Proteinmetylering
Proteinmetylering är en typ av post-translationell modifiering med tillägg av metylgrupper till proteiner . Det kan förekomma på de kvävehaltiga sidokedjorna av arginin och lysin , men också vid amino- och karboxiändarna hos ett antal olika proteiner. Inom biologin metyltransferaser metyleringsprocessen, aktiverad primärt av S-adenosylmetionin . Proteinmetylering har studerats mest i histoner , där överföringen av metylgrupper från S-adenosylmetionin katalyseras av histonmetyltransferaser . Histoner som är metylerade på vissa rester kan verka epigenetiskt för att undertrycka eller aktivera genuttryck.
Metylering med substrat
Flera ställen av proteiner kan metyleras. För vissa typer av metylering, såsom N-terminal metylering och prenylcysteinmetylering, krävs ytterligare bearbetning, medan andra typer av metylering såsom argininmetylering och lysinmetylering inte kräver förbearbetning.
Arginin
Arginin kan metyleras en gång (monometylerat arginin) eller två gånger (dimetylerat arginin). Metylering av argininrester katalyseras av tre olika klasser av proteinargininmetyltransferaser (PRMT): Typ I PRMT (PRMT1, PRMT2, PRMT3, PRMT4, PRMT6 och PRMT8) fäster två metylgrupper till en enda terminal kväveatom, vilket producerar asymmetrisk dimetylarginin ( NG,N G-dimetylarginin). Däremot katalyserar typ II PRMT (PRMT5 och PRMT9) bildandet av symmetrisk dimetylarginin med en metylgrupp på varje terminalt kväve (symmetrisk NG,N'G-dimetylarginin). Typ I och II PRMT genererar båda N G-monometylarginin-intermediärer; PRMT7, den enda kända typ III PRMT, producerar endast monometylerat arginin.
Argininmetylering sker vanligtvis i glycin- och argininrika regioner som kallas "GAR-motiv", vilket sannolikt beror på den ökade flexibiliteten hos dessa regioner som möjliggör införande av arginin i PRMT:s aktiva plats. Ändå existerar PRMT med icke-GAR-konsensussekvenser. PRMT finns i kärnan såväl som i cytoplasman. I interaktioner mellan proteiner och nukleinsyror är argininrester viktiga vätebindningsdonatorer för fosfatryggraden - många argininmetylerade proteiner har visat sig interagera med DNA eller RNA.
Enzymer som underlättar histonacetylering [ citat behövs ] såväl som histoner i sig kan argininmetyleras . Argininmetylering påverkar interaktionerna mellan proteiner och har varit inblandad i en mängd olika cellulära processer, inklusive proteinhandel, signaltransduktion och transkriptionsreglering. Inom epigenetik är argininmetylering av histonerna H3 och H4 associerad med en mer tillgänglig kromatinstruktur och därmed högre nivåer av transkription. Förekomsten av arginindemetylaser som kan vända argininmetylering är kontroversiell.
Lysin
Lysin kan metyleras en, två eller tre gånger med lysinmetyltransferaser (PKMT). De flesta lysinmetyltransferaser innehåller en evolutionärt konserverad SET-domän , som har S-adenosylmetioninberoende metyltransferasaktivitet, men som är strukturellt skild från andra S-adenosylmetioninbindande proteiner. Lysinmetylering spelar en central roll i hur histoner interagerar med proteiner. Lysinmetylering kan återställas av lysindemetylaser ( PKDM).
Olika SET-domäninnehållande proteiner har distinkta substratspecificiteter. Till exempel metylerar SET1, SET7 och MLL lysin 4 av histon H3, medan Suv39h1, ESET och G9a specifikt metylerar lysin 9 av histon H3. Metylering vid lysin 4 och lysin 9 är ömsesidigt uteslutande och de epigenetiska konsekvenserna av platsspecifik metylering är diametralt motsatta: Metylering vid lysin 4 korrelerar med ett aktivt transkriptionstillstånd, medan metylering vid lysin 9 är associerad med transkriptionell repression och heterokromatin. Andra lysinrester på histon H3 och histon H4 är också viktiga platser för metylering av specifika SET-domäninnehållande enzymer. Även om histoner är det främsta målet för lysinmetyltransferaser, bär andra cellulära proteiner N-metyllysinrester, inklusive förlängningsfaktor 1A och det kalciumavkännande proteinet calmodulin .
N-terminal metylering
Många eukaryota proteiner modifieras posttranslationellt på sin N-terminal. En vanlig form av N-terminal modifiering är N-terminal metylering (Nt-metylering) av N-terminala metyltransferaser (NTMT). Proteiner som innehåller konsensusmotivet H 2 N-X-Pro-Lys- (där X kan vara Ala, Pro eller Ser) efter avlägsnande av initiatorn metionin (iMet) kan utsättas för N-terminal α-amino-metylering. Monometylering kan ha små effekter på α-aminokvävets nukleofilicitet och basicitet, medan trimetylering (eller dimetylering vid prolin) kommer att resultera i avskaffande av nukleofilicitet och en permanent positiv laddning på den N-terminala aminogruppen. demetylering av aminer är möjlig ur en biokemisk synvinkel anses Nt-metylering vara irreversibel eftersom inget N-terminalt demetylas hittills har beskrivits. Histonvarianter CENP-A och CENP-B har visat sig vara Nt-metylerade in vivo.
Prenylcystein
Eukaryota proteiner med C-terminaler som slutar i ett CAAX-motiv utsätts ofta för en serie posttranslationella modifieringar. CAAX-svansbearbetningen sker i tre steg: Först fästs ett prenyllipidankare till cysteinet genom en tioesterbindning . Sedan sker endoproteolys för att avlägsna de tre sista aminosyrorna i proteinet för att exponera prenylcystein-α-COOH-gruppen. Slutligen metyleras den exponerade prenylcysteingruppen. Vikten av denna modifiering kan ses i riktad störning av metyltransferaset för mus-CAAX-proteiner, där förlust av isoprenylcysteinkarboxylmetyltransferas resulterade i dödlighet i mitten av graviditeten.
Den biologiska funktionen av prenylcysteinmetylering är att underlätta inriktningen av CAAX-proteiner till membranytor i celler. Prenylcystein kan demetyleras och denna omvända reaktion katalyseras av isoprenylcysteinkarboxylmetylesteraser. CAAX-box som innehåller proteiner som är prenylcysteinmetylerade inkluderar Ras , GTP-bindande proteiner, nukleära laminer och vissa proteinkinaser . Många av dessa proteiner deltar i cellsignalering och de använder prenylcysteinmetylering för att koncentrera dem på plasmamembranets cytosoliska yta där de är funktionella.
Metyleringar på C-terminalen kan öka ett proteins kemiska repertoar och är kända för att ha en stor effekt på ett proteins funktioner.
Proteinfosfatas 2
I eukaryota celler katalyserar fosfataser avlägsnandet av fosfatgrupper från tyrosin, serin och treonin fosfoproteiner. Den katalytiska subenheten av de huvudsakliga serin/treonin-fosfataserna, som proteinfosfatas 2, modifieras kovalent genom den reversibla metyleringen av dess C-terminal för att bilda en leucinkarboximetylester . Till skillnad från CAAX-motivmetylering krävs ingen C-terminal bearbetning för att underlätta metylering. Denna C-terminala metyleringshändelse reglerar rekryteringen av regulatoriska proteiner till komplex genom stimulering av protein-protein-interaktioner, vilket indirekt reglerar aktiviteten av serin-treonin-fosfataskomplexet. Metylering katalyseras av ett unikt proteinfosfatasmetyltransferas. Metylgruppen avlägsnas av ett specifikt proteinfosfatasmetylesteras. Dessa två motsatta enzymer gör serin-treonin-fosfatas-metylering till en dynamisk process som svar på stimuli.
L-isoaspartyl
Skadade proteiner ackumulerar isoaspartyl som orsakar proteininstabilitet, förlust av biologisk aktivitet och stimulering av autoimmuna svar. Den spontana åldersberoende nedbrytningen av L-aspartylrester resulterar i bildningen av en succinimidylmellanprodukt, en succinimidradikal . Detta hydrolyseras spontant antingen tillbaka till L-aspartyl eller, i en mer gynnsam reaktion, till onormal L-isoaspartyl. En metyltransferasberoende väg finns för omvandlingen av L-isoaspartyl tillbaka till L-aspartyl. För att förhindra ackumulering av L-isoaspartyl metyleras denna rest av proteinet L-isoaspartyl-metyltransferas, som katalyserar bildningen av en metylester, som i sin tur omvandlas tillbaka till en succinimidyl-mellanprodukt. Förlust och ökning av funktionsmutationer har avslöjat den biologiska betydelsen av L-isoaspartyl O-metyltransferas i åldersrelaterade processer: Möss som saknar enzymet dör unga av dödlig epilepsi, medan flugor konstruerade för att överuttrycka det har en ökad livslängd på över 30%.
Fysiska effekter
Ett vanligt tema med metylerade proteiner, som med fosforylerade proteiner, är rollen som denna modifiering spelar i regleringen av protein-protein-interaktioner . Argininmetyleringen av proteiner kan antingen hämma eller främja protein-protein-interaktioner beroende på typen av metylering. Den asymmetriska dimetyleringen av argininrester i nära anslutning till prolinrika motiv kan hämma bindningen till SH3-domäner . Den motsatta effekten ses med interaktioner mellan överlevnaden av motorneuronprotein och snRNP-proteinerna SmD1, SmD3 och SmB/B', där bindning främjas av symmetrisk dimetylering av argininrester i snRNP-proteinerna.
Ett välkarakteriserat exempel på en metyleringsberoende protein-protein-interaktion är relaterad till den selektiva metyleringen av lysin 9, av SUV39H1 på den N-terminala svansen av histonen H3 . Di- och tri-metylering av denna lysinrest underlättar bindningen av heterokromatinprotein 1 (HP1). Eftersom HP1 och Suv39h1 interagerar, tros det att bindningen av HP1 till histon H3 bibehålls och till och med tillåts att det sprids längs kromatinet. HP1-proteinet hyser en kromodomän som är ansvarig för den metylberoende interaktionen mellan det och lysin 9 i histon H3. Det är troligt att ytterligare kromodomäninnehållande proteiner kommer att binda samma plats som HP1 och till andra lysinmetylerade positioner på histonerna H3 och Histon H4 .
C-terminal proteinmetylering reglerar sammansättningen av proteinfosfatas. Metylering av den av proteinfosfatas 2A ökar bindningen av den regulatoriska B-subenheten och underlättar sammansättning av holoenzym.