Gcn2 - Википедия - Gcn2

Эта статья о дрожжевом протеине. Для человеческого гомолога см. EIF2AK4.
Серин / треонин-протеинкиназа GCN2
Кристаллическая структура киназы gcn2.png
Кристаллическая структура GCN2
Идентификаторы
СимволGCN2
Альт. символыAAS1
Ген NCBI851877
PDB1zyc
UniProtP15442

GCN2 (общий контроль недережима 2) является серин / треонин-протеинкиназа который определяет дефицит аминокислот через связывание с незаряженной транспортной РНК (тРНК ). Он играет ключевую роль в модуляции метаболизма аминокислот в ответ на недостаток питательных веществ.

Вступление

GCN2 - единственный известный фактор инициации эукариот 2α киназа (eIF2α) в Saccharomyces cerevisiae.[1] Он инактивирует eIF2α путем фосфорилирования по серину 51 в условиях аминокислотной депривации, что приводит к подавлению общего синтеза белка, в то же время позволяя транслировать выбранную мРНК, такую ​​как GCN4, за счет участков, расположенных выше кодирующей последовательности. Повышенные уровни GCN4 стимулируют экспрессию генов биосинтеза аминокислот, которые кодируют ферменты, необходимые для синтеза всех 20 основных аминокислот.

Структура

Протеинкиназа GCN2 представляет собой мультидоменный белок, и его C-конец содержит область, гомологичную гистидил-тРНК синтетаза (HisRS) рядом с каталитическим фрагментом киназы.[2] Эта HisRS-подобная область образует димер, и димеризация необходима для функции GCN2. Решающим вкладом в функцию GCN2 является стимулирование связывания тРНК и стимуляция киназного домена посредством физического взаимодействия.[нужна цитата ]

Связывание незаряженной тРНК с этим синтетазоподобным доменом вызывает конформационное изменение, при котором домены GCN2 поворачиваются на 180 ° перпендикулярно поверхности димеризации и, таким образом, перемещаются из своей антипараллельной ориентации в параллельную. Впоследствии активируется автоингибированная форма GCN2.[3]

Автоингибирование GCN2 является результатом конформации, которая ограничивает связывание АТФ. Связывание АТФ вызывает аутофосфорилирование цикл активации что приводит к максимальной активности киназы GCN2.[4]

Функция

Регламент перевода

Рисунок 1: Обзор функций GCN2. (GCN1 / GCN20 = сайт связывания GCN1p / GCN20p; PsiKD = неизвестная функция; KD = киназный домен; HisRS = гистидил-тРНК синтетаза) Адаптировано из[5]

GCN2 ингибирует общую трансляцию путем фосфорилирования eIF-2α по серину 51 в течение 15 минут после лишения аминокислоты, что впоследствии увеличивает сродство к фактору обмена гуанина. eIF2B секвестировать eIF-2α, что приводит к уменьшению образования тройного комплекса (TC), состоящего из eIF2, GTP и инициатор Met-тРНК, необходимый для инициации трансляции.eIF2 содержащий фосфорилированную альфа-субъединицу, демонстрирует повышенное сродство к своей единственной ГЭФ, eIF2B, но eIF2B может только обменять ВВП с GTP из нефосфорилированных eIF2. Итак, переработка eIF2, необходимый для образования TC, ингибируется фосфорилированием eIF-2α, что в конце концов приводит к снижению скорости глобальной трансляции.

Противоположным эффектом снижения доступности TC является индукция GCN4 выражение посредством регуляции трансляции. Четыре коротких ORF существуют в лидере мРНК GCN4. Рибосомные субъединицы 40S сканирование мРНК от 5 'привязать ТС и перевести первый открытая рамка считывания в восходящем направлении (uORF). В условиях отсутствия голодания имеется достаточно тройного комплекса, чтобы субъединицы повторно связывали его, прежде чем они достигнут uORF 4. Трансляция снова инициируется, uORF2,3 или 4 транслируются, и субъединицы 40S впоследствии диссоциируют от мРНК GCN4. В условиях голодания присутствует меньше TC . Некоторые из субъединиц 40S не могут повторно связываться с TC до достижения uORF 4, но в конечном итоге повторно связываются с TC до достижения кодирующей последовательности GCN4. Следовательно, снижение образования TC в результате активации GCN2 аминокислотным голоданием приводит к индукции трансляции GCN4. GCN4 является первичным регулятором в ответ на аминокислотное голодание, называемое общим аминокислотным контролем (GAAC). Он действует как фактор транскрипции и активирует несколько генов, необходимых для синтеза аминокислот.[5][6][7]

Недавно GCN2 также был вовлечен в управление пищевым поведением млекопитающих путем фосфорилирования eIF-2α в передней Грушевидная кора (APC) мозга. Молекулярные механизмы, управляющие этой функцией, еще не известны, но основной фактор транскрипции молнии, называемый ATF4 возможный кандидат.[5] ATF4 относится к GCN4.[1]

Контроль клеточного цикла

GCN2 также регулирует клеточный цикл задерживая переход в S-фазу при ультрафиолетовом (УФ) излучении и воздействии метилметансульфоната (MMS ).[8][9] Таким образом, ячейка препятствует прохождению КПП G1 и запуск репликации ДНК, когда ДНК повреждена. Было высказано предположение, что УФ-излучение вызывает синтаза оксида азота активация и НЕТ. продукция, которая приводит к активации GCN2 и к тому, что регуляция клеточного цикла с помощью GCN2 не зависит от фосфорилирования eIF2α.[10] Хотя причинная связь между GCN2 и задержкой клеточного цикла все еще обсуждается, было высказано предположение, что образование пререпликационный комплекс задерживается GCN2 при УФ-облучении.[8]

Липидный обмен

Отсутствие незаменимых аминокислот вызывает подавление ключевых компонентов синтеза липидов, таких как синтаза жирных кислот. После депривации лейцина у млекопитающих GCN2 снижает экспрессию липогенных генов через SREBP-1c.[11] SREBP-1c воздействует на гены, регулирующие синтез жирных кислот и триглицеридов, и снижается за счет депривации лейцина в печени GCN2-зависимым образом.

Регулирование

В клетках, насыщенных аминокислотами, GCN2 остается неактивным за счет фосфорилирования серина 577, что, как полагают, зависит от активности TORC1. Инактивация TORC1 рапамицином влияет на GCN2 и, по крайней мере, частично за счет дефосфорилирования серина 577. Это приводит к активации GCN2 даже в насыщенных аминокислотами клетках, вероятно, за счет увеличения сродства GCN2 к незаряженной тРНК, так что даже базальные уровни позволяют связываться с тРНК.

Второй стимулирующий вход в GCN2 осуществляется комплексом GCN1 / GCN20. GCN1 / GCN20 демонстрирует структурное сходство с eEF3, фактором, важным для связывания тРНК с рибосомы. Комплекс GCN1 / GCN20 физически взаимодействует с GCN2, связываясь с его N-концом.[12] Считается, что GCN1 / GCN20 облегчает перенос тРНК из рибосомного сайта A в HisRS-подобный домен GCN2.[7] Третий способ регуляции этого белка - это консервативный белок IMPACT, который действует как у дрожжей, нематод и млекопитающих как ингибитор GCN2.[13][14][15]

Гомологи

Есть также гомологи GCN2 в Neurospora crassa,[16] C. elegans,[15] Drosophila melanogaster[17][18] и мышей.[19] Таким образом, GCN2 может быть наиболее распространенным и основополагающим членом подсемейства киназ eIF-2α.[20]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Заборске Дж.М., Нарашимхан Дж., Цзян Л., Век С.А., Диттмар К.А., Фреймозер Ф., Пан Т., Век Р.С. (сентябрь 2009 г.). «Полногеномный анализ зарядки тРНК и активации киназы eIF2 Gcn2p». J Biol Chem. 284 (37): 25254–67. Дои:10.1074 / jbc.M109.000877. ЧВК  2757228. PMID  19546227.
  2. ^ Wek SA, Zhu S, Wek RC (август 1995 г.). «Связанная с гистидил-тРНК-синтетазой последовательность в протеинкиназе eIF-2 альфа GCN2 взаимодействует с тРНК и требуется для активации в ответ на голодание по различным аминокислотам». Мол. Клетка. Биол. 15 (8): 4497–506. Дои:10.1128 / MCB.15.8.4497. ЧВК  230689. PMID  7623840.
  3. ^ Дей М., Цао С., Сичери Ф., Девер Т.Э. (март 2007 г.). «Консервативный межмолекулярный солевой мостик, необходимый для активации протеинкиназ PKR, GCN2 и PERK». J. Biol. Chem. 282 (9): 6653–60. Дои:10.1074 / jbc.M607897200. PMID  17202131.
  4. ^ PDB: 1ZYC​ Падьяна А.К., Цю Х., Ролл-Мекак А, Hinnebusch AG, Берли СК (август 2005 г.). «Структурные основы аутоингибирования и мутационной активации эукариотического фактора инициации 2альфа протеинкиназы GCN2». J. Biol. Chem. 280 (32): 29289–99. Дои:10.1074 / jbc.M504096200. PMID  15964839.
  5. ^ а б c Девер Т.Е., Hinnebusch AG (апрель 2005 г.). «GCN2 пробуждает аппетит к аминокислотам». Мол. Клетка. 18 (2): 141–2. Дои:10.1016 / j.molcel.2005.03.023. PMID  15837415.
  6. ^ Wek RC (ноябрь 1994 г.). «Киназы eIF-2: регуляторы общей и ген-специфической инициации трансляции». Trends Biochem. Наука. 19 (11): 491–6. Дои:10.1016/0968-0004(94)90136-8. PMID  7855893.
  7. ^ а б Hinnebusch AG (2005). «Трансляционная регуляция GCN4 и общий аминокислотный контроль дрожжей». Анну. Rev. Microbiol. 59: 407–50. Дои:10.1146 / annurev.micro.59.031805.133833. PMID  16153175.
  8. ^ а б Твегард Т., Солтани Х., Скьёльберг Х.С., Крон М., Нильссен Э.А., Кирси С.Е., Граллерт Б., Бойе Э. (май 2007 г.). «Новый механизм КПП, регулирующий переход G1 / S». Genes Dev. 21 (6): 649–54. Дои:10.1101 / gad.421807. ЧВК  1820939. PMID  17369398.
  9. ^ Крон М., Скьёльберг ХК, Солтани Х., Граллерт Б., Бойе Е. (декабрь 2008 г.). «Контрольная точка G1-S у делящихся дрожжей не является общей контрольной точкой повреждения ДНК». J Cell Sci. 121 (24): 4047–54. Дои:10.1242 / jcs.035428. PMID  19033384.
  10. ^ Ван Л., Лю И, Ву С. (январь 2010 г.). «Роль синтазы оксида азота и киназ eIF2alpha в регуляции клеточного цикла при УФВ-облучении». Клеточный цикл. 9 (1): 38–42. Дои:10.4161 / cc.9.1.10268. ЧВК  2834424. PMID  20016280.
  11. ^ Guo F, Cavener DR (февраль 2007 г.). «Киназа GCN2 eIF2α регулирует гомеостаз жирных кислот в печени во время лишения незаменимой аминокислоты». Cell Metab. 5 (2): 103–14. Дои:10.1016 / j.cmet.2007.01.001. PMID  17276353.
  12. ^ Гарка-Баррио М., Донг Дж., Уфано С., Hinnebusch AG (апрель 2000 г.). «Ассоциация регуляторного комплекса GCN1-GCN20 с N-концом киназы eIF2alpha GCN2 необходима для активации GCN2». EMBO J. 19 (8): 1887–99. Дои:10.1093 / emboj / 19.8.1887. ЧВК  302013. PMID  10775272.
  13. ^ Сэттлеггер, Эвелин; Swanson, Mark J .; Эшкрафт, Эмили А .; Дженнингс, Дженнифер Л .; Fekete, Richard A .; Link, Эндрю Дж .; Хиннебуш, Алан Г. (2004-07-16). «YIH1 представляет собой актин-связывающий белок, который ингибирует протеинкиназу GCN2 и ухудшает общий контроль аминокислот при сверхэкспрессии». Журнал биологической химии. 279 (29): 29952–29962. Дои:10.1074 / jbc.M404009200. ISSN  0021-9258. PMID  15126500.
  14. ^ Pereira, Cátia M .; Сэттлеггер, Эвелин; Цзян, Хао-Юань; Лонго, Беатрис М .; Jaqueta, Carolina B .; Hinnebusch, Alan G .; Wek, Ronald C .; Мелло, Луис Э. А. М .; Кастильо, Беатрис А. (2005-08-05). «IMPACT, белок, преимущественно экспрессирующийся в мозге мыши, связывает GCN1 и ингибирует активацию GCN2». Журнал биологической химии. 280 (31): 28316–28323. Дои:10.1074 / jbc.M408571200. ISSN  0021-9258. PMID  15937339.
  15. ^ а б Ferraz, Rafael C .; Камара, Энрике; Де-Соуза, Эвандро А .; Пинто, Сайлас; Пинка, Ана Паула Ф .; Сильва, Ричард С .; Sato, Vitor N .; Castilho, Beatriz A .; Мори, Марсело А. (01.01.2016). «IMPACT - это ингибитор GCN2, ограничивающий продолжительность жизни Caenorhabditis elegans». BMC Биология. 14 (1): 87. Дои:10.1186 / s12915-016-0301-2. ISSN  1741-7007. ЧВК  5054600. PMID  27717342.
  16. ^ Sattlegger E, Hinnebusch AG, Barthelmess IB (август 1998 г.). «cpc-3, гомолог дрожжевого GCN2 Neurospora crassa, кодирует полипептид с соседними доменами, связанными с eIF2alpha-киназой и гистидил-тРНК-синтетазой, необходимыми для общего аминокислотного контроля». J Biol Chem. 273 (32): 20404–16. Дои:10.1074 / jbc.273.32.20404. PMID  9685394.
  17. ^ Сантойо Дж., Алькальде Дж., Мендес Р., Пулидо Д., де Аро С. (май 1997 г.). «Клонирование и характеристика кДНК, кодирующей киназу фактора инициации синтеза белка-2α (eIF-2α) из Drosophila melanogaster». J Biol Chem. 272 (19): 12544–50. Дои:10.1074 / jbc.272.19.12544. PMID  9139706.
  18. ^ Олсен Д.С., Джордан Б., Чен Д., Век Р.С., Кавендер Д.Р. (июль 1998 г.). «Выделение гена, кодирующего гомолог Drosophila melanogaster киназы Saccharomyces cerevisiae GCN2 eIF-2alpha». Генетика. 149 (3): 1495–509. ЧВК  1460234. PMID  9649537.
  19. ^ Суд Р., Портер А.С., Олсен Д.А., Кавенер Д.Р., Век Р.С. (февраль 2000 г.). "Гомолог протеинкиназы GCN2 у млекопитающих, важный для контроля трансляции путем фосфорилирования фактора инициации эукариот-2альфа". Генетика. 154 (2): 787–801. ЧВК  1460965. PMID  10655230.
  20. ^ Dever TE (октябрь 1999 г.). «Инициирование перевода: мастер адаптации». Trends Biochem. Наука. 24 (10): 398–403. Дои:10.1016 / s0968-0004 (99) 01457-7. PMID  10500305.