Регулятор реакции - Response regulator

Домен приемника регулятора ответа
3CHY.png
Регулятор реакции CheY от Кишечная палочка, с аспартат фосфорилирование сайт выделен зеленым. От PDB: 3CHY​.
Идентификаторы
СимволResponse_reg
PfamPF00072
Pfam кланCL0304
ИнтерПроIPR001789
УМНЫЙREC
PROSITEPDOC50110

А регулятор реакции это белок который является посредником ячейка реакция на изменения в окружающей среде как часть двухкомпонентная система регулирования. Регуляторы реакции связаны с конкретными гистидинкиназы которые служат датчиками изменений окружающей среды. Регуляторы ответа и гистидинкиназы - два наиболее распространенных семейства генов в бактерии, где очень распространены двухкомпонентные системы сигнализации; они также гораздо реже появляются в геномы некоторых археи, дрожжи, нитчатые грибы, и растения. Двухкомпонентные системы не встречаются в многоклеточные животные.[1][2][3][4]

Функция

Кристаллическая структура дрожжей гистидин-фосфотрансферный белок Ypd1 в сложный с регулятором отклика Sln1. Ypd1 появляется справа с консервативным четырехспиральным пучком желтым цветом и переменными спиралями красным. Sln1 появляется слева с бета-листами коричневого цвета и спиралями коричневого цвета. Ключевые остатки - Asp от Sln1 и ​​His от Ypd1 - выделены зелеными палочками. Граница магний ион показан оранжевой сферой и бериллий трифторид, аналог фосфорила, показан розовым цветом. От PDB: 2R25​.[5]

Белки-регуляторы ответа обычно состоят из приемника домен и один или несколько эффекторных доменов, хотя в некоторых случаях они обладают только принимающим доменом и проявляют свои эффекты через белок-белковые взаимодействия. При двухкомпонентной передаче сигналов гистидинкиназа реагирует на изменения окружающей среды посредством аутофосфорилирование на гистидин остаток, за которым следует домен приемника регулятора ответа катализирует передача фосфатной группы своему реципиенту аспартат остаток. Это вызывает конформационное изменение который изменяет функцию эффекторных доменов, что обычно приводит к увеличению транскрипция целевых генов. Механизмы, с помощью которых это происходит, разнообразны и включают: аллостерический активация эффекторного домена или олигомеризация регуляторов фосфорилированного ответа.[2] В общей вариации на эту тему, называемой фосфорелей, гибридная гистидинкиназа обладает собственным доменом-приемником и гистидин-фосфотрансферный белок выполняет окончательную передачу регулятору ответа.[4]

Во многих случаях гистидинкиназы бифункциональны и также служат фосфатазы, катализируя удаление фосфата из остатков аспартата регулятора ответа, так что сигнал, передаваемый регулятором ответа, отражает баланс между активностью киназы и фосфатазы.[4] Многие регуляторы ответа также способны к автодефосфорилированию, которое происходит в широком диапазоне временных масштабов.[2] Кроме того, фосфоаспартат относительно химически нестабилен и может подвергаться неферментативному гидролизу.[1]

Гистидинкиназы очень специфичны в отношении своих родственных регуляторов ответа; между разными двухкомпонентными системами сигнализации в одной соте очень мало перекрестных помех.[6]

Классификация

Регуляторы ответа можно разделить по крайней мере на три широких класса в зависимости от особенностей эффекторных доменов: регуляторы с ДНК-связывающим эффекторным доменом, регуляторы с ферментативным эффекторным доменом и однодоменные регуляторы ответа.[3] Возможны более полные классификации, основанные на более детальном анализе архитектуры предметной области. Помимо этих широких категорий, существуют регуляторы ответа с другими типами эффекторных доменов, включая РНК-связывающие эффекторные домены.

Регуляторы с Связывание с ДНК эффекторный домен являются наиболее распространенными регуляторами ответа и оказывают прямое влияние на транскрипция.[7] Они имеют тенденцию взаимодействовать со своими родственными регуляторами в N-концевом принимающем домене и содержат ДНК-связывающий эффектор по направлению к С-концу. После фосфорилирования в принимающем домене регулятор ответа димеризуется, приобретает повышенную способность связывания ДНК и действует как фактор транскрипции.[8] Архитектура ДНК-связывающих доменов характеризуется как вариации спираль-поворот-спираль мотивы. Одна вариация, найденная на регуляторе отклика OmpR Двухкомпонентная система EnvZ / OmpR и другие регуляторы реакции, подобные OmpR, представляют собой архитектуру «крылатой спирали».[9] OmpR-подобные регуляторы ответа представляют собой самую большую группу регуляторов ответа, и мотив крылатой спирали широко распространен. Другие подтипы регуляторов реакции связывания ДНК включают регуляторы, подобные FixJ и NtrC.[10] Регуляторы ДНК-связывающего ответа участвуют в различных процессах захвата, включая нитрат /нитрит (NarL, обнаружен у большинства прокариот).[11]

Второй класс регуляторов многодоменного ответа - это регуляторы с ферментативный эффекторные домены.[12] Эти регуляторы ответа могут участвовать в передаче сигнала и генерировать вторичный посланник молекулы. Примеры включают регулятор хемотаксиса CheB с доменом метилэстеразы, который ингибируется, когда регулятор ответа находится в неактивной нефосфорилированной конформации. Другие регуляторы ферментативного ответа включают фосфодиэстеразы c-di-GMP (например, VieA in V. cholerae ), протеинфосфатазы и гистидинкиназы.[12]

Относительно небольшое количество регуляторов ответа, однодоменных регуляторов ответа, содержат только домен-получатель, полагаясь на белок-белковые взаимодействия для проявления их последующих биологических эффектов.[13] Приемный домен претерпевает конформационные изменения, поскольку он взаимодействует с аутофосфорилированной гистидинкиназой, и, следовательно, регулятор ответа может инициировать дальнейшие реакции по сигнальному каскаду. Яркие примеры включают регулятор хемотаксиса CheY, который взаимодействует с моторными белками жгутиков непосредственно в своем фосфорилированном состоянии.[13]

Секвенирование до сих пор показало, что отдельные классы регуляторов ответа неравномерно распределены по разным таксонам,[14] в том числе между доменами. В то время как регуляторы ответа с ДНК-связывающими доменами являются наиболее распространенными у бактерий, однодоменные регуляторы ответа чаще встречаются у архей, при этом другие основные классы регуляторов ответа, по-видимому, отсутствуют в геномах архей.

Эволюция

Количество двухкомпонентных систем, присутствующих в бактериальном геном сильно коррелирует с размером генома, а также экологическая ниша; Бактерии, занимающие ниши с частыми колебаниями окружающей среды, обладают большим количеством гистидинкиназ и регуляторов ответа.[4][7] Новые двухкомпонентные системы могут возникнуть дупликация гена или по боковой перенос гена, и относительные скорости каждого процесса сильно различаются для разных видов бактерий.[15] В большинстве случаев гены-регуляторы ответа расположены в одной оперон в качестве родственной им гистидинкиназы;[4] латеральные переносы генов с большей вероятностью сохранят структуру оперона, чем дупликации генов.[15] Небольшое количество двухкомпонентных систем, присутствующих у эукариот, скорее всего, возникло в результате латерального переноса генов от эндосимбиотический органеллы; в частности, те, которые присутствуют в растениях, вероятно, происходят из хлоропласты.[4]

использованная литература

  1. ^ а б Сток А.М., Робинсон В.Л., Гудро П.Н. (2000). «Двухкомпонентное преобразование сигнала». Ежегодный обзор биохимии. 69: 183–215. Дои:10.1146 / annurev.biochem.69.1.183. PMID  10966457.
  2. ^ а б c West AH, Stock AM (июнь 2001 г.). «Гистидинкиназы и белки-регуляторы ответа в двухкомпонентных сигнальных системах». Тенденции в биохимических науках. 26 (6): 369–76. Дои:10.1016 / s0968-0004 (01) 01852-7. PMID  11406410.
  3. ^ а б Гальперин М.Ю. (июнь 2005 г.). «Перепись мембраносвязанных и внутриклеточных белков передачи сигнала у бактерий: IQ бактерий, экстравертов и интровертов». BMC Microbiology. 5: 35. Дои:10.1186/1471-2180-5-35. ЧВК  1183210. PMID  15955239.
  4. ^ а б c d е ж Капра Э.Дж., Лауб М.Т. (2012). «Эволюция двухкомпонентных систем передачи сигналов». Ежегодный обзор микробиологии. 66: 325–47. Дои:10.1146 / annurev-micro-092611-150039. ЧВК  4097194. PMID  22746333.
  5. ^ Чжао X, Copeland DM, Soares AS, West AH (январь 2008 г.). «Кристаллическая структура комплекса между фосфорильным белком YPD1 и доменом регулятора ответа SLN1, связанного с фосфорильным аналогом». Журнал молекулярной биологии. 375 (4): 1141–51. Дои:10.1016 / j.jmb.2007.11.045. ЧВК  2254212. PMID  18076904.
  6. ^ Роуленд М.А., Деидс Э.Д. (апрель 2014 г.). «Перекрестные помехи и эволюция специфичности в двухкомпонентной передаче сигналов». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 111 (15): 5550–5. Bibcode:2014ПНАС..111.5550Р. Дои:10.1073 / pnas.1317178111. ЧВК  3992699. PMID  24706803.
  7. ^ а б Гальперин М.Ю. (июнь 2006 г.). «Структурная классификация регуляторов бактериального ответа: разнообразие выходных доменов и комбинаций доменов». Журнал бактериологии. 188 (12): 4169–82. Дои:10.1128 / jb.01887-05. ЧВК  1482966. PMID  16740923.
  8. ^ Барбьери С.М., Ву Т., Сток А.М. (май 2013 г.). «Всесторонний анализ фосфорилирования, димеризации и связывания ДНК OmpR поддерживает каноническую модель активации». Журнал молекулярной биологии. 425 (10): 1612–26. Дои:10.1016 / j.jmb.2013.02.003. ЧВК  3646996. PMID  23399542.
  9. ^ Кенни, Линда Дж (2002-04-01). «Отношения структуры / функции в OmpR и других факторах транскрипции крылатой спирали». Текущее мнение в микробиологии. 5 (2): 135–141. Дои:10.1016 / S1369-5274 (02) 00310-7. PMID  11934608.
  10. ^ Раджив Л., Лунинг Э.Г., Дехал П.С., Прайс М.Н., Аркин А.П., Мухопадхьяй А. (октябрь 2011 г.). «Систематическое картирование двухкомпонентных регуляторов ответа на генные мишени в модельной сульфатредуцирующей бактерии». Геномная биология. 12 (10): R99. Дои:10.1186 / gb-2011-12-10-r99. ЧВК  3333781. PMID  21992415.
  11. ^ Байкалов И., Шредер И., Качор-Гжесковяк М., Гжесковяк К., Гунсалус Р.П., Дикерсон Р.Э. (август 1996 г.). «Структура регулятора ответа Escherichia coli NarL». Биохимия. 35 (34): 11053–61. CiteSeerX  10.1.1.580.6078. Дои:10.1021 / bi960919o. PMID  8780507.
  12. ^ а б Гальперин М.Ю. (апрель 2010 г.). «Разнообразие структуры и функций выходных доменов регулятора реакции». Текущее мнение в микробиологии. 13 (2): 150–9. Дои:10.1016 / j.mib.2010.01.005. ЧВК  3086695. PMID  20226724.
  13. ^ а б Саркар МК, Пол К., Блэр Д. (май 2010 г.). «Белок, передающий сигнал хемотаксиса CheY, связывается с белком ротора FliN, чтобы контролировать направление вращения жгутиков у Escherichia coli». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 107 (20): 9370–5. Bibcode:2010PNAS..107.9370S. Дои:10.1073 / pnas.1000935107. ЧВК  2889077. PMID  20439729.
  14. ^ «Перепись регуляторов прокариотического ответа». www.ncbi.nlm.nih.gov. Получено 2017-10-08.
  15. ^ а б Альм Э., Хуанг К., Аркин А. (ноябрь 2006 г.). «Эволюция двухкомпонентных систем у бактерий показывает разные стратегии адаптации ниши». PLOS вычислительная биология. 2 (11): e143. Bibcode:2006PLSCB ... 2..143A. Дои:10.1371 / journal.pcbi.0020143. ЧВК  1630713. PMID  17083272.