Домены гистидинового фосфотрансфера и гистидиновые фосфотрансферазы (оба часто сокращенно обозначаются HPt ) являются белковыми доменами, участвующими в форме «фосфореле» двухкомпонентных регуляторных систем . Эти белки обладают фосфорилируемым остатком гистидина и отвечают за перенос фосфорильной группы с остатка аспартата на промежуточном домене «приемника» , обычно являющемся частью гибридной гистидинкиназы , на аспартат на конечном регуляторе ответа .
В ортодоксальной двухкомпонентной сигнализации белок гистидинкиназы автофосфорилируется на остатке гистидина в ответ на внеклеточный сигнал, а фосфорильная группа впоследствии переносится на остаток аспартата на домене-приемнике регулятора ответа . В фосфорелей «гибридная» гистидинкиназа содержит внутренний домен-приемник, содержащий аспартат, на который переносится фосфорильная группа, после чего белок HPt, содержащий фосфорилируемый гистидин, получает фосфорильную группу и, наконец, переносит ее на регулятор ответа. Таким образом, система ретрансляции развивается в порядке His-Asp-His-Asp, причем второй His вносится Hpt. [3] [4] [5] В некоторых случаях система фосфорелей построена из четырех отдельных белков, а не из гибридной гистидинкиназы с внутренним доменом-приемником, а в других примерах как домен-приемник, так и домен HPt присутствуют в полипептидной цепи гистидинкиназы. [6] : 198 Перепись двухкомпонентной системной доменной архитектуры показала, что домены HPt в бактериях чаще встречаются как домены более крупных белков, чем как отдельные белки. [4]
Повышенная сложность системы фосфорелей по сравнению с ортодоксальной двухкомпонентной сигнализацией обеспечивает дополнительные возможности для регулирования и улучшает специфичность ответа. [6] : 192 [7] Хотя между ортодоксальными двухкомпонентными системами очень мало перекрестных помех, фосфорелей допускают более сложные сигнальные пути; примеры включают раздвоенный путь с несколькими нисходящими выходами, как в случае Caulobacter crescentus ChpT HPt, участвующего в регуляции клеточного цикла , [2] или, альтернативно, пути, в которых более одной гистидинкиназы контролируют один регулятор ответа, такой как путь споруляции в Bacillus subtilis , который может приводить к сложным временным изменениям. [8] В некоторых известных случаях существует дополнительная форма регуляции в ферментах фосфогистидинфосфатазы , которые действуют на HPt, например, белок SixA Escherichia coli , который нацелен на ArcB. [6] : 206
Функция фосфопереноса гистидина может осуществляться белками с по крайней мере двумя различными архитектурами, обе из которых состоят из пучка из четырех спиралей , но различаются способом сборки пучка. Большинство структурно охарактеризованных белков HPt, таких как домен Hpt из белка ArcB Escherichia coli и белок Ypd1 Saccharomyces cerevisiae , образуют пучок в виде мономеров. [5] [2] В менее распространенном типе, таком как фактор споруляции Bacillus subtilis Spo0B или белок ChpT Caulobacter crescentus , пучок собирается в виде димера белка , имеющего сходство со структурой гистидинкиназ. [7] [2] Мономерные домены HPt обладают только одним фосфорилируемым остатком гистидина и взаимодействуют с одним регулятором ответа, тогда как димеры имеют два сайта фосфорилирования и могут взаимодействовать с двумя регуляторами ответа одновременно. Мономерные домены HPt не обладают собственной ферментативной активностью и действуют исключительно как фосфатные челноки, [10] [4], в то время как димерный Spo0B является каталитическим; его скорость переноса фосфора к регулятору ответа реципиента значительно ускорена по сравнению с фосфатом гистидина. [11] Несмотря на наличие второго домена, имеющего некоторое сходство с доменами АТФазы , не было показано, что димерные белки HPt связывают или гидролизуют АТФ и не имеют ключевых остатков, присутствующих в других АТФазах. [2]
Мономерные и димерные формы не имеют обнаруживаемого сходства последовательностей и, скорее всего, не связаны эволюционно; вместо этого они являются примерами конвергентной эволюции . [2] Хотя димерные HPts, вероятно, происходят от вырожденных гистидинкиназ, возможно, что мономерные HPts имеют ряд различных источников, поскольку существует мало эволюционных ограничений на структуру. [3]
У бактерий , где двухкомпонентная сигнализация чрезвычайно распространена, около 25% известных гистидинкиназ являются гибридными. Двухкомпонентные системы гораздо реже встречаются у архей и эукариот и встречаются у низших эукариот и растений, но не у метазоа . Среди известных примеров большинство, если не все, эукариотические двухкомпонентные системы являются гибридными киназными фосфорелей. [3]
Биоинформатическая перепись бактериальных геномов обнаружила большие вариации в количестве (мономерных) доменов HPt, идентифицированных в различных бактериальных типах , при этом некоторые геномы вообще не кодируют HPt. По отношению к количеству гистидинкиназы и регуляторов ответа, присутствующих в геноме, эукариоты имеют больше идентифицируемых доменов HPt, чем бактерии. [ 12] У грибов геномный инвентарь белков HPt варьируется, при этом нитчатые грибы, как правило, обладают большим количеством белков HPt, чем дрожжи ; только один закодирован в хорошо охарактеризованном геноме Saccharomyces cerevisiae . Растения, как правило, имеют более одного HPt, но меньше HPt, чем регуляторов ответа. [4] [10]