Beta-propeller

WD-domän, G-beta-repetition
1erj 7bladed beta propeller.png
Ribbon-diagram för den C-terminala WD40-domänen av Tup1 (en transkriptionell medrepressor i jäst), som antar en 7-bladig beta-propellerveck. Bandet är färgat från blått (N-terminal) till rött (C-terminal). PDB-
identifierare
Symbol WD40
Pfam PF00400
Pfam klan CL0186
InterPro IPR001680
PROSITE PDOC00574
SCOP2 1gp2 / SCOPe / SUPFAM
CDD cd00200
Tillgängliga proteinstrukturer:
Pfam   strukturer / ECOD  
PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumma struktur sammanfattning

Inom strukturell biologi är en beta-propeller ( β-propeller ) en typ av all-β-proteinarkitektur som kännetecknas av 4 till 8 mycket symmetriska bladformade beta-skivor arrangerade toroidalt runt en central axel. Tillsammans bildar beta-arken en trattliknande aktiv webbplats.

Strukturera

Varje beta-ark har vanligtvis fyra antiparallella β-strängar arrangerade i beta-sicksack-motivet. Strängarna är vridna så att de första och fjärde strängarna är nästan vinkelräta mot varandra. Det finns fem klasser av beta-propellrar, där varje arrangemang är en mycket symmetrisk struktur med 4–8 beta-skivor, som alla i allmänhet bildar en central tunnel som ger pseudosymmetriska axlar.

Medan proteinets officiella aktiva plats för ligandbindning bildas i ena änden av den centrala tunneln av slingor mellan individuella beta-strängar, kan protein-protein-interaktioner förekomma i flera områden runt domänen. Beroende på packningen och lutning av beta-sheets och beta-strängar kan beta-propellern ha en central ficka i stället för en tunnel.

Beta-propellerstrukturen stabiliseras huvudsakligen genom hydrofoba interaktioner mellan beta-skivorna, medan ytterligare stabilitet kan komma från vätebindningar som bildas mellan beta-skivorna i de C- och N-terminala ändarna. I själva verket sluter detta cirkeln som kan förekomma ännu starkare i 4-bladiga proteiner via en disulfidbindning. Chaperonerna Hsp70 och CCT har visat sig sekventiellt binda begynnande beta-propellrar när de kommer ut från ribosomen. Dessa chaperoner förhindrar icke-native inter-blad interaktioner från att bildas tills hela beta-propellern har syntetiserats. Många beta-propellrar är beroende av CCT för uttryck. I åtminstone ett fall har joner visat sig öka stabiliteten genom att bindas djupt i beta-propellerns centrala tunnel.

Murzin föreslog en geometrisk modell för att beskriva betapropellerns strukturella principer. Enligt denna modell var den sjubladiga propellern det mest gynnade arrangemanget i geometriska termer.

Trots sin mycket bevarade natur är beta-propellrar välkända för sin plasticitet. Utöver att ha en mängd olika tillåtna betaark per domän, kan den också rymma andra domäner i sina betaark. Dessutom finns det proteiner som har visat varians i antalet beta-strängar per beta-ark. Istället för att ha de typiska fyra beta-strängarna i ett ark, har beta-laktamasinhibitorprotein -II bara tre beta-strängar per ark medan fytaset av Bacillus subtilis har fem beta-strängar per beta-ark.

Fungera

På grund av dess struktur och plasticitet kan protein-protein-interaktioner bildas med beta-propellerns topp-, botten-, centralkanal och sidoytor. Propellerns funktion kan variera beroende på bladnummer. Fyrbladiga beta-propellrar fungerar huvudsakligen som transportproteiner , och på grund av dess struktur har de en konformation som är gynnsam för substratbindning. Till skillnad från större beta-propellrar, kan fyrbladiga beta-propellrar vanligtvis inte utföra katalys själva, utan fungerar istället för att hjälpa till med katalys genom att utföra de ovan nämnda funktionerna. Fembladiga propellrar kan fungera som transferaser , hydrolaser och sockerbindande proteiner. Sex- och sjubladiga propellrar utför ett mycket bredare utbud av funktioner jämfört med fyr- och fembladiga propellrar. Dessa funktioner kan innefatta att fungera som ligandbindande proteiner, hydrolaser, lyaser , isomeraser , signalproteiner, strukturella proteiner och oxidoreduktaser .

Variationer i de större (fem- till åttabladiga) beta-propellrarna kan tillåta ännu mer specifika funktioner. Detta är fallet med den C-terminala regionen av GyrA som uttrycker en positivt laddad yta idealisk för att binda DNA. Två alfa-helixar som kommer ut från den sexbladiga betapropellern av serumparaoxonas kan ge en hydrofob region idealisk för förankring av membran. DNA-skada-bindande protein 1 har tre beta-propellrar, där kopplingen mellan två av propellrarna sätts in i den tredje propellern, vilket potentiellt möjliggör dess unika funktion.

Klinisk signifikans

  • Beta-propellerproteinassocierad neurodegeneration (BPAN) är ett tillstånd som kännetecknas av tidiga anfall, utvecklingsförseningar och intellektuell funktionsnedsättning. Med åldrande kan också muskel- och kognitiv degeneration uppstå. Varianter av WDR45 -genen har identifierats hos både män och kvinnor med detta tillstånd.
  • Familjär hyperkolesterolemi är en mänsklig genetisk sjukdom som orsakas av mutationer i genen som kodar för lågdensitetslipoproteinreceptor (LDLR), ett protein som har minst en beta-propeller. Denna sjukdom orsakar ökade koncentrationer av lågdensitetslipoprotein (LDL) och kolesterol, vilket kan leda till ytterligare konsekvenser såsom koronar åderförkalkning . Bekräftade mutationer har visat sig störa vätebindningen mellan bladen på beta-propellern.
  • Beta-propellern har använts i proteinteknik i flera fall. Yoshida et al. arbetade till exempel med glukosdehydrogenas (GDH), med en sexbladig betapropeller, för att göra ett enzym idealiskt för användning som en glukossensor. De lyckades konstruera en GDH-chimär som hade en högre termostabilitet, högre kofaktorbindningsstabilitet och ökad substratspecificitet. Dessa egenskaper tillskrevs ökade hydrofoba interaktioner på grund av mutationer vid C-terminalen av beta-propellern.
  • Beta-propellerdomänen av influensavirusneuraminidas används ofta för läkemedelsdesign . Genom studier av detta enzym har forskare utvecklat influensaneuraminidashämmare som effektivt blockerar influensaneuraminidaset och som följaktligen bromsar eller stoppar utvecklingen av influensainfektionen.

Exempel

  • Influensavirusproteinet viralt neuraminidas är ett sexbladigt beta-propellerprotein vars aktiva form är en tetramer . Det är ett av två proteiner som finns i det virala höljet och katalyserar klyvningen av sialinsyradelar från cellmembranproteiner för att hjälpa till att rikta nyproducerade virioner till tidigare oinfekterade celler.
  • WD40-repetitioner , även känd som beta-transducin-repetitioner, är korta fragment som främst finns i eukaryoter . De bildar vanligtvis beta-propellrar med 7–8 blad, men har också visat sig bilda strukturella domäner med 4 till 16 upprepade enheter som är kritiska för interaktioner mellan protein och protein. WD40-proteinmotiv är involverade i en mängd olika funktioner inklusive signaltransduktion, transkriptionsreglering och reglering av cellcykeln. De fungerar också som platser för protein-protein-interaktioner och kan till och med spela en roll i sammansättningen av proteinkomplex. Specificiteten för dessa strukturella domäner bestäms av sekvensen av proteinet utanför sig själv.
  • En beta-propeller är en kritisk komponent i LDLR och hjälper till med en pH-baserad konformationsförändring. Vid neutralt pH är LDLR i en utökad linjär konformation och kan binda ligander ( PCSK9 ). Vid surt pH ändras den linjära konformationen till en hårnålsstruktur så att ligandbindningsställen binder till beta-propellern, vilket förhindrar ligandbindning.
  • Beta-propellerfytaser består av en sexbladig β-propellerstruktur. Fytaser är fosfataser som kan hydrolysera esterbindningarna av fytat, den huvudsakliga formen av fosfatlagring i växter. Genom denna process blir fosfat som normalt är otillgängligt för boskap tillgängligt. De flesta djurfoder har tillsatt oorganiskt fosfat, som när det utsöndras kan orsaka miljöföroreningar. Tillsats av fytas i stället för fosfat i djurfoder skulle göra det möjligt för djur att bryta ner det fosfat som redan finns tillgängligt i växtmaterialet. Detta skulle teoretiskt sett ge mindre föroreningar eftersom mindre av överskottet fosfat skulle utsöndras.

Domäner

Upprepade domäner som är kända för att vikas till en beta-propeller inkluderar WD40 , YWTD , Kelch , YVTN, RIVW (PD40) och många fler. Deras sekvenser tenderar att gruppera sig, vilket tyder på en nära evolutionär länk. De är också relaterade till många beta-innehållande domäner.

Vidare läsning

  • Branden C, Tooze J. (1999). Introduktion till proteinstruktur 2nd ed. Garland Publishing: New York, NY.

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Beta-propeller&oldid=1136439234 "