stringtranslate.com

EGF-подобный домен

EGF -подобный домен является эволюционно консервативным белковым доменом , который получил свое название от эпидермального фактора роста , где он был впервые описан. Он состоит из около 30-40 аминокислотных остатков и был обнаружен во многих белках, в основном животных. [2] [3] Большинство случаев EGF-подобного домена обнаружено во внеклеточном домене мембраносвязанных белков или в белках, которые, как известно, секретируются . Исключением является простагландин-эндопероксидсинтаза . EGF-подобный домен включает 6 остатков цистеина , которые в эпидермальном факторе роста, как было показано, образуют 3 дисульфидные связи . Структуры 4-дисульфидных EGF-доменов были решены из белков ламинина и интегрина . Основная структура EGF-подобных доменов представляет собой двухцепочечный β-слой , за которым следует петля к короткому C-концевому двухцепочечному β-слою. Эти два β-слоя обычно обозначаются как основной (N-концевой) и второстепенный (C-концевой) слои. [4] EGF-подобные домены часто встречаются в многочисленных тандемных копиях в белках: эти повторы обычно складываются вместе, образуя один линейный соленоидный доменный блок в качестве функциональной единицы.

Подтипы

Несмотря на сходство доменов, подобных EGF, были идентифицированы различные подтипы доменов. [5] Два основных предложенных типа доменов, подобных EGF, — это домен, подобный человеческому EGF (hEGF), и домен, подобный комплементу C1r (cEGF), [4] , который был впервые идентифицирован в протеазе комплемента человека C1r. [5] C1r — это высокоспецифичная сериновая протеаза, инициирующая классический путь активации комплемента во время иммунного ответа. [6] Оба домена, подобные hEGF и cEGF, содержат три дисульфида и происходят от общего предка, который нес четыре дисульфида, один из которых был утрачен в ходе эволюции. Кроме того, домены, подобные cEGF, можно разделить на два подтипа (1 и 2), тогда как все домены, подобные hEGF, принадлежат к одному подтипу. [4]

Дифференциация доменов cEGF-like и hEGF-like и их подтипов основана на структурных особенностях и связности их дисульфидных связей. Домены cEGF- и hEGF-like имеют различную форму и ориентацию минорного слоя, а один C-концевой полуцистин имеет различное положение. Утраченные цистеины общего предка различаются между доменами cEGF- и hEGF-like, и, следовательно, эти типы различаются по своим дисульфидным связям. Дифференциация cEGF на подтипы 1 и 2, которая, вероятно, произошла после его отделения от hEGF, основана на различном количестве остатков между различными полуцистинами. Расположенный на N-конце мотив связывания кальция можно обнаружить как в доменах hEGF-, так и в доменах cEGF-like, и поэтому он не подходит для их различения. [4]

hEGF- и cEGF-подобные домены также содержат посттрансляционные модификации , которые часто необычны и различаются между hEGF- и cEGF-подобными доменами. Эти посттрансляционные модификации включают O-гликозилирование, в основном модификации O-фукозы, и β-гидроксилирование остатков аспартата и аспарагина. Модификации O-фукозы были обнаружены только в hEGF-подобных доменах, и они важны для правильного сворачивания hEGF-подобного домена. β-Гидроксилирование появляется в hEGF- и cEGF-подобных доменах, первый гидроксилирован на аспарагиновой кислоте, а последний гидроксилирован на остатке аспарагина. Биологическая роль этой посттрансляционной модификации неясна, [4] но у мышей с нокаутом фермента аспартил-β-гидроксилирования наблюдаются дефекты развития. [7]

Белки, содержащие EGF-подобные домены, широко распространены и могут быть исключительно hEGF- или cEGF-подобными, или содержать смесь обоих. Во многих митогенных и развивающихся белках, таких как Notch и Delta, EGF-подобные домены относятся только к типу hEGF. Другие белки содержат только cEGF, такие как тромбомодулин и рецептор ЛПНП . В смешанных EGF-белках hEGF- и cEGF-подобные домены сгруппированы вместе, причем hEGF всегда являются N-концевыми по отношению к cEGF. Такие белки участвуют в свертывании крови или являются компонентами внеклеточного матрикса, такими как фибриллин и LTBP-1 (белок 1, связывающий латентный трансформирующий фактор роста бета). В дополнение к вышеупомянутым трем дисульфидным типам hEGF- и cEGF-подобных, существуют белки, несущие четырехдисульфидный EGF-подобный домен, такие как ламинин и интегрин. [4]

Два основных подтипа EGF-подобных доменов hEGF и cEGF не только отличаются по своей структуре и конформации, но и имеют разные функции. Эта гипотеза подтверждается исследованиями LTBP-1. LTBP-1 прикрепляет трансформирующий фактор роста β (TGF-β) к внеклеточному матриксу. hEGF-подобные домены играют роль в нацеливании сборки LTBP-1/TGF-β на внеклеточный матрикс. После прикрепления к внеклеточному матриксу TGF-β диссоциирует от субъединиц hEGF, что позволяет осуществить его последующую активацию. cEGF-подобные домены, по-видимому, играют неспецифическую роль в этой активации, способствуя расщеплению LTBP-1 от TGF-β различными протеазами. [4]

В заключение следует отметить, что хотя отдельные EGF-подобные домены сгруппированы, подтипы можно четко разделить по их последовательности, конформации и, что наиболее важно, по их функции.

Роль в иммунной системе и апоптозе

Селектины , группа белков, которые участвуют в движении лейкоцитов к источнику воспаления, содержат домен, подобный EGF, а также домен лектина и короткие консенсусные повторы (SCR). [8] [9] Функции домена, подобного EGF, различаются в зависимости от типа селектина. Канзас и его коллеги смогли показать, что домен, подобный EGF, не требуется для максимальной клеточной адгезии в L-селектине (экспрессируется на лимфоцитах). Однако он участвует как в распознавании лиганда, так и в адгезии в P-селектине (экспрессируется на тромбоцитах), а также может участвовать в белок-белковых взаимодействиях. Было высказано предположение, что взаимодействия между доменами лектина и углеводными лигандами могут зависеть от кальция. [8]

Незрелые человеческие дендритные клетки , по-видимому, требуют взаимодействия с EGF-подобными доменами селектинов во время процесса их созревания. Блокирование этого взаимодействия моноклональными антителами к домену EGF-подобного домена предотвращает созревание дендритных клеток. Незрелые клетки не активируют Т-клетки и производят меньше интерлейкина 12, чем дендритные клетки дикого типа. [10]

Фан и др. смогли показать, что искусственное введение участка N-гликозилирования в EGF-подобные домены в P- и L-селектинах увеличило сродство селектинов к их лигандам и привело к более медленному качению. [9] Таким образом, EGF-подобные домены, по-видимому, играют решающую роль в движении лейкоцитов к воспалительным стимулам.

EGF-подобный домен также является частью ламининов, важной группы внеклеточных белков. EGF-подобные домены обычно замаскированы в неповрежденных мембранах, но становятся открытыми, когда мембрана разрушается, например, во время воспаления, тем самым стимулируя рост мембраны и восстанавливая поврежденные части мембраны. [11]

Более того, было показано, что повторы домена стабилина-2, подобные EGF, специфически распознают и связывают апоптотические клетки, вероятно, путем распознавания фосфатидилсерина , маркера апоптотических клеток («сигнал «съешь меня»). [12] Парк и др. далее продемонстрировали, что домены способны конкурентно нарушать распознавание апоптотических клеток макрофагами.

В заключение следует отметить, что домен, подобный EGF, по-видимому, играет важную роль в иммунных реакциях, а также в устранении мертвых клеток в организме.

Связывающий кальций

Связывающие кальций EGF-подобные домены (cbEGF-подобные домены) играют основополагающую роль в таких заболеваниях, как синдром Марфана [13] или геморрагическое расстройство, связанное с Х-хромосомой, гемофилия B [14] и являются одними из самых распространенных внеклеточных кальций-связывающих доменов. [15] Важно, что cbEGF-подобные домены придают специфические функции различным белкам в каскаде свертывания крови. Примерами являются факторы свертывания крови VII , IX и X , белок C и его кофактор белок S. [15]

Связывающие кальций домены, подобные EGF, обычно состоят из 45 аминокислот, расположенных в виде двух антипараллельных бета-слоев. [15] Несколько остатков цистеина в этой последовательности образуют дисульфидные мостики.

cbEGF-подобные домены не показывают существенных структурных отклонений от EGF-подобных доменов; однако, как следует из названия, cbEGF-подобные домены связывают один ион кальция . Сродство к связыванию с кальцием сильно варьируется и часто зависит от соседних доменов. [15] Консенсусный мотив для связывания кальция - Asp-Leu/Ile-Asp-Gln-Cys. Координация кальция сильно коррелирует с необычной посттрансляционной модификацией cbEGF-подобных доменов: либо аспарагин, либо аспартат подвергаются бета-гидроксилированию, что приводит к образованию эритро-бета-гидроксиаспарагина (Hyn) или эритро-бета-гидроксиаспарагиновой кислоты (Hya) соответственно. Hya можно обнаружить в N-концевом модуле cbEGF (см. ниже) факторов IX, X и белка C. Модификация Hyn, по-видимому, более распространена, чем Hya, и, как было показано, встречается в фибриллине-1, белке внеклеточного матрикса. [16] Обе модификации катализируются диоксигеназой Asp/Asn-бета-гидроксилазой [17] и являются уникальными для доменов EGF у эукариот. [15]

Сообщалось о дальнейших посттрансляционных модификациях. Гликозилирование в форме O-связанных ди- или трисахаридов может происходить в остатке серина между первыми двумя цистеинами факторов свертывания крови VII и IX. [18] [19] [20] Фактор VII демонстрирует O-связанную фукозу в Ser60. [20]

Несколько доменов cbEGF часто соединены одной или двумя аминокислотами, образуя более крупные повторяющиеся массивы, здесь называемые «модулями cbEGF». В каскаде свертывания крови факторы свертывания VII, IX и X и белок C содержат тандем из двух модулей cbEGF, тогда как белок S имеет четыре. Впечатляет, что в фибриллине-1 и фибриллине-2 было обнаружено 43 модуля cbEGF. [21] Модульность этих белков добавляет сложности к взаимодействию белок-белок, а также модуль-модуль. В факторах VII, IX и X двум модулям cbEGF предшествует модуль, содержащий N-концевую гамма-карбоксиглутаминовую кислоту (Gla) ( модуль Gla ). [15] Исследования in vitro тандема Gla-cbEGF, выделенного из фактора X, показали значение K d 0,1 мМ для связывания кальция [18] при концентрации свободного кальция в плазме крови приблизительно 1,2 мМ. Удивительно, но при отсутствии модуля Gla модуль cbEGF демонстрирует значение K d 2,2 мМ для кальция. [17] Таким образом, присутствие модуля Gla увеличивает сродство к кальцию в 20 раз. Аналогичным образом активность модулей Gla и сериновой протеазы модифицируется модулями cbEGF. При отсутствии кальция модули Gla и cbEGF очень подвижны. Однако, поскольку модуль cbEGF ассоциируется с кальцием, движение модуля Gla значительно ограничено, поскольку модуль cbEGF теперь принимает конформацию, которая фиксирует соседний модуль Gla в фиксированном положении. [22] [23] Таким образом, координация кальция вызывает конформационные изменения, которые, в свою очередь, могут модулировать ферментативную активность.

Нарушение координации кальция может привести к серьезным расстройствам. Дефектное связывание кальция с фактором свертывания крови IX способствует развитию гемофилии B. У людей с этим наследственным заболеванием, как правило, развиваются кровоизлияния, что потенциально приводит к опасным для жизни состояниям. Причиной гемофилии B является снижение активности или дефицит фактора свертывания крови IX. Считается, что точечные мутации, приводящие к снижению сродства фактора IX к кальцию, связаны с этим нарушением свертываемости крови. [15] На молекулярном уровне представляется, что гемофилия B может быть результатом нарушения способности эффективно локализовать модуль Gla, как это обычно происходит после координации кальция модулем cbEGF в полностью функциональном факторе IX. [15] Считается, что этот дефект нарушает биологическую функцию фактора IX. Похожая проблема возникает у пациентов с гемофилией B и имеющих мутацию (Glu78Lys) в факторе IX, которая препятствует взаимодействию двух модулей cbEGF друг с другом. [15] Наоборот, у здоровых людей Glu78 в первом модуле cbEGF контактирует с Arg94 во втором модуле cbEGF и тем самым выравнивает оба модуля. [24] Таким образом, взаимодействия доменов (частично облегчаемые координацией кальция) имеют решающее значение для каталитической активности белков, участвующих в каскаде свертывания крови.

Белки, содержащие этот домен

Ниже приведен список человеческих белков, содержащих домен, подобный EGF:

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Nagata K, Kohda D, Hatanaka H, ​​et al. (август 1994). "Структура раствора домена эпидермального фактора роста херегулина-альфа, лиганда для p180erbB-4". EMBO J . 13 (15): 3517–23. doi :10.1002/j.1460-2075.1994.tb06658.x. PMC  395255 . PMID  8062828.
  2. ^ Даунинг АК, Нотт В, Вернер Дж. М., Карди СМ, ​​Кэмпбелл ИД, Хэндфорд ПА (май 1996 г.). «Структура раствора пары доменов, подобных кальций-связывающему эпидермальному фактору роста: последствия для синдрома Марфана и других генетических расстройств». Cell . 85 (4): 597–605. doi : 10.1016/S0092-8674(00)81259-3 . PMID  8653794. S2CID  15410014.
  3. ^ Bork P, Downing AK, Kieffer B, Campbell ID (май 1996). «Структура и распределение модулей во внеклеточных белках». Q. Rev. Biophys . 29 (2): 119–67. doi :10.1017/S0033583500005783. PMID  8870072. S2CID  6104446.
  4. ^ abcdefg Wouters MA, Rigoutsos I, Chu CK, Feng LL, Sparrow DB, Dunwoodie SL (2005). «Эволюция отдельных доменов EGF со специфическими функциями». Protein Science . 14 (4): 1091–103. doi :10.1110/ps.041207005. PMC 2253431 . PMID  15772310. 
  5. ^ ab Bersch B, Hernandez JF, Marion D, Arlaud GJ (1998). "Структура раствора модуля, подобного эпидермальному фактору роста (EGF), человеческой протеазы комплемента C1r, атипичного члена семейства EGF". Биохимия . 37 (5): 1204–14. doi :10.1021/bi971851v. PMID  9477945.
  6. ^ Circolo A, Garnier G, Volanakis JE (2003). «Новый мышиный ген, связанный с комплементом, кодирующий сывороточный белок типа C1r». Молекулярная иммунология . 39 (14): 899–906. doi :10.1016/S0161-5890(02)00283-3. PMID  12686506.
  7. ^ Stenflo J, Ohlin AK, Owen WG, Schneider WJ (1988). «бета-гидроксиаспарагиновая кислота или бета-гидроксиаспарагин в рецепторе липопротеинов низкой плотности у крупного рогатого скота и в тромбомодулине у крупного рогатого скота». Журнал биологической химии . 263 (1): 21–24. doi : 10.1016/S0021-9258(19)57350-1 . PMID  2826439.
  8. ^ ab Kansas GS, Saunders KB, Ley K, et al. (1994). "Роль домена P-селектина, подобного эпидермальному фактору роста, в распознавании лиганда и клеточной адгезии". J Cell Biol . 124 (4): 609–18. doi :10.1083/jcb.124.4.609. PMC 2119911. PMID  7508943 . 
  9. ^ ab Phan UT, Waldron TT, Springer TA (2006). «Ремоделирование интерфейса домена лектин-EGF-подобного в P- и L-селектине увеличивает адгезию и сопротивление сдвигу под действием гидродинамической силы». Nat Immunol . 7 (8): 883–9. doi :10.1038/ni1366. PMC 1764822 . PMID  16845394. 
  10. ^ Zhou T, Zhang Y, Sun G и др. (2006). «Моноклональное антитело к домену лектина P-selectin-EGF ингибирует созревание незрелых дендритных клеток человека». Exp Mol Pathol . 80 (2): 171–6. doi :10.1016/j.yexmp.2005.10.004. PMID  16413535.
  11. ^ Леффлер, Г; Петридес, ЧП; Генрих, ПК (1997). Биохимия и патобиохимия (5-е изд.). Берлин, Гейдельберг: Springer-Verlag. п. 747. ИСБН 3-540-59006-4.
  12. ^ Park SY, Kim SY, Jung MY и др. (2008). «Повтор домена, подобного эпидермальному фактору роста, табилина-2 распознает фосфатидилсерин во время очистки от трупов клеток». Mol Cell Biol . 28 (17): 5288–98. doi :10.1128/MCB.01993-07. PMC 2519725. PMID  18573870 . 
  13. ^ Handford PA, Downing AK, Rao Z, Hewett DR, Sykes BC, Kielty CM (1991). «Свойства связывания кальция и молекулярная организация доменов, подобных эпидермальному фактору роста, в человеческом фибриллине-1». J. Biol. Chem . 270 (12): 6751–6. doi : 10.1074/jbc.270.12.6751 . PMID  7896820.
  14. ^ Handford PA, Mayhew M, Baron M, Winship PR, Campbell ID, Brownlee GG (1991). "Ключевые остатки, вовлеченные в мотивы связывания кальция в доменах, подобных EGF". Nature . 351 (6322): 164–7. Bibcode :1991Natur.351..164H. doi :10.1038/351164a0. PMID  2030732. S2CID  4338236.
  15. ^ abcdefghi Stenflo J, Stenberg Y, Muranyi A (2000). "Кальций-связывающие EGF-подобные модули в коагуляционных протеиназах: функция иона кальция во взаимодействиях модулей". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Структура белка и молекулярная энзимология . 1477 (1–2): 51–63. doi :10.1016/s0167-4838(99)00262-9. PMID  10708848.
  16. ^ Glanville RW, Qian RQ, McClure DW, Maslen CL и др. (1994). «Связывание кальция, гидроксилирование и гликозилирование доменов-предшественников эпидермального фактора роста фибриллина-1, белка гена Марфана». J. Biol. Chem . 269 (43): 26630–4. doi : 10.1016/S0021-9258(18)47065-2 . PMID  7929395.
  17. ^ ab Jia S, VanDusen WJ, Diehl RE и др. (1992). «Клонирование кДНК и экспрессия бычьей аспартил (аспарагинил) бета-гидроксилазы». J. Biol. Chem . 267 (20): 14322–7. doi : 10.1016/S0021-9258(19)49715-9 . PMID  1378441.
  18. ^ ab Valcarce C, Selander-Sunnerhagen M, Tämlitz AM, Drakenberg T, Björk I, Stenflo J (1996). "Сродство кальция к NH2-терминальному эпидермальному фактору роста, подобному модулю фактора X". J. Biol. Chem . 268 (35): 26673–8. doi : 10.1016/S0021-9258(19)74365-8 . PMID  8253800.
  19. ^ Nishimura H, Kawabata S, Kisiel W, et al. (1989). "Идентификация дисахарида (Xyl-Glc) и трисахарида (Xyl2-Glc), O-гликозидно связанных с остатком серина в первом домене, подобном эпидермальному фактору роста, человеческих факторов VII и IX, белка Z и бычьего белка Z". J. Biol. Chem . 264 (34): 20320–5. doi : 10.1016/S0021-9258(19)47065-8 . PMID  2511201.
  20. ^ ab Bjoern S, Foster D, Thim L, et al. (1991). "Плазма человека и рекомбинантный фактор VII". J. Biol. Chem . 266 (17): 11051–7. doi : 10.1016/S0021-9258(18)99126-X . PMID  1904059.
  21. ^ Piha-Gossack A, Sossin W, Reinhardt DT и др. (2012). «Эволюция внеклеточных фибриллинов и их функциональных доменов». PLOS ONE . 7 (3): 33560. Bibcode : 2012PLoSO ...733560P. doi : 10.1371/journal.pone.0033560 . PMC 3306419. PMID  22438950. 
  22. ^ Sunnerhagen M, Forsen S, Hoffren A, Drakenberg T, Teleman O, Stenflo J (1995). «Структура домена Gla, свободного от Ca(2+), проливает свет на связывание белков свертывания крови с мембраной». Nature Structural & Molecular Biology . 2 (6): 504–9. doi :10.1038/nsb0695-504. PMID  7664114. S2CID  8570806.
  23. ^ Sunnerhagen M, Olah GA, Stenflo J, Forsen S, Drakenberg T, Trewhella J (1996). «Относительная ориентация доменов Gla и EGF в факторе свертывания X изменяется при связывании Ca2+ с первым доменом EGF. Комбинированное исследование ЯМР-малоуглового рентгеновского рассеяния». Биохимия . 35 (36): 11547–59. doi :10.1021/bi960633j. PMID  8794734.
  24. ^ Christophe OD, Lenting PJ, Kolkman JA, Brownlee GG, Mertens K (1988). «Остатки фактора свертывания крови IX Glu78 и Arg94 обеспечивают связь между обоими доменами, подобными эпидермальному фактору роста, что имеет решающее значение во взаимодействии с легкой цепью фактора VIII». J. Biol. Chem . 273 (1): 222–27. doi : 10.1074/jbc.273.1.222 . PMID  9417068.