Дигуанилатциклаза - Википедия - Diguanylate cyclase

дигуанилатциклаза
Дигуанилат циклаза.jpg
Кристаллическая структура дигуанилатциклазы PleD в комплексе с c-di-GMP из Caulobacter crescentus; рендеринг на основе PDB: 2WB4​
Идентификаторы
Номер ЕС2.7.7.65
Количество CAS146316-82-7
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO

В энзимология, дигуанилатциклаза, также известная как дигуанилаткиназа (EC 2.7.7.65 ), является фермент который катализирует то химическая реакция:

2 гуанозинтрифосфат ↔ 2 дифосфат + циклический ди-3 ', 5'-гуанилат

В субстраты дигуанилатциклаз (ДГК) два молекулы из гуанозинтрифосфат (GTP) и товары две молекулы дифосфат и одна молекула циклического ди-3 ’, 5’-гуанилата (циклический ди-GMP ).

Разложение циклического ди-GMP до гуанозинмонофосфат (GMP) катализируется фосфодиэстераза (PDE).

Структура

Дигуанилатциклазы характеризуются консервативным аминокислота последовательность мотивов "GGDEF ” (Gly -Gly-Жерех -Glu -Phe ) или «GGEEF» (Gly-Gly-Glu-Glu-Phe), которые составляют домен РСК активный сайт.[1] Эти домены часто связаны с другими сигнальными доменами в пределах мультидомена. белки. Часто домены GGDEF с активностью DGC обнаруживаются в тех же белках, что и c-ди-GMP-специфическая фосфодиэстераза (PDE). EAL (Glu-Ала -Лея ) домены.[2][3]

Считается, что DGC активен только как димер состоящий из двух подразделения, оба с доменами GGDEF.[4] Активный (или каталитический) сайт расположен на границе раздела двух субъединиц, каждая из которых связывает одну молекулу GTP. (См. Дополнительную информацию в разделе Механизм активации и Регулирование).

Слабое сходство последовательностей и выраженное вторичная структура сходство между доменами GGDEF и каталитическими доменами аденилатциклазы (AC) привели к гипотезе, что DGC и AC имеют схожую структуру.[5] Это было проверено постановлением Кристальная структура DGC PleD от Caulobacter crescentus в комплексе с c-di-GMP.[4] Как показано на рисунке, активный PleD, показанный в виде димера, состоит из каталитического домена DCG (обозначенного DGC) и двух CheY-подобных доменов приемника (обозначенных D1 / D2). Домен DGC каждой субъединицы связан с двумя CheY-подобными доменами гибкой цепочкой пептидных связей.[4] Домен DCG очень похож на домен каталитического ядра AC, который состоит из пятицепочечного β-лист окружен спирали.

Структура активного (димерного) PleD, показывающая дигуанилатциклазу (DGC) и CheY-подобные (D1 / D2) домены

По состоянию на середину 2011 г. было решено 11 кристаллических структур подтвержденных или предполагаемых ДГК, причем PDB коды доступа PDB: 3N53​, PDB: 3N3T​, PDB: 3МТК​, PDB: 2WB4​, PDB: 3KZP​, PDB: 3HVA​, PDB: 3I5A​, PDB: 3 знака​, PDB: 3HVW​, PDB: 3H9W, И PDB: 2R60​.

Биологическая функция

Дигуанилатциклаза участвует в образовании повсеместного второй посланник, cyclic-di-GMP, участвует в бактериальный биопленка формирование и настойчивость. Домен GGDEF был впервые идентифицирован в регуляторном белке PleD бактерии. Caulobacter crescentus.[6] Позже было отмечено, что многочисленные бактериальные геномы кодируют несколько белков с доменом GGDEF.[7] Синегнойная палочка PAO1 содержит 33 белка с доменами GGDEF, кишечная палочка К-12 имеет 19, а Холерный вибрион У O1 41.[8] в клеточный цикл из Caulobacter crescentus, Известно, что DGC PleD контролирует полюс морфогенез.[9] В Pseudomonas fluorescens Предполагается, что активность DGC WspR частично ответственна за фенотип, связанный с распространением морщин (WS).[10] В Синегнойная палочка Также известно, что WspR контролирует автоагрегацию.[8]

Роль DGC в клеточном цикле C. crescentus

Во время клеточного цикла C. crescentus, белки с доменами GGDEF и EAL разделены по направлению к двум отдельным полюсам. Активная форма дигуанилатциклазы PleD локализуется на стеблевом полюсе дифференцировки. C. crescentus клетки.[11] Было высказано предположение, что PleD выполняет двоякую функцию. PleD отвечает за отключение вращения жгутика и ингибирование подвижности до начала репликации генома, а также за восстановление подвижности после завершения дифференцировки.[12]

Механизм активации и регулирование посредством ингибирования продукта DGC PleD от C. crescentus [4]

Механизм активации и регулирование

Кристаллическая структура C. crescentus дигуанилатциклаза PleD содержит три домена; домен GGDEF с активностью дигуанилатциклазы и два CheY-подобных домена приемника (D1 / D2). Как видно на рисунке, активная форма PleD представляет собой димер, который образуется путем фосфорилирования первого домена-приемника (D1).[4] Фосфорилирование принимающего домена увеличивает сродство к димеризации примерно в 10 раз по сравнению с нефосфорилированными доменами.[2][13]

Считается, что ингибирование активности DGC аллостерический и неконкурентоспособный.[4][14] Циклический ди-GMP связывается с интерфейсом между доменами DGC и D2, стабилизируя открытую структуру и предотвращая катализ.[15] Сильное ингибирование продукта наблюдалось с Kя 0,5 мкМ.[4]

Хотя точный каталитический механизм не выяснен, предполагается, что димеризованная структура PleD облегчает взаимодействие двух молекул GTP в активном центре DGC для циклизации. Предложенный механизм Chan et al. указывает, что 3'-ОЙ группа ГТП депротонированный остатком глутаминовой кислоты (E370) для межмолекулярной нуклеофильной атаки α-фосфат. Пентакоординированное переходное состояние, созданное посредством этой нуклеофильной атаки, возможно, стабилизируется остатком лизина (K332).

Образование c-di-GMP: в PleD остаток E370 может действовать как общее основание, а K332 может стабилизировать заряд в пентахоординированном переходном состоянии.

Рекомендации

  1. ^ Осмис Н., Майер Р., Вайнхаус Х, Волман Г., Амикам Д., Бензиман М., Линдберг М. (октябрь 2001 г.). «Генетические данные показывают, что белки, содержащие домен GGDEF, обладают активностью дигуанилатциклазы». Письма о микробиологии FEMS. 204 (1): 163–7. Дои:10.1111 / j.1574-6968.2001.tb10880.x. PMID  11682196.
  2. ^ а б Stock AM (август 2007 г.). «Активация дигуанилатциклазы: требуется два». Структура. 15 (8): 887–8. Дои:10.1016 / j.str.2007.07.003. PMID  17697992.
  3. ^ Рыженков Д.А., Тарутина М, Москвин О.В., Гомельский М. (март 2005). «Циклический дигуанилат - распространенная сигнальная молекула в бактериях: понимание биохимии домена белка GGDEF». Журнал бактериологии. 187 (5): 1792–8. Дои:10.1128 / JB.187.5.1792-1798.2005. ЧВК  1064016. PMID  15716451.
  4. ^ а б c d е ж грамм Чан С., Пол Р., Саморай Д., Амиот Н. С., Гиз Б., Дженал Ю., Ширмер Т. (декабрь 2004 г.). «Структурные основы активности и аллостерический контроль дигуанилатциклазы». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 101 (49): 17084–9. Дои:10.1073 / pnas.0406134101. ЧВК  535365. PMID  15569936.
  5. ^ Пей Дж., Гришин Н.В. (февраль 2001 г.). «Домен GGDEF гомологичен аденилатциклазе». Белки. 42 (2): 210–6. Дои:10.1002 / 1097-0134 (20010201) 42: 2 <210 :: AID-PROT80> 3.0.CO; 2-8. PMID  11119645.
  6. ^ Hecht GB, Newton A (ноябрь 1995 г.). «Идентификация нового регулятора ответа, необходимого для перехода от стебельчатых клеток к стеблевым у Caulobacter crescentus». Журнал бактериологии. 177 (21): 6223–9. Дои:10.1128 / jb.177.21.6223-6229.1995. ЧВК  177463. PMID  7592388.
  7. ^ Гальперин М.Ю., Никольская А.Н., Кунин Е.В. (сентябрь 2001 г.). «Новые домены прокариотических систем передачи двухкомпонентного сигнала». Письма о микробиологии FEMS. 203 (1): 11–21. Дои:10.1016 / S0378-1097 (01) 00326-3. PMID  11557134.
  8. ^ а б Д'Аргенио Д.А., Миллер С.И. (август 2004 г.). «Циклический ди-GMP как бактериальный вторичный мессенджер». Микробиология. 150 (Pt 8): 2497–502. Дои:10.1099 / мик. 0.27099-0. PMID  15289546.
  9. ^ Олдридж П., Пол Р., Гоймер П., Рейни П., Дженал Ю. (март 2003 г.). «Роль регулятора GGDEF PleD в полярном развитии Caulobacter crescentus». Молекулярная микробиология. 47 (6): 1695–708. Дои:10.1046 / j.1365-2958.2003.03401.x. PMID  12622822.
  10. ^ Мэлоун Дж. Г., Уильямс Р., Кристен М., Дженал Ю., Спайерс А. Дж., Рейни П. Б. (апрель 2007 г.). «Взаимосвязь структуры и функции WspR, регулятора ответа Pseudomonas fluorescens с выходным доменом GGDEF». Микробиология. 153 (Pt 4): 980–94. Дои:10.1099 / mic.0.2006 / 002824-0. PMID  17379708.
  11. ^ Пол Р., Вайзер С., Амиот Н. С., Чан С., Ширмер Т., Гиз Б., Дженал Ю. (март 2004 г.). «Зависимая от клеточного цикла динамическая локализация регулятора бактериального ответа с новым выходным доменом дигуанилатциклазы». Гены и развитие. 18 (6): 715–27. Дои:10.1101 / gad.289504. ЧВК  387245. PMID  15075296.
  12. ^ Скеркер Дж. М., Лауб М. Т. (апрель 2004 г.). «Развитие клеточного цикла и создание асимметрии в Caulobacter crescentus». Обзоры природы. Микробиология. 2 (4): 325–37. Дои:10.1038 / nrmicro864. PMID  15031731.
  13. ^ Wassmann P, Chan C, Paul R, Beck A, Heerklotz H, Jenal U, Schirmer T. (август 2007 г.). «Структура BeF3-модифицированного регулятора ответа PleD: значение для активации дигуанилатциклазы, катализа и ингибирования обратной связи». Структура. 15 (8): 915–27. Дои:10.1016 / j.str.2007.06.016. PMID  17697997.
  14. ^ Пауль Р., Абель С., Вассманн П., Бек А., Херклотц Х., Дженал Ю. (октябрь 2007 г.). «Активация дигуанилатциклазы PleD посредством димеризации, опосредованной фосфорилированием». Журнал биологической химии. 282 (40): 29170–7. Дои:10.1074 / jbc.M704702200. PMID  17640875.
  15. ^ Кристен Б., Кристен М., Пол Р., Шмид Ф, Фолчер М., Джено П., Мьюли М., Дженал Ю. (октябрь 2006 г.). «Аллостерический контроль циклической передачи сигналов ди-GMP». Журнал биологической химии. 281 (42): 32015–24. Дои:10.1074 / jbc.M603589200. PMID  16923812.

дальнейшее чтение

  • Ширмер Т., Дженал У (октябрь 2009 г.). «Структурные и механистические детерминанты передачи сигналов c-di-GMP». Обзоры природы. Микробиология. 7 (10): 724–35. Дои:10.1038 / nrmicro2203. PMID  19756011.
  • Дженал У, Мэлоун Дж (2006). «Механизмы передачи сигналов cyclic-di-GMP у бактерий». Ежегодный обзор генетики. 40: 385–407. Дои:10.1146 / annurev.genet.40.110405.090423. PMID  16895465.
  • Хенгге Р. (апрель 2009 г.). «Принципы передачи сигналов c-di-GMP у бактерий». Обзоры природы. Микробиология. 7 (4): 263–73. Дои:10.1038 / nrmicro2109. PMID  19287449.