Cyanobakteriella klockproteiner
| KaiA-domänkristallstruktur | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 av dygnsrytmklockprotein kaia från synechococcus elongatus
| |||||||||
| Identifierare | |||||||||
| Symbol | KaiA | ||||||||
| Pfam | PF07688 | ||||||||
| InterPro | IPR011648 | ||||||||
| |||||||||
| KaiB- | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 domänlösningsstruktur för den n-terminala domänen av synechococcus elongatus sasa (genomsnittlig minimerad struktur)
| |||||||||
| Identifierare | |||||||||
| Symbol | KaiB | ||||||||
| Pfam | PF07689 | ||||||||
| Pfam klan | CL0172 | ||||||||
| InterPro | IPR011649 | ||||||||
| CDD | cd02978 | ||||||||
| |||||||||
| KaiC | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 kristallstruktur av fullängds dygnsrytmklockprotein kaic med fosforyleringsställen
| |||||||||
| Identifiers | |||||||||
| Symbol | KaiC | ||||||||
| Pfam | PF06745 | ||||||||
| Pfam klan | CL0023 | ||||||||
| InterPro | IPR014774 | ||||||||
| CDD | cd01124 | ||||||||
| |||||||||
Inom molekylärbiologi är de cyanobakteriella klockproteinerna den huvudsakliga dygnsregulatorn i cyanobakterier . De cyanobakteriella klockproteinerna omfattar tre proteiner: KaiA , KaiB och KaiC . KaiABC , komplexet kan fungera som en promotor -ickespecifik transkriptionsregulator som undertrycker transkription möjligen genom att verka på tillståndet för kromosomkomprimering . Detta komplex är uttryckt från en KaiABC -operon .
Se även: bakteriella dygnsrytmer
I komplexet förbättrar KaiA fosforyleringsstatusen för kaiC. Däremot minskar närvaron av kaiB i komplexet fosforyleringsstatusen för kaiC, vilket tyder på att kaiB verkar genom att antagonisera interaktionen mellan kaiA och kaiC. Aktiviteten hos KaiA aktiverar kaiBC-uttryck, medan KaiC undertrycker det.
Också i KaiC-familjen finns RadA/Sms, ett mycket konserverat eubakteriellt protein som delar sekvenslikhet med både RecA-strängtransferas och lon -proteas . RadA/Sms-familjen är troliga ATP-beroende proteaser involverade i både DNA-reparation och nedbrytning av proteiner, peptider , glykopeptider . De klassificeras som icke-peptidashomologer och otilldelade peptidaser i MEROPS -peptidasfamiljen S16 (lon-proteasfamiljen, klan SJ). RadA/Sms är involverat i rekombination och rekombinationell reparation, mest sannolikt involverar stabilisering eller bearbetning av grenade DNA-molekyler eller blockerade replikationsgafflar på grund av dess genetiska redundans med RecG och RuvABC.
Strukturera
Det övergripande vecket av KaiA -monomeren är det hos ett fyrhelixknippe, som bildar en dimer i den kända strukturen . KaiA fungerar som en homodimer . Varje monomer är sammansatt av tre funktionella domäner : den N-terminala amplitud-förstärkardomänen, den centrala periodjusteringsdomänen och den C-terminala klockoscillatordomänen. Den N-terminala domänen av KaiA, från cyanobakterier, fungerar som en pseudo-mottagardomän, men saknar den konserverade aspartylresten som krävs för fosfoöverföring i responsregulatorer. Den C-terminala domänen är ansvarig för dimerbildning, bindning till KaiC, förstärkning av KaiC- fosforylering och generering av cirkadiska oscillationer . KaiA-proteinet från Anabaena sp. (stam PCC 7120) saknar den N-terminala CheY-liknande domänen.
KaiB antar ett alfa-beta meandermotiv och visar sig vara en dimer eller en tetramer .
KaiC tillhör en större familj av proteiner ; den utför autofosforylering och fungerar som sin egen transkriptionsrepressor . Det binder ATP .
Alternativa arrangemang
Upptäcktshistoria
På grund av avsaknaden av en kärna i dessa organismer fanns det tvivel om huruvida cyanobakterier skulle kunna uttrycka dygnsrytmer eller inte. Kondo et al. var de första som definitivt visade att cyanobakterier faktiskt har dygnsrytm. I ett experiment från 1993 använde de en luciferasreporter som satts in i den genetiskt hanteringsbara Synechococcus sp., som odlades i en 12:12 ljus-mörk-cykel för att säkerställa "indragning". Det fanns två uppsättningar av bakterier så att den ena var i ljus medan den andra var i mörker under denna indragningsperiod. När bakterierna gick in i den stationära fasen överfördes de till provrör som hölls i konstant ljus, förutom 5-minuters inspelningsperioder var 30:e minut, där rören hölls i mörker för att mäta deras nivåer av bioluminescens . De fann att nivån av bioluminescens cyklade på en nära 24-timmarsperiod och att de två grupperna svängde med motsatta faser. Detta fick dem att dra slutsatsen att Synechococcus sp. genomet reglerades av en dygnsklocka. (1)
Funktion in vitro
Dygnsoscillatorerna i eukaryoter som har studerats fungerar med en negativ återkopplingsslinga där proteiner hämmar sin egen transkription i en cykel som tar cirka 24 timmar. Detta är känt som en transkriptionstranslationshärledd oscillator (TTO).(2) Utan en kärna måste prokaryota celler ha en annan mekanism för att hålla dygnstiden. År 1998, Ishiura et al. fastställde att KaiABC-proteinkomplexet var ansvarigt för den cirkadiska negativa återkopplingsslingan i Synechococcus genom att kartlägga 19 klockmutanter till generna för dessa tre proteiner.(3) Ett experiment av Nakajima et al., 2005, kunde påvisa den cirkadiska oscillationen av Synechococcus KaiABC-komplexet in vitro . De gjorde detta genom att lägga till KaiA , KaiB , KaiC och ATP i ett provrör i det ungefärliga förhållandet registrerat in vivo . De mätte sedan nivåerna av KaiC-fosforylering och fann att den visade dygnsrytm i tre cykler utan dämpning. Denna cykel var också temperaturkompenserande. De testade också att inkubera mutant KaiC-protein med KaiA, KaiB och ATP. De fann att perioden för KaiC-fosforylering matchade den inneboende perioden för cyanobakterien med motsvarande mutantgenom. Dessa resultat fick dem att dra slutsatsen att KaiC-fosforylering är grunden för generering av dygnsrytm hos Synechococcus. (2)
Cyanobakteriella klockor som modellsystem
Cyanobakterier är de enklaste organismer som har observerats som visar dygnsrytmer.(2)(3) Primitiviteten och enkelheten gör KaiC-fosforyleringsmodellen ovärderlig för forskning om dygnsrytm. Även om det är mycket enklare än modeller för eukaryota dygnsrytmgeneratorer, är principerna i stort sett desamma. I båda systemen är dygnsperioden beroende av interaktionerna mellan proteiner i cellen, och när generna för dessa proteiner muteras ändras den uttryckta perioden. (1)(2) Denna modell för generering av dygnsrytm har också implikationer för studiet av dygnsrytmens "evolutionära biologi". Med tanke på enkelheten hos cyanobakterier och detta dygnssystem, kan det vara säkert att anta att eukaryota cirkadiska oscillatorer härrör från ett system som liknar det som finns i cyanobakterier. (1)