группа E
GrpE ( Gro-P- подобный белок E) представляет собой бактериальный фактор обмена нуклеотидов , который важен для регуляции механизма сворачивания белка , а также реакции на тепловой шок . [ 1 ] Это белок, индуцируемый нагреванием, и во время стресса он предотвращает накопление развернутых белков в цитоплазме . [ 2 ] [ 3 ] Накопление развернутых белков в цитоплазме может привести к гибели клеток. [ 4 ]
| GrpE-белок | |||
|---|---|---|---|
 Кристаллическая структура гомодимера GrpE, взаимодействующего с сайтом связывания АТФазы DnaK, разрешена при 2,8 ангстрем. | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | группа E | ||
| Пфам | PF01025 | ||
| ИнтерПро | IPR000740 | ||
| PROSITE | PS01071 | ||
| ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 2 | 1дкг / ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ / СУПФАМ | ||
| CDD | cd00446 | ||
| |||
Открытие
[ редактировать ]GrpE — это фактор обмена нуклеотидов, который был впервые обнаружен исследователями в 1977 году как белок, необходимый для размножения бактериофага λ , вируса, который заражает бактерии, захватывая механизм репликации бактерий. [ 5 ] в Эшерихии коли . [ 6 ] Используя генетический экран, исследователи удалили определенные гены у E. coli , а затем проверили, способны ли бактерии размножаться, выяснилось, что GrpE имеет решающее значение для размножения. С тех пор GrpE был идентифицирован у всех бактерий и архей, где DnaK и DnaJ . присутствуют [ 7 ]
Кристаллическая структура GrpE была определена в 1997 году при 2,8 Ангстрем и идентифицировала GrpE как гомодимер, который связывает DnaK, белок теплового шока, участвующий в сворачивании белка de novo . [ 8 ] Определение структуры GrpE было важно, поскольку оно продемонстрировало взаимодействие факторов обмена нуклеотидов в нуклеотидсвязывающем домене DnaK. [ 9 ]
Структура
[ редактировать ]Функциональные домены
[ редактировать ]Годимер GrpE имеет три отдельных домена:
- N-концевые неупорядоченные области. Аминокислоты 1–33 в N-концевом домене могут конкурировать за связывание с субстратсвязывающей щелью DnaK. [ 9 ] Аминокислоты 34–39 не были визуализированы, поскольку они либо слишком разупорядочены, либо слишком неструктурированы для кристаллизации. [ 2 ]
- α-спирали . Существует четыре α-спирали, две короткие и две длинные, они имеют стебельчатую форму и параллельны друг другу. Эти спирали собираются вместе, образуя спиральный пучок, однако суперспиральное скручивание отсутствует из-за гептадно-геденкадного (7-11-7-11) расстояния между гидрофобными остатками в этих спиралях. [ 3 ] Части этого спирального пучка способны связываться с доменом IIB DnaK. Эти спирали также действуют как термосенсоры. [ 10 ] [ 11 ]
- С-концевые β-листы . Есть два компактных β-листа, которые торчат из спиралей, как руки. β-лист, проксимальный к DnaK, напрямую взаимодействует с его АТФ-связывающей щелью, внедряясь в щель и вызывая конформационный сдвиг в домене IIB, вызывающий высвобождение АДФ. [ 12 ] Дистальный β-лист не взаимодействует с DnaK. [ 2 ] [ 3 ]
Связывание вызывает конформационные изменения
[ редактировать ]Связывание проксимального β-листа GrpE с доменом IIB DnaK вызывает поворот нуклеотидсвязывающей щели на 14 ° наружу, нарушая связывание трех боковых цепей с адениновым и рибозным кольцами нуклеотида. Это конформационное изменение переводит DnaK из закрытой в открытую конформацию и позволяет высвободить ADP из связывающей щели. [ 12 ]
Функция
[ редактировать ]Нуклеотидный обменный фактор
[ редактировать ]Факторы обмена нуклеотидов — это белки, которые катализируют высвобождение аденозиндифосфата (АДФ) для облегчения связывания аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ имеет три фосфатные группы, и удаление одной из фосфатных групп высвобождает энергию, которая используется для поддержания реакции. Удаление фосфатной группы превращает АТФ в АДФ. [ 13 ] GrpE представляет собой фактор обмена нуклеотидов, который вызывает высвобождение связанного АДФ из DnaK, белка теплового шока, важного для сворачивания белков de novo . DnaK в своей открытой конформации связывает АТФ с низким сродством и имеет высокую скорость обмена для развернутых белков. Как только кошаперон DnaJ переносит развернутый белок в DnaK, АТФ гидролизуется до АДФ, что облегчает сворачивание белка. На данный момент комплекс DnaK•ADP находится в стабильной конформации и требует, чтобы GrpE связал DnaK, изменил его конформацию и высвободил ADP из N-концевого АТФазного домена DnaK. Как только АДФ высвобождается из цикла, он может продолжаться. [ 11 ] [ 10 ]
Кинетика
[ редактировать ]Взаимодействие между GrpE и нуклеотидсвязывающей щелью DnaK является сильным с K d от 1 нМ (оценивается во время активной конформации с использованием переходной кинетики ) до K d 30 нМ (на основе неактивной конформации посредством поверхностного плазмонного резонанса ). [ 3 ] Эта низкая константа диссоциации указывает на то, что GrpE легко связывается с DnaK. [ 16 ] Связывание GrpE с DnaK•ADP значительно снижает сродство ADP к DnaK в 200 раз и ускоряет скорость высвобождения нуклеотидов в 5000 раз. Этот процесс облегчает de novo с помощью DnaK. сворачивание развернутого белка [ 3 ] [ 11 ]
Складывание белка
[ редактировать ]GrpE также играет важную роль в высвобождении субстрата из DnaK. [ 3 ] Неупорядоченная N-концевая область GrpE конкурирует за связывание с щелью, связывающей субстрат DnaK. Исследователи мутировали GrpE, чтобы определить функцию его структурных доменов. Мутировавший GrpE без своего неупорядоченного N-концевого домена все еще способен связываться с нуклеотидсвязывающей щелью DnaK и вызывать конформационные изменения, однако субстрат не высвобождается. [ 9 ]
Термодатчик
[ редактировать ]GrpE является фактором обмена нуклеотидов для DnaK, белка теплового шока, его активность снижается с повышением температуры. [ 2 ] В биологии обратимое разворачивание α-спиралей начинается при 35 °C со средней точкой T m 50 °C. Это разворачивание влияет на структурную целостность GrpE и предотвращает связывание GrpE с нуклеотидсвязывающей щелью DnaK. Это играет важную физиологическую роль. ограничить круговорот субстрата и последующий расход АТФ во время теплового стресса. Терморегуляция DnaK замедляет сворачивание белков и предотвращает накопление развернутых белков в цитоплазме при высоких температурах. [ 3 ] [ 11 ] [ 10 ]
Репликация бактериофага λ
[ редактировать ]GrpE был впервые идентифицирован из-за его роли в репликации фага λ. [ 6 ] GrpE, мутировавший так, что он стал нефункциональным, предотвращает репликацию фага λ in vivo и значительно снижает репликацию in vitro . in vitro Сверхэкспрессия DnaK может восстановить репликацию фага λ без GrpE. Основная роль GrpE в репликации фага λ заключается в начале репликации, после сборки DnaB и других факторов репликации GrpE способствует двунаправленному раскручиванию ДНК посредством взаимодействия с DnaK. [ 17 ]
Регулирование
[ редактировать ]Транскрипция
[ редактировать ]В геноме архей ген GrpE расположен выше гена DnaK, который находится выше гена DnaJ. Из этих трех белков только промоторная область GrpE имеет полный ТАТА-связывающий бокс и расположенный выше термочувствительный сайт связывания. Это позволяет предположить, что у архей эти три гена транскрибируются одновременно. [ 7 ]
В E. coli специфичной для теплового шока транскрипция GrpE регулируется путем связывания субъединицы РНК-полимеразы, , σ. 32 . [ 18 ] В физиологических условиях σ 32 сохраняется на низком уровне за счет инактивации при взаимодействии с DnaK и DnaJ, а затем последующей деградации протеазами . Однако во время теплового шока эти белки не могут взаимодействовать с σ 32 и направить его на деградацию. Следовательно, во время теплового шока σ 32 связывается с промоторной областью белков теплового шока и вызывает быструю индукцию этих генов. [ 19 ]
Другие биологические системы
[ редактировать ]Гомологи эукариот
[ редактировать ]У Saccharomyces cerevisiae гомолог GrpE, Mge1, обнаружен в митохондриях . [ 20 ] Mge1 является фактором обмена нуклеотидов, важным для перемещения белков через митохондриальные мембраны и для сворачивания белков. Он взаимодействует с дрожжевым гомологом DnaK. Mge1 выполняет аналогичную роль термодатчика. [ 20 ] Дрожжи имеют дополнительные гомологи GrpE, включая Sil1p и Fes1p. [ 21 ] У человека митохондриальные органеллы содержат белок GrpE-подобный 1 (GRPEL1). [ 22 ]
В эукариотических клетках существует множество дополнительных эукариотических гомологов GrpE. [ 21 ] Члены семейства BAG, в частности, BAG1, являются основными факторами обмена нуклеотидов для белка теплового шока 70 кДа (Hsp70), который является эукариотическим эквивалентом DnaK. Другие факторы нуклеотидного обмена, которые взаимодействуют с белками теплового шока у эукариот, включают Sse1p, Sil1p, Hip и HspBP1 . [ 2 ] [ 21 ] Все эти эукариотические факторы обмена нуклеотидов индуцируются тепловым шоком, что означает, что они выполняют ту же функцию, что и GrpE, защищая клетку от развернутой агрегации белков. Эти факторы нуклеотидного обмена всегда взаимодействуют с субдоменом IIB нуклеотидсвязывающей щели соответствующих белков теплового шока. Связывание фактора нуклеотидного обмена с нуклеотидсвязывающей щелью и переход к открытой конформации законсервированы между прокариотами и эукариотами. [ 2 ] [ 23 ]
Растительные гомологи
[ редактировать ]У растений гомологи GrpE, CGE1 и CGE2, обнаружены в хлоропластах . CGE1 имеет две изоформы сплайсинга, которые различаются 6 аминокислотами на N-конце, причем изоформа CGE1b на 6 нуклеотидов длиннее, чем CGE1a. Этот N-концевой домен важен для высвобождения субстрата посредством конкурентного связывания с белком теплового шока. Все эти факторы обмена нуклеотидов растений напрямую взаимодействуют с cpHsc70, растительным гомологом DnaK. Они индуцируются нагреванием, однако при 43 ° C они не так эффективны, как GrpE, в защите клетки от накопления развернутого белка. [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]
Роль в болезни
[ редактировать ]Бактериальный патогенез
[ редактировать ]Энтерококки – это бактерии, которые обычно встречаются в желудочно-кишечном тракте животных, включая человека. [ 27 ] Эти бактерии могут образовывать биопленку , представляющую собой слой бактерий, прикрепленный к поверхности. [ 28 ] [ 27 ] Энтерококковая биопленка широко распространена в больницах и хирургических учреждениях, она является причиной 25% катетер-ассоциированных инфекций. [ 27 ] обнаруживается в 50% пломбированных зубов с апикальным периодонтитом , [ 28 ] и могут быть изолированы от других ран. [ 27 ] GrpE обнаружен в геноме Enterococcus faecilis и Enterococcus faecium и имеет решающее значение для прикрепления энтерококковой биопленки к полистироловым трубкам. [ 29 ] пластиковый полимер, обычно используемый в больницах. [ 30 ]
группы А Streptococcus pyogenes — это бактерия, которая может вызывать распространенные инфекции, включая фарингит и импетиго , но также ответственна за опасные для жизни инфекции. [ 31 ] [ 32 ] Во время инфекции GrpE помогает бактериям стрептококка прикрепляться к эпителиальным клеткам глотки . [ 32 ] GrpE стрептококка связывается с эндогенными богатыми пролином белками слюны, обеспечивая адгезию бактерий к хозяину. [ 32 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Делани Дж.М. Мутант grpE Escherichia coli более устойчив к нагреванию, чем дикий тип. J Gen Микробиол. 1990;136(5):797-801. дои: 10.1099/00221287-136-5-797
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Брейчер А., Вергезе Дж. (07.04.2015). «Факторы обмена нуклеотидов молекулярных шаперонов Hsp70» . Границы молекулярных биологических наук . 2:10 . doi : 10.3389/fmolb.2015.00010 . ПМЦ 4753570 . ПМИД 26913285 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Харрисон С. (2003). «GrpE, фактор обмена нуклеотидов для DnaK» . Клеточные стрессы и шапероны . 8 (3): 218–24. ПМК 514874 . ПМИД 14984054 .
- ^ Рихтер К., Хаслбек М., Бюхнер Дж. (октябрь 2010 г.). «Реакция на тепловой шок: жизнь на грани смерти» . Молекулярная клетка . 40 (2): 253–66. doi : 10.1016/j.molcel.2010.10.006 . ПМИД 20965420 .
- ^ Гриффитс А.Дж., Миллер Дж.Х., Сузуки Д.Т., Левонтин Р.К., Гелбарт В.М. (2000). «Лямбда-фаг: комплекс оперонов» . Введение в генетический анализ. (7-е изд.). WH Фриман и компания.
- ^ Перейти обратно: а б Сайто Х., Учида Х. (июнь 1977 г.). «Инициация репликации ДНК бактериофага лямбда в Escherichia coli K12». Журнал молекулярной биологии . 113 (1): 1–25. дои : 10.1016/0022-2836(77)90038-9 . ПМИД 328896 .
- ^ Перейти обратно: а б Хики Эй Джей, Конвей де Макарио Э, Макарио Эй Джей (январь 2002 г.). «Транкрипция в архее: базальные факторы, регуляция и экспрессия генов стресса». Критические обзоры по биохимии и молекулярной биологии . 37 (4): 199–258. дои : 10.1080/10409230290771500 . ПМИД 12236465 . S2CID 9789015 .
- ^ Харрисон Си Джей, Хайер-Хартл М, Ди Либерто М, Хартл Ф, Куриян Дж (апрель 1997 г.). «Кристаллическая структура фактора нуклеотидного обмена GrpE, связанного с АТФазным доменом молекулярного шаперона DnaK». Наука . 276 (5311): 431–5. дои : 10.1126/science.276.5311.431 . ПМИД 9103205 .
- ^ Перейти обратно: а б с Бродский Ю.Л., Брахер А. (2013). Факторы нуклеотидного обмена для молекулярных шаперонов Hsp70 . Ландес Бионаука.
- ^ Перейти обратно: а б с Винтер Дж., Якоб У (январь 2004 г.). «Помимо транскрипции - новые механизмы регуляции молекулярных шаперонов». Критические обзоры по биохимии и молекулярной биологии . 39 (5–6): 297–317. дои : 10.1080/10409230490900658 . ПМИД 15763707 . S2CID 11960744 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Бхандари В., Хури, Вашингтон (2015). «Сети взаимодействия субстрата шаперонов Escherichia coli: триггерный фактор, DnaK и GroEL». Биология прокариотических систем . Достижения экспериментальной медицины и биологии. Том. 883. стр. 271–94. дои : 10.1007/978-3-319-23603-2_15 . ISBN 978-3-319-23602-5 . ПМИД 26621473 .
- ^ Перейти обратно: а б Блатч Г.Л., Эдкинс А.Л. (8 декабря 2014 г.). Сеть шаперонов с помощью кошаперонов: контроль гомеостаза клеточных белков . Чам. ISBN 9783319117317 . OCLC 898028354 .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Маркес, Хуберт; Цветы, Джесса; Ким, Эми Хеин; Животные, Баялагмаа; Нгуен, Ань Тхи Туен; Пак, Нами; Хан, Джин (06 декабря 2019 г.). «Спасение дисфункции цикла ТСА для терапии рака» . Журнал клинической медицины . 8 12):2161.doi : ( 10.3390/jcm8122161 . ISSN 2077-0383 . ПМЦ 6947145 . ПМИД 31817761 .
- ^ Каллони Дж., Чен Т., Шерманн С.М., Чанг Х.К., Женеву П., Агостини Ф. и др. (март 2012 г.). «DnaK функционирует как центральный узел в сети шаперонов E. coli» . Отчеты по ячейкам . 1 (3): 251–64. дои : 10.1016/j.celrep.2011.12.007 . HDL : 10230/24950 . ПМИД 22832197 .
- ^ Биология прокариотических систем . Кроган, Неван Дж., Бабу, Мохан. Чам. 2015-11-30. ISBN 978-3-319-23603-2 . OCLC 930781755 .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) CS1 maint: другие ( ссылка ) - ^ Биссвангер Х (2008). Кинетика ферментов: принципы и методы (2-е изд. и обновленное изд.). Вайнхайм: Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-31957-2 . OCLC 225406378 .
- ^ Вайман С., Василикиотис С., Анг Д., Георгопулос С., Эколс Х. (ноябрь 1993 г.). «Функция белка теплового шока GrpE в двунаправленном раскручивании и репликации от начала фага лямбда» . Журнал биологической химии . 268 (33): 25192–6. дои : 10.1016/S0021-9258(19)74587-6 . ПМИД 8227083 .
- ^ Арсен Ф., Томоясу Т., Букау Б. (апрель 2000 г.). «Реакция на тепловой шок Escherichia coli». Международный журнал пищевой микробиологии . 55 (1–3): 3–9. дои : 10.1016/s0168-1605(00)00206-3 . ПМИД 10791710 .
- ^ Томоясу Т., Огура Т., Тацута Т., Букау Б. (ноябрь 1998 г.). «Уровни DnaK и DnaJ обеспечивают жесткий контроль экспрессии генов теплового шока и восстановления белков в Escherichia coli» . Молекулярная микробиология . 30 (3): 567–81. дои : 10.1046/j.1365-2958.1998.01090.x . ПМИД 9822822 . S2CID 44947369 .
- ^ Перейти обратно: а б Моро Ф., Муга А. (май 2006 г.). «Термическая адаптация дрожжевой митохондриальной системы Hsp70 регулируется обратимым развертыванием ее фактора обмена нуклеотидов». Журнал молекулярной биологии . 358 (5): 1367–77. дои : 10.1016/j.jmb.2006.03.027 . ПМИД 16600294 .
- ^ Перейти обратно: а б с Сеть шаперонов с помощью кошаперонов: контроль гомеостаза клеточных белков . Блатч, Грегори Л., Эдкинс, Эдриенн Лесли. Чам. 08.12.2014. ISBN 978-3-319-11731-7 . OCLC 898028354 .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) CS1 maint: другие ( ссылка ) - ^ Маккензи Дж. А., Пейн Р. М. (май 2007 г.). «Импорт митохондриального белка, здоровье и болезни человека» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Молекулярные основы болезней . 1772 (5): 509–23. дои : 10.1016/j.bbadis.2006.12.002 . ПМК 2702852 . ПМИД 17300922 .
- ^ Деккер П.Дж., Пфаннер Н. (июль 1997 г.). «Роль митохондриального GrpE и фосфата в АТФазном цикле матриксного Hsp70». Журнал молекулярной биологии . 270 (3): 321–7. дои : 10.1006/jmbi.1997.1131 . ПМИД 9237899 .
- ^ де Луна-Вальдес Л.А., Вильясеньор-Сальмерон С.И., Кордова Е., Вера-Эстрелья Р., Леон-Мехия П., Гевара-Гарсия А.А. (июнь 2019 г.). «Функциональный анализ белков хлоропластов GrpE (CGE) Arabidopsis thaliana». Физиология и биохимия растений . 139 : 293–306. дои : 10.1016/j.plaphy.2019.03.027 . ПМИД 30927692 . S2CID 88523372 .
- ^ Шрода М., Валлон О., Уайтлегг Дж.П., Бек К.Ф., Уоллман Ф.А. (декабрь 2001 г.). «Хлорпластический гомолог GrpE хламидомонады: две изоформы, полученные путем дифференциального сплайсинга» . Растительная клетка . 13 (12): 2823–39. дои : 10.1105/tpc.010202 . ПМК 139491 . ПМИД 11752390 .
- ^ Виллмунд Ф., Мюльхаус Т., Войцеховска М., Шрода М. (апрель 2007 г.). «NH2-концевой домен гомолога CGE1 хлоропласта GrpE необходим для димеризации и функции кошаперона in vivo» . Журнал биологической химии . 282 (15): 11317–28. дои : 10.1074/jbc.M608854200 . ПМИД 17289679 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Чнг Дж.Х., Чонг К.К., Лам Л.Н., Вонг Дж.Дж., Клайн К.А. (январь 2019 г.). «Биопленочно-ассоциированная инфекция энтерококками». Обзоры природы. Микробиология . 17 (2): 82–94. дои : 10.1038/s41579-018-0107-z . ПМИД 30337708 . S2CID 53018953 .
- ^ Перейти обратно: а б Гилмор М.С., Клюэлл Д.Б., Айк Ю., Шанкар Н. (2014). Гилмор М.С., Клюэлл Д.Б., Айк Ю., Шанкар Н. (ред.). «Энтерококки: от комменсалов к ведущим причинам лекарственно-устойчивых инфекций» . Массачусетская глазная и ушная больница. ПМИД 24649510 .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Паганелли Флорида, Виллемс Р.Дж., Ливис Х.Л. (январь 2012 г.). «Оптимизация будущего лечения энтерококковых инфекций: атака на биопленку?». Тенденции в микробиологии . 20 (1): 40–9. дои : 10.1016/j.tim.2011.11.001 . ПМИД 22169461 .
- ^ «Что такое полистирол? | Использование, преимущества и факты безопасности» . ChemicalSafetyFacts.org . 01.05.2014 . Проверено 11 декабря 2019 г.
- ^ Беннетт Дж. Э., Долин Р., Блазер М. Дж. (08 августа 2019 г.). Принципы и практика Манделла, Дугласа и Беннета в области инфекционных заболеваний (Девятое изд.). Филадельфия, Пенсильвания. ISBN 978-0-323-55027-7 . OCLC 1118693541 .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б с Брауэр С., Барнетт Т.К., Ривера-Эрнандес Т., Роде М., Уокер М.Дж. (ноябрь 2016 г.). «Адгезия и колонизация Streptococcus pyogenes». Письма ФЭБС . 590 (21): 3739–3757. дои : 10.1002/1873-3468.12254 . hdl : 10033/619157 . ПМИД 27312939 . S2CID 205213711 .