Гистидинкиназа - Histidine kinase

протеин гистидинкиназа
Hiskinase.jpg
Кристаллографический структура АТФ: протеин-L-гистидин-N-фосфотрансфераза на основе PDB: 2c2aКоординаты.
Идентификаторы
Номер ЕС2.7.13.3
Количество CAS99283-67-7
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO

Гистидинкиназы (HK) являются многофункциональными, а в царствах без животных обычно трансмембранный, белки трансфераза класс ферменты которые играют роль в преобразование сигнала через клеточную мембрану.[1] Подавляющее большинство HK являются гомодимерами, которые проявляют автокиназа, фосфоперенос и активность фосфатазы. HK могут действовать как клеточные рецепторы для сигнальных молекул способом, аналогичным рецепторы тирозинкиназы (РТК). Многофункциональные рецепторные молекулы, такие как HK и RTK, обычно имеют части вне клетки (внеклеточный домен), которые связываются с молекулами, подобными гормонам или факторам роста, частями, которые охватывают клеточную мембрану (трансмембранный домен ) и части внутри ячейки (внутриклеточный домен), которые содержат ферментативную активность. В добавление к киназа активности, внутриклеточные домены обычно имеют области, которые связываются со вторичной эффекторной молекулой или комплексом молекул, которые в дальнейшем распространяют передачу сигнала внутри клетки. В отличие от других классов протеинкиназы, HK обычно входят в состав двухкомпонентные механизмы передачи сигналов в котором HK переносит фосфатную группу из АТФ к остатку гистидина в киназе, а затем к остатку аспартата в домене-приемнике регулятор реакции белок (а иногда и сама киназа). Совсем недавно в клетках человека было обнаружено широко распространенное фосфорилирование белка гистидина, отличное от фосфорилирования двухкомпонентных гистидинкиназ.[2][3] В отличие от фосфорилирования Ser, Thr и Tyr, анализ фосфорилированного гистидина с использованием стандартных биохимических и масс-спектрометрических подходов является гораздо более сложной задачей,[4][5] и специальные процедуры и методы разделения требуются для их сохранения наряду с классическим фосфорилированием Ser, Thr и Tyr на белках, выделенных из клеток человека.[6]

С точки зрения энзимология, гистидинкиназа (EC 2.7.13.3, EnvZ, гистидиновая протеинкиназа, протеин гистидинкиназа, протеинкиназа (гистидин), HK1, HP165, Sln1p) является фермент который катализирует то химическая реакция

АТФ + белок L-гистидин АДФ + белок N-фосфо-L-гистидин.

Таким образом, два субстраты этого фермента АТФ и белок L-гистидин, а его два товары находятся ADP и белок N-фосфо-L-гистидин.

Этот тип ферментов участвует в путях передачи сигналов, предшествующих многим клеточным процессам, включая различные метаболические, вирулентные и гомеостатические пути.

Механизм

Предлагаемый механизм гистидинкиназы, отражающий фосфорилирование теле-азот. Фосфорилирование плюсы-азот происходит через другой таутомер гистидина. B = неуточненное ферментативное основание.

Механизм реакций, катализируемых гистидинкиназой, полностью не выяснен, но имеющиеся данные позволяют предположить, что каталитический домен одного димерный единица может вращаться таким образом, что АТФ-связывающий карман этой единицы может контактировать с конкретным остатком гистидина на противоположной единице, и нуклеофильное добавление приводит к фосфорилированному гистидину.[7]

Структура и функции

HK состоит из нескольких домены начиная с короткого N-концевой цитоплазматическая часть, соединенная с внеклеточным сенсорным доменом через трансмембранную α спираль. Вторая трансмембранная α-спираль соединяет внеклеточный домен с C-терминал цитоплазматический каталитический домен. HKs, как известно, выполняют роли во многих различных путях передачи сигналов, поэтому неудивительно, что внеклеточный сенсорный домен не очень хорошо консервативен в семействе HK. Напротив, цитоплазматический домен имеет тенденцию к высокой последовательности гомология и содержит несколько известных мотивы. Эти мотивы включают блоки H, N, G1, F и G2.[8] H-бокс автофосфорилирования содержится в домене N-концевой димеризации и гистидинфосфотрансфера (DHp). В HK853-CD кристаллизовался из Thermotoga maritima, эта область является спирально-спиральнойзаколка для волос и образован остатками 232-317. Сайт фосфорилирования гистидина расположен в His-260. Боксы N, G1, F и G2 содержатся в С-концевом каталитическом и АТФ-связывающем (СА) домене. Этот домен образован остатками 323-489 и образует структуру, известную как α / β-сэндвич-складка. Эта конкретная складка состоит из одного слоя, состоящего из 5-ниточного β лист а другой слой состоит из трех α-спиралей.

Димерная единица удерживается вместе с помощью четырехспирального пучка, образованного, когда С-концевые сегменты спиралей α1 на каждой субъединице взаимодействуют в антипараллельный образом с обеими α2 спиралями. Стабильности димера способствует несколько взаимодействий на границе раздела между DHps каждого мономера. К ним относятся гидрофобные взаимодействия между консервативными гидрофобный остатки, а также два водородные связи (Thr-252...Glu-316 ’и Arg-263...Asn-307 ’) и один соляной мост (Лиз-270...Glu-303 ’). Дальнейшие взаимодействия опосредуются водородными связями с водой в полости внутри спиральной спирали и примыкают к гидрофобным остаткам.

Одиночный мономер. Красный остаток - His-260, лиганд (ADP и SO4) желтого цвета, крышка АТФ пурпурного цвета.
Структура и окружение АТФ-связывающего кармана HK853. Обозначены важные остатки, а красные сферы - молекулы воды.

В нуклеотид /АТФ Связывающий карман содержится в CA-домене, и структурное сходство этого кармана велико между большинством HK. Полость CheA, также кристаллизованная из T. maritima, сначала образована β-листом P4 в задней части, а стороны полости образованы 4 мотивами, упомянутыми ранее, блоками N, G1, F и G2.[9] Большинство остатков β-слоя гидрофобны, за исключением Asp449. Этот остаток инвариантен и образует водородную связь вместе с молекулой воды с аденин аминовая группа. Три другие молекулы воды образуют прямые водородные связи с основанием аденина. А Mg2+ ион образует мостик между всеми тремя фосфатами и инвариантным остатком Asn. Наконец, еще две молекулы воды завершают октаэдрическую координацию с Mg2+ и связаны с Arg-408 и His-405. Когда γ-фосфат АТФ дестабилизирован, Mg2+ больше не наблюдается из-за его неспособности к октаэдрической координации. Марина и др. утверждают, что подобная координация Mg2+ встречается в HK853, но не наблюдается из-за использования АТФ аналог AMPPNP в кристаллической структуре.[7] В процессе кристаллизации аналог гидролизовался до продукта, аналогичного АДФ.

Конечная сторона кармана для связывания АТФ удобно названа «крышкой АТФ». Стабильность этой структуры обеспечивается присутствием γ-фосфата и, следовательно, Mg2+ ион в сайте связывания. Также было доказано, что наличие нуклеотидного основания играет важную роль в стабилизации крышки в закрытом состоянии. конформация. Крышка АТФ связана с остальным белком через гидрофобные остатки. Γ-фосфат АТФ в некоторой степени открыт, что позволяет дефосфорилирование Считается, что при связывании АТФ в этом кармане происходит конформационное изменение, позволяющее вращению домена СА вступать в контакт с DHp другого мономера и, таким образом, позволяя консервативному His-260 находиться рядом с γ-фосфатом. Затем Nε His-260 атакует γ-фосфат АТФ в нуклеофильное присоединение и отталкивается ADP как его уходящая группа.

Роль в грибковых инфекциях

А двухкомпонентная система, включающий гистидинкиназу и переменную регулятор реакции белок, может иметь решающее значение для вирулентности некоторых штаммов грибов, таких как грибковые микроорганизмы албиканс, который часто вызывает кандидоз в с ослабленным иммунитетом человек.[10] C. albicans с делецией CHK1, двухкомпонентного гена гистидинкиназы, обнаруживаются дефекты в морфогенез и резкое снижение способности клетки сопротивляться уничтожению человеком нейтрофилы. Поскольку людям не хватает этой двухкомпонентной системы, она может быть хорошей мишенью для антимикробный агенты для лечения кандидоз.

Рекомендации

  1. ^ Воланин П.В., Томасон П.А., Stock JB (2002). «Гистидиновые протеинкиназы: ключевые преобразователи сигналов за пределами животного мира». Геномная биология. 3 (10): reviews3013.1–3013.8. Дои:10.1186 / gb-2002-3-10-reviews3013. ЧВК  244915. PMID  12372152.
  2. ^ Фухс С.Р., Хантер Т. (2017). «pHисфорилирование: появление фосфорилирования гистидина как обратимой регуляторной модификации». Curr Opin Cell Biol. 45: 8–16. Дои:10.1016 / j.ceb.2016.12.010. ЧВК  5482761. PMID  28129587.
  3. ^ Fuhs SR, Meisenhelder J, Aslanian A, Ma L, Zagorska A, Stankova M, Binnie A, Al-Obeidi F, Mauger J, Lemke G, Yates JR 3rd, Hunter T. (2015). «Моноклональные 1- и 3-фосфогистидиновые антитела: новые инструменты для изучения фосфорилирования гистидина». Клетка. 162 (1): 198–210. Дои:10.1016 / j.cell.2015.05.046. ЧВК  4491144. PMID  26140597.
  4. ^ Гонсалес-Санчес MB, Lanucara F, Hardman GE, Eyers CE (2014). «Межмолекулярный перенос фосфата в газовой фазе в димере фосфогистидинфосфопептида». Int J масс-спектр. 367: 28–34. Bibcode:2014IJMSp.367 ... 28G. Дои:10.1016 / j.ijms.2014.04.015. ЧВК  4375673. PMID  25844054.
  5. ^ Гонсалес-Санчес МБ, Ланукара Ф, Хельм М., Эйерс CE (2013). «Попытка переписать историю: проблемы с анализом гистидин-фосфорилированных пептидов». Biochem Soc Trans. 41 (4): 1089–1095. Дои:10.1042 / bst20130072. PMID  23863184.
  6. ^ Hardman G, Perkins S, Ruan Z, Kannan N, Brownridge P, Byrne DP, Eyers PA, Jones AR, Eyers CE (13 октября 2017 г.). «Обширное неканоническое фосфорилирование в клетках человека, выявленное с помощью фосфопротеомики, опосредованной сильным анионным обменом». bioRxiv  10.1101/202820.
  7. ^ а б Марина А., Waldburger CD, Хендриксон, Вашингтон (декабрь 2005 г.). «Структура всей цитоплазматической части сенсорного белка гистидинкиназы». EMBO J. 24 (24): 4247–59. Дои:10.1038 / sj.emboj.7600886. ЧВК  1356327. PMID  16319927.
  8. ^ Паркинсон Дж. С., Кофоид ЕС (1992). «Коммуникационные модули в бактериальных сигнальных белках». Анну. Преподобный Жене. 26: 71–112. Дои:10.1146 / annurev.ge.26.120192.000443. PMID  1482126.
  9. ^ Билвес А.М., Кесада С.М., Кроал Л.Р., Крейн Б.Р., Саймон М.И. (апрель 2001 г.). «Связывание нуклеотидов гистидинкиназой CheA». Nat. Struct. Биол. 8 (4): 353–60. Дои:10.1038/86243. PMID  11276258. S2CID  25434861.
  10. ^ Торосантуччи А., Кьяни П., Де Бернардис Ф., Кассоне А., Калера Дж. А., Кальдероне Р. (февраль 2002 г.). «Делеция гена двухкомпонентной гистидинкиназы (CHK1) Candida albicans способствует усиленному ингибированию роста и уничтожению нейтрофилами человека in vitro». Заразить. Иммунная. 70 (2): 985–7. Дои:10.1128 / IAI.70.2.985-987.2002. ЧВК  127696. PMID  11796636.

дальнейшее чтение