKD2 связывает белки Disheveled (DVL1, DVL2, DVL3).

Функционально EF-руки можно разделить на два класса:

1. сигнальные белки
2. буферные/транспортные белки.

Первая группа является самой крупной и включает в себя наиболее известные представители семейства, такие как кальмодулин, тропонин С и S100B. Эти белки обычно претерпевают кальций-зависимые конформационные изменения, которые открывают целевой сайт связывания. Последняя группа представлена ​​кальбиндином D9k и эти белки не претерпевают кальцийзависимых конформационных изменений.

Подсемейства

• Домен гомологии EPS15 (EH) – InterPro : IPR000261

Примеры

Экворин

Экворин представляет собой кальцийсвязывающий белок (CaBP), выделенный из книдарий Aequorea victoria . Экворин принадлежит к семейству CaBP EF-hand с петлями EF-hand, которые тесно связаны с CaBP у млекопитающих. Кроме того, экворин уже много лет используется в качестве индикатора Ca. ²⁺ и было показано, что он безопасен и хорошо переносится клетками. Экворин состоит из двух компонентов – кальцийсвязывающего компонента апоаекворина (AQ) и хемилюминесцентной молекулы целентеразина . Часть AQ этого белка содержит кальцийсвязывающие домены EF-hand.

Белки человека

Белки человека, содержащие этот домен, включают:

• АКТН1 ; АКТН2 ; АКТН3 ; АКТН4 ; APBA2BP ; АЙТЛ1 ; АЙТЛ2
• C14orf143 ; САВР1 ; САВР2 ; САВР3 ; САВР4 ; САВР5 ; CABP7 ; КАЛБ1 ; КАЛБ2 ; СПОКОЙНО2 ; СПОКОЙНО3 ; КАЛМЛ3 ; КАЛМЛ4 ; КАЛМЛ5 ; КАЛМЛ6 ; КАЛН1 ; КАЛУ ; КАПН1 ; КАПН11 ; КАПН2 ; КАПН3 ; КАПН9 ; КАПНС1 ; КАПНС2 ; ЗАГЛАВНЫЕ ; КАПС2 ; КАПСЛ ; КБАРА1 ; ЦЕТН1 ; ЦЕТН2 ; ЦЕТН3 ; ТЭЦ ; ТЭЦ2 ; КИБ1 ; КИБ2 ; КИБ3 ; КИБ4 ; ЦРНН
• ДГКА ; ДГКБ ; ДГКГ ; летнее время ; ДУОКС1 ; ДУОКС2
• ЕФКАБ1 ; ЕФКАБ2 ; ЕФКАБ4А ; EFCAB4B ; ЕФКАБ6 ; ЕФКБП1 ; ЕФКБП2 ; ЕФХА1 ; ЕФХА2 ; ЭФХБ ; ЭФХК1 ; ЭФХД1 ; ЭФХД2 ; EPS15 ; ЭПС15Л1
• ФКБП10 ; ФКБП14 ; ФКБП7 ; ФКБП9 ; ФКБП9Л ; ЧАСТОТА ; ФСТЛ1 ; ФСТЛ5
• ГКА ; ГПД2 ; ГУЦА1А ; ГУКА1Б ; GUCA1C
• гиппокальцин ; HPCAL1 ; HPCAL4 ; ХЗГЖ
• ИФПС ; ИТСН1 ; ИТСН2 ; КЦНИП1 ; КЦНИП2 ; КЦНИП3 ; КЦНИП4 ; КИАА1799
• ЛКП1
• МАКФ1 ; МРЛЦ2 ; МРЛЦ3 ; МСТ133 ; МИЛ1 ; МИЛ2 ; МИЛ5 ; МИЛ6Б ; МИЛ7 ; МИЛ9 ; МИЛК2ПЛ ; МИЛПФ
• НКАЛД ; НИН ; НКД1 ; НКД2 ; НЛП ; НОКС5 ; НУСБ1 ; НУСБ2
• ОКМ
• ПДКД6 ; ПЭФ1 ; ПКД2 ; ПЛКД1 ; ПЛКД4 ; ПЛЧ1 ; ПЛЧ2 ; ПЛС1 ; ПЛС3 ; ПП1187 ; ППЭФ1 ; ППЭФ2 ; ППП3Р1 ; ППП3Р2 ; ПРККШ ; ПВАЛБ
• РАБ11ФИП3 ; РАСЕФ ; РАСГРП ; РАСГРП1 ; РАСГРП2 ; РАСГРП3 ; РЦН1 ; РЦН2 ; РЦН3 ; РКВ1 ; РКВРН ; РЕПС1 ; РХБДЛ3 ; РОТ1 ; РОТ2 ; РПТН ; РИР2 ; РИР3
• С100А1 ; С100А11 ; С100А12 ; С100А6 ; С100А8 ; С100А9 ; С100Б ; С100Г ; С100З ; СКАМЦ-2 ; СКГН ; СКН5А ; СДФ4 ; СЛК25А12 ; СЛК25А13 ; СЛК25А23 ; СЛК25А24 ; СЛК25А25 ; СПАТА21 ; ЗИП1 ; СПТАН1 ; НИИ
• ТБС1D9 ; ТБС1D9B ; ТЧХ ; ТЭСК ; ТННК1 ; ТННК2
• USP32
• ВСНЛ1
• ЗЗЕФ1

См. также

• Другим отличительным кальций-связывающим мотивом, состоящим из альфа-спиралей, является домен докерина .

Дальнейшее чтение

• Брэнден С., Туз Дж. (1999). «Глава 2: Мотивы структуры белка». Введение в структуру белка . Нью-Йорк: Паб Garland. стр. 24–25. ISBN  0-8153-2305-0 .
• Накаяма С., Крецингер Р.Х. (1994). «Эволюция семейства белков EF-hand». Annu Rev Biophys Biomol Struct . 23 : 473–507. дои : 10.1146/annurev.bb.23.060194.002353 . ПМИД   7919790 .
• Чжоу Ю, Ян В., Кирбергер М., Ли Х.В., Аяласомаяджула Г., Ян Дж.Дж. (ноябрь 2006 г.). «Прогнозирование кальцийсвязывающих белков EF-руки и анализ бактериальных белков EF-руки». Белки . 65 (3): 643–55. дои : 10.1002/прот.21139 . ПМИД   16981205 . S2CID   8904181 .
• Чжоу Ю, Фрей Т.К., Ян Дж.Дж. (июль 2009 г.). «Вирусная кальциомика: взаимодействие между Ca2+ и вирусом» . Клеточный кальций . 46 (1): 1–17. дои : 10.1016/j.ceca.2009.05.005 . ПМК   3449087 . ПМИД   19535138 .
• Накаяма С., Монкриф Н.Д., Крецингер Р.Х. (май 1992 г.). «Эволюция белков, модулированных кальцием EF-hand. II. Домены нескольких подсемейств имеют разнообразную эволюционную историю». Дж. Мол. Эвол . 34 (5): 416–48. дои : 10.1007/BF00162998 . ПМИД   1602495 . S2CID   34614223 .
• Хог CW, Макманус Дж.П., Банвиль Д., Сабо А.Г. (июль 1992 г.). «Сравнение усиления люминесценции тербия (III) у мутантов EF-белков, связывающих кальций» . Ж. Биол. Хим . 267 (19): 13340–7. дои : 10.1016/S0021-9258(18)42216-8 . ПМИД   1618836 .
• Байрох А., Кокс Дж.А. (сентябрь 1990 г.). «Мотивы EF-hand в инозитолфосфолипид-специфической фосфолипазе C» . ФЭБС Летт . 269 ​​(2): 454–6. дои : 10.1016/0014-5793(90)81214-9 . ПМИД   2401372 .
• Финн Б.Е., Форсен С. (январь 1995 г.). «Развивающаяся модель структуры, функции и активации кальмодулина» . Структура . 3 (1): 7–11. дои : 10.1016/S0969-2126(01)00130-7 . ПМИД   7743133 .
• Статопулос П.Б., Чжэн Л., Ли Г.Ю., Плевин М.Дж., Икура М. (октябрь 2008 г.). «Структурное и механистическое понимание STIM1-опосредованной инициации поступления кальция в депо» . Клетка . 135 (1): 110–22. дои : 10.1016/j.cell.2008.08.006 . ПМИД   18854159 .
• Нельсон М.Р., Тулин Э., Фаган П.А., Форсен С., Чазин В.Дж. (февраль 2002 г.). «Домен EF-hand: глобально кооперативная структурная единица» . Белковая наука . 11 (2): 198–205. дои : 10.1110/ps.33302 . ПМЦ   2373453 . ПМИД   11790829 .

Внешние ссылки

• ресурсов Eukaryotic Linear Motif Класс мотивов LIG_EH_1
• ресурсов Eukaryotic Linear Motif Класс мотивов LIG_IQ
• ресурса Eukaryotic Linear Motif Класс мотива DOC_PP2B_LxvP_1
• ресурсов Eukaryotic Linear Motif Класс мотивов LIG_IQ
• Нельсон М., Чазин В. «Библиотека данных EF-Hand по кальцийсвязывающим белкам» . Университет Вандербильта . Проверено 29 августа 2009 г.
• Хайек Дж. «База данных белков EF-hand (EF-handome)» . Европейское кальциевое общество и Свободный университет Брюсселя . Проверено 29 августа 2009 г. по запросу на [email protected]
• Ян Дж. «Кальциомика» . Государственный университет Джорджии. Архивировано из оригинала 12 октября 2009 г. Проверено 29 августа 2009 г. сервер прогнозирования для кальцийсвязывающих белков EF-hand