Миристоилирование - Myristoylation

При миристоилировании добавляется миристоильная группа (производная миристиновой кислоты , изображенная выше).
Совместное трансляционное добавление миристиновой кислоты N-миристоилтрансферазой к N-концевому глицину растущего белка.

Миристоилирование представляет собой модификацию липидирования, при которой миристоильная группа , полученная из миристиновой кислоты , ковалентно присоединена амидной связью к альфа-аминогруппе N-концевого остатка глицина . Миристиновая кислота - это 14-углеродная насыщенная жирная кислота (14: 0) с систематическим названием н- тетрадекановая кислота. Эта модификация может быть добавлена ​​как ко-трансляционно, так и пост-трансляционно . N-миристоилтрансфераза (NMT) катализирует реакцию присоединения миристиновой кислоты в цитоплазме клеток. Это событие липидирования является наиболее часто встречающимся типом ацилирования жирных кислот и распространено среди многих организмов, включая животных , растения , грибы , простейшие и вирусы . Миристоилирование допускает слабые белок-белковые и белок-липидные взаимодействия и играет важную роль в нацеливании на мембраны, белок-белковых взаимодействиях и широко функционирует в различных путях передачи сигнала.

Открытие

В 1982 году лаборатория Коити Титани идентифицировала «N-концевую блокирующую группу» на каталитической субъединице циклической АМФ-зависимой протеинкиназы у коров как n- тетрадеканоил. Почти одновременно в лаборатории Клода Б. Клее эта же группа, блокирующая N-конец, была далее охарактеризована как миристиновая кислота. Обе лаборатории сделали это открытие, используя схожие методы: бомбардировку быстрыми атомами , масс-спектрометрию и газовую хроматографию .

N-миристоилтрансфераза

Кристаллическая структура N-миристоилтрансферазы человека I типа с связанным миристоил-КоА. Миристоил-КоА (красный). ID PDB: 3IU1

Фермент N-миристоилтрансфераза (NMT) или глицилпептид N-тетрадеканоилтрансфераза отвечает за необратимое присоединение миристоильной группы к N-концевым или внутренним остаткам глицина в белках. Эта модификация может происходить ко-трансляционно или пост-трансляционно . У позвоночных эта модификация осуществляется двумя NMT, NMT1 и NMT2 , оба из которых являются членами суперсемейства ацетилтрансфераз GCN5 .

Состав

Кристаллическая структура из NMT показывает два идентичных субъединиц, каждый со своим собственным сайтом связывания миристоильная - СоА. Каждая субъединица состоит из большого седловидного β-листа, окруженного α-спиралями . Симметрия складки псевдодвойственна. Миристоил-КоА связывается с N-концевой частью, в то время как С-концевой конец связывает белок.

Механизм

Присоединение миристоильной группы происходит посредством реакции нуклеофильного присоединения-элиминирования . Во-первых, миристоил- коэнзим A (CoA) располагается в своем связывающем кармане NMT, так что карбонил обращен к двум аминокислотным остаткам, фенилаланину 170 и лейцину 171. Это поляризует карбонил, так что на углероде возникает чистый положительный заряд, что делает его чувствительны к нуклеофильной атаке остатком глицина модифицируемого белка. Когда миристоил-КоА связывается, NMT переориентируется, чтобы позволить связывание пептида. С-конец NMT затем действует как общее основание для депротонирования NH 3 + , активируя аминогруппу для атаки на карбонильную группу миристоил-КоА. Полученный тетраэдрический промежуточный продукт стабилизируется взаимодействием между положительно заряженной оксианионной дыркой и отрицательно заряженным алкоксид- анионом. Затем высвобождается свободный КоА, вызывая конформационное изменение фермента, которое позволяет высвобождать миристоилированный пептид.

Механизм присоединения миристоилирования N-миристоилтрансферазой.

Совместное трансляционное и посттрансляционное добавление

Ко-трансляционные и посттрансляционные ковалентные модификации позволяют белкам развивать более высокий уровень сложности клеточной функции, дополнительно добавляя разнообразия протеому . Добавление миристоил-КоА к белку может происходить во время трансляции белка или после нее. Во время ко-трансляционного добавления миристоильной группы N-концевой глицин модифицируется после расщепления N-концевого остатка метионина во вновь формирующемся растущем полипептиде . Посттрансляционное миристоилирование обычно происходит после расщепления каспазы , что приводит к обнажению внутреннего остатка глицина, который затем становится доступным для добавления миристиновой кислоты.

Функции

Миристоилированные белки

Протеин Физиологическая роль Функция миристоилирования
Актин Структурный белок цитоскелета Посттрансляционное миристоилирование при апоптозе
Делать ставку Белок, способствующий апоптозу Посттрансляционное миристоилирование после расщепления каспазой направляет белок на митохондриальную мембрану
ОТМЕТКИ сшивание актина при фосфорилировании протеинкиназой C Совместное трансляционное миристоилирование способствует ассоциации с плазматической мембраной
G-белок Сигнализация GTPase Совместное трансляционное миристоилирование способствует ассоциации с плазматической мембраной
Гельсолин Актиновый белок, расщепляющий нити Посттрансляционное миристоилирование усиливает антиапоптотические свойства
PAK2 Рост клеток серин / треонинкиназы , подвижность, стимулятор выживания Посттрансляционное миристоилирование усиливает апоптотические свойства и индуцирует локализацию плазматической мембраны
Арф везикулярный трафик и регуляция ремоделирования актина Миристоилирование N-конца способствует мембранной ассоциации
Гиппокальцин Нейрональный датчик кальция Содержит переключатель Ca 2+ / миристоил

Молекулярный переключатель миристоилирования

Положительные (основные) остатки белка взаимодействуют с отрицательно заряженными фосфолипидами на мембране, стабилизируя миристоил-зависимую ассоциацию мембран.
После связывания лиганда с миристоилированным белком миристоильная группа обнажается и становится доступной для связывания с мембраной.

Миристоилирование не только разнообразит функцию белка, но и добавляет к нему уровни регуляции. Одна из наиболее распространенных функций миристоильной группы - это мембранная ассоциация и клеточная локализация модифицированного белка. Хотя миристоильная группа добавляется на конец белка, в некоторых случаях она изолируется в гидрофобных областях белка, а не подвергается воздействию растворителя. Регулируя ориентацию миристоильной группы, эти процессы могут быть сильно скоординированы и строго контролироваться. Таким образом, миристоилирование является формой « молекулярного переключателя ».

Как гидрофобные миристоильные группы, так и «основные участки» (высоко положительные области на белке) характеризуют миристоил-электростатические переключатели. Базовый пластырь обеспечивает благоприятные электростатические взаимодействия между отрицательно заряженными фосфолипидными головками мембраны и положительной поверхностью связывающего белка. Это обеспечивает более тесную ассоциацию и направленную локализацию белков.

Миристоил-конформационные переключатели могут иметь несколько форм. Связывание лиганда с миристоилированным белком с изолированной его миристоильной группой может вызывать конформационные изменения в белке, приводящие к обнажению миристоильной группы. Аналогичным образом , некоторые myristoylated белки активируются не назначенным лиганда, но путем обмена ВВП для ГТФ с помощью факторов обмена гуанин нуклеотидов в клетке. Как только GTP связывается с миристоилированным белком, он активируется, обнажая миристоильную группу. Эти конформационные переключатели могут использоваться в качестве сигнала для клеточной локализации, межбелковых и межбелковых взаимодействий .

Двойные модификации миристоилированных белков

Дальнейшие модификации N-миристоилированных белков могут добавить еще один уровень регуляции миристоилированного белка. Двойное ацилирование может способствовать более строго регулируемой локализации белков, в частности, направляя белки на липидные рафты на мембранах или позволяя диссоциацию миристоилированных белков от мембран.

Миристоилирование и пальмитоилирование обычно являются сопряженными модификациями. Само по себе миристоилирование может способствовать временным мембранным взаимодействиям, которые позволяют белкам закрепляться на мембранах, но легко диссоциируют. Дальнейшее пальмитоилирование обеспечивает более прочное закрепление и более медленную диссоциацию от мембран, когда этого требует клетка. Эта специфическая двойная модификация важна для путей рецепторов, связанных с G-белком, и называется переключателем двойного жирного ацилирования.

За миристоилированием часто следует фосфорилирование близлежащих остатков. Дополнительное фосфорилирование того же белка может снизить электростатическое сродство миристоилированного белка к мембране, вызывая транслокацию этого белка в цитоплазму после диссоциации от мембраны.

Передача сигнала

Миристоилирование играет жизненно важную роль в нацеливании на мембраны и передаче сигналов в ответах растений на стресс окружающей среды. Кроме того, при передаче сигнала через G-белок пальмитоилирование α-субъединицы, пренилирование γ-субъединицы и миристоилирование участвуют в привязке G-белка к внутренней поверхности плазматической мембраны, так что G-белок может взаимодействовать со своим рецептором.

Апоптоз

Миристоилирование является неотъемлемой частью апоптоза или запрограммированной гибели клеток. Апоптоз необходим для гомеостаза клеток и возникает, когда клетки находятся в состоянии стресса, такого как гипоксия или повреждение ДНК . Апоптоз может происходить путем активации митохондрий или рецепторов. При апоптозе, опосредованном рецепторами, апоптотические пути запускаются, когда клетка связывает рецептор смерти. В одном из таких случаев связывание рецептора смерти инициирует образование сигнального комплекса , вызывающего смерть , комплекса, состоящего из множества белков, включая несколько каспаз, включая каспазу 3 . Каспаза 3 расщепляет ряд белков, которые впоследствии миристоилируются с помощью NMT. Проапоптотические BH3 взаимодействующий смерть домена агонист (Bid) является одним из таких белков , которые когда - то myristoylated, транслоцируется в митохондрии , где он побуждает высвобождение цитохрома с , ведущей к гибели клеток. Актин , гельсолин и p21-активированная киназа 2 PAK2 - это три других белка, которые миристоилируются после расщепления каспазой 3 , что приводит либо к усилению , либо к понижению регуляции апоптоза.

Влияние на здоровье человека

Рак

c-Src - это ген, который кодирует протоонкоген тирозин-протеинкиназу Src, белок, важный для нормального митотического цикла . Он фосфорилируется и дефосфорилируется, чтобы включать и выключать передачу сигналов. Протоонкоген тирозин-протеинкиназа Src должен быть локализован на плазматической мембране для фосфорилирования других нижестоящих мишеней; миристоилирование отвечает за этособытие нацеливания на мембрану . Повышенное миристоилирование c-Src может привести к усиленной пролиферации клеток и быть ответственным за трансформацию нормальных клеток в раковые . Активация c-Src может привести к так называемым признакам рака : усилению ангиогенеза , пролиферации и инвазии .

Вирусная инфекционность

ВИЧ-1 использует миристоилирование белка Matrix для нацеливания вирусных белков и вирусного генома на мембрану для образования почки и созревания вируса.

ВИЧ-1 - это ретровирус, который полагается на миристоилирование одного из своих структурных белков, чтобы успешно упаковать свой геном, собрать и созреть в новую инфекционную частицу. Белок вирусного матрикса , самый N-концевой домен полипротеина gag, является миристоилированным. Эта модификация миристоилирования нацелена на gag к мембране клетки-хозяина. Используя миристоил-электростатический переключатель, включая базовый участок на матричном белке, gag может собираться на липидных рафтах на плазматической мембране для сборки вируса , почкования и дальнейшего созревания. Чтобы предотвратить вирусную инфекционность, миристоилирование матричного белка может стать хорошей лекарственной мишенью.

Прокариотические и эукариотические инфекции

Некоторые NMT являются терапевтическими мишенями для разработки лекарств против бактериальных инфекций . Было показано, что миристоилирование необходимо для выживания ряда болезнетворных грибов , в том числе C. albicans и C. neoformans . Помимо прокариотических бактерий, в качестве мишеней для лекарств были идентифицированы NMT многих болезнетворных эукариотических организмов . Правильное функционирование NMT у простейших Leishmania major и Leishmania donovani ( лейшманиоз ), Trypanosoma brucei ( африканская сонная болезнь ) и P. falciparum ( малярия ) необходимо для выживания паразитов. Ингибиторы этих организмов в настоящее время исследуются. Пиразола сульфонамидную ингибитор был идентифицирован , который селективно связывается Т. brucei , конкурирующих за пептидного связывания сайта, тем самым ингибируя ферментативную активность и устранение паразита из крови мышей с африканской сонной болезнью .

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ a b Кокс, Дэвид Л. Нельсон, Майкл М. (2005). Принципы биохимии Ленингера (4-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 978-0716743392.
  2. ^ a b Tamanoi, под редакцией Фуюхико; Сигман, Дэвид С. (2001). Липидирование белков (3-е изд.). Сан-Диего, Калифорния: Academic Press. ISBN 978-0-12-122722-7.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
  3. ^ Мохаммадзаде, Фатемех; Хоссейни, Вахид; Мехдизаде, Амир; Дэни, Кристиан; Дараби, Масуд (30.11.2018). «Метод общего анализа ацилирования белков методом газожидкостной хроматографии» . МСБМБ Жизнь . 71 (3): 340–346. DOI : 10.1002 / iub.1975 . ISSN  1521-6543 . PMID  30501005 .
  4. ^ Кара, UA; Стензель, диджей; Ингрэм, LT; Бушелл, гр .; Lopez, JA; Кидсон, К. (апрель 1988 г.). «Ингибирующее моноклональное антитело против (миристилированного) низкомолекулярного антигена из Plasmodium falciparum, связанного с мембраной паразитофорной вакуоли» . Инфекция и иммунитет . 56 (4): 903–9. DOI : 10.1128 / IAI.56.4.903-909.1988 . PMC  259388 . PMID  3278984 .
  5. ^ a b c d e f g h Фарази, TA (29 августа 2001 г.). «Биология и энзимология N-миристоилирования белков» . Журнал биологической химии . 276 (43): 39501–39504. DOI : 10.1074 / jbc.R100042200 . PMID  11527981 .
  6. ^ a b Carr, SA; Биманн, К; Сёдзи, S; Пармели, округ Колумбия; Титани, К. (октябрь 1982 г.). «n-Тетрадеканоил представляет собой NH2-концевую блокирующую группу каталитической субъединицы циклической АМФ-зависимой протеинкиназы из сердечной мышцы крупного рогатого скота» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 79 (20): 6128–31. Bibcode : 1982PNAS ... 79.6128C . DOI : 10.1073 / pnas.79.20.6128 . PMC  347072 . PMID  6959104 .
  7. ^ а б Эйткен, А; Коэн, П; Сантикарн, S; Уильямс, DH; Calder, AG; Смит, А; Клее, CB (27 декабря 1982 г.). «Идентификация NH2-концевой блокирующей группы кальциневрина B как миристиновая кислота». Письма FEBS . 150 (2): 314–8. DOI : 10.1016 / 0014-5793 (82) 80759-х . PMID  7160476 . S2CID  40889752 .
  8. ^ a b c d e f g h i j Мартин, Дейл Д. О.; Бошам, Эрван; Бертьям, Люк Г. (январь 2011 г.). «Посттрансляционное миристоилирование: жир имеет значение в жизни и смерти клеток». Биохимия . 93 (1): 18–31. DOI : 10.1016 / j.biochi.2010.10.018 . PMID  21056615 .
  9. ^ а б Бхатнагар, РС; Fütterer, K; Waksman, G; Гордон, JI (23 ноября 1999 г.). «Структура миристоил-КоА: протеин N-миристоилтрансфераза». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - молекулярная и клеточная биология липидов . 1441 (2–3): 162–72. DOI : 10.1016 / s1388-1981 (99) 00155-9 . PMID  10570244 .
  10. ^ Снайдер, Джаред. «Обзор посттрансляционных модификаций (PTM)» . Thermo Scientific.
  11. ^ Чен, Кэтрин А .; Мэннинг, Дэвид Р. (2001). «Регулирование G белков ковалентной модификацией» . Онкоген . 20 (13): 1643–1652. DOI : 10.1038 / sj.onc.1204185 . PMID  11313912 .
  12. ^ a b c Маклафлин, Стюарт; Адерем, Алан (июль 1995 г.). «Миристоил-электростатический переключатель: модулятор обратимых межмембранных взаимодействий». Направления биохимических наук . 20 (7): 272–276. DOI : 10.1016 / S0968-0004 (00) 89042-8 . PMID  7667880 .
  13. ^ а б Райт, Меган Х .; Heal, William P .; Манн, Дэвид Дж .; Тейт, Эдвард В. (7 ноября 2009 г.). «Миристоилирование белков в здоровье и болезни» . Журнал химической биологии . 3 (1): 19–35. DOI : 10.1007 / s12154-009-0032-8 . PMC  2816741 . PMID  19898886 .
  14. ^ Левенталь, Илья; Гжибек, Михал; Саймонс, Кай (3 августа 2010 г.). «Смазывая их путь: модификации липидов определяют ассоциацию белков с мембранными рафтами». Биохимия . 49 (30): 6305–6316. DOI : 10.1021 / bi100882y . PMID  20583817 .
  15. ^ ХАЯСИ, Нобухиро; ТИТАНИ, Коити (2010). «N-миристоилированные белки, ключевые компоненты в системах передачи внутриклеточного сигнала, обеспечивающие быстрые и гибкие клеточные ответы» . Труды Японской академии, серии B . 86 (5): 494–508. Bibcode : 2010PJAB ... 86..494H . DOI : 10,2183 / pjab.86.494 . PMC  3108300 . PMID  20467215 .
  16. ^ Wall, Mark A .; Коулман, Дэвид Э .; Ли, Итан; Иньигес-Ллухи, Хорхе А .; Познер, Брюс А .; Гилман, Альфред Дж .; Спранг, Стивен Р. (декабрь 1995 г.). «Структура гетеротримера G-белка Giα1β1γ2» . Cell . 83 (6): 1047–1058. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (95) 90220-1 . PMID  8521505 .
  17. ^ а б Сёдзи, S; Кубота, Y (февраль 1989 г.). «[Функция белкового миристоилирования в клеточной регуляции и вирусной пролиферации]» . Yakugaku Zasshi . 109 (2): 71–85. DOI : 10,1248 / yakushi1947.109.2_71 . PMID  2545855 .
  18. ^ Ханахан, Дуглас; Вайнберг, Роберт А. (март 2011 г.). «Признаки рака: следующее поколение» . Cell . 144 (5): 646–674. DOI : 10.1016 / j.cell.2011.02.013 . PMID  21376230 .
  19. ^ Hearps, AC; Янс, Д.А. (март 2007 г.). «Регулирование функций матричного белка ВИЧ-1». Исследования СПИДа и ретровирусы человека . 23 (3): 341–6. DOI : 10,1089 / aid.2006.0108 . PMID  17411366 .

внешние ссылки