stringtranslate.com

Домен PAS

Домен Per-Arnt-Sim ( PAS ) — это белковый домен , встречающийся во всех царствах жизни. [2] Как правило, домен PAS действует как молекулярный сенсор, посредством которого малые молекулы и другие белки связываются посредством связывания домена PAS. [3] [4] [5] Благодаря этой способности восприятия домен PAS был показан как ключевой структурный мотив, участвующий в белок-белковых взаимодействиях циркадных часов , и он также является распространенным мотивом, встречающимся в сигнальных белках, где он функционирует как сигнальный сенсор. [6] [7]

Открытие

Домены PAS обнаружены во многих организмах от бактерий до млекопитающих. Домен PAS был назван в честь трех белков, в которых он был впервые обнаружен: [8]

С момента первоначального открытия домена PAS, большое количество сайтов связывания домена PAS было обнаружено в бактериях и эукариотах. Подмножество, называемое белками PAS LOV, реагирует на кислород, свет и напряжение. [9]

Структура

Хотя домен PAS демонстрирует определенную степень изменчивости последовательностей, трехмерная структура ядра домена PAS в целом сохраняется. [10] Это ядро ​​состоит из пятицепочечного антипараллельного β-слоя и нескольких α-спиралей. Структурные изменения в результате сигнализации в основном возникают в β-слое . Эти сигналы распространяются через α-спирали ядра к ковалентно связанному эффекторному домену. [ 11] В 1998 году архитектура ядра домена PAS была впервые охарактеризована в структуре фотоактивного желтого белка (PYP) из Halorhodospira halophila . [10] Во многих белках требуется димер доменов PAS, при этом один связывает лиганд, а другой опосредует взаимодействия с другими белками. [5]

Примеры ПАВ в организмах

Известные домены PAS имеют менее 20% средней парной идентичности последовательностей , что означает, что они на удивление непохожи. [10] Домены PAS часто встречаются в белках с другими механизмами восприятия окружающей среды. Кроме того, многие домены PAS прикреплены к фоторецепторным клеткам. [12]

Бактерии

Часто в бактериальном царстве домены PAS располагаются на аминоконце сигнальных белков, таких как сенсорные гистидинкиназы , циклические ди-ГМФ-синтезы и гидролазы, а также метил-акцепторные белки хемотаксиса . [10]

Нейроспора

В присутствии света White Collar-1 (WC-1) и White Collar-2 (WC-2) димеризуются посредством доменов PAS, что активирует трансляцию FRQ . [13]

Дрозофила

В присутствии света CLK и CYC присоединяются через домен PAS, активируя трансляцию PER, который затем связывается с Tim через домен PER PAS. Следующие гены содержат домены связывания PAS: PER, Tim, CLK, CYC.

Арабидопсис

Домен PAS обнаружен в генах ZTL и NPH1. Эти домены очень похожи на домен PAS, обнаруженный в циркадно-ассоциированном белке Neurospora WC-1. [14]

Млекопитающие

Циркадные часы, которые в настоящее время известны для млекопитающих, начинаются, когда свет активирует BMAL1 и CLK для связывания через их домены PAS. Этот комплекс активаторов регулирует Per1, Per2 и Per3, которые все имеют домены PAS, используемые для связывания с криптохромами 1 и 2 ( семейство CRY 1,2 ). Следующие гены млекопитающих содержат домены связывания PAS: Per1, Per2, Per3, Cry1, Cry2, Bmal, Clk, Pasd1.

Другие роли PAS у млекопитающих

У млекопитающих оба домена PAS играют важную роль. PAS A отвечает за белок-белковые взаимодействия с другими белками домена PAS, в то время как PAS B играет более универсальную роль. Он опосредует взаимодействия с шаперонинами и другими малыми молекулами, такими как диоксин , но домены PAS B в NPAS2 , гомологе гена clk Drosophila, и факторе, индуцируемом гипоксией (HIF), также помогают опосредовать связывание лиганда . [12] Кроме того, было показано, что домены PAS, содержащие белок NPAS2, заменяют ген Clock у мутантных мышей, у которых полностью отсутствует ген Clock. [15]

Домен PAS также напрямую взаимодействует с BHLH . Обычно он расположен на C-конце белка BHLH. Домены PAS, содержащие белки BHLH, образуют белок BHLH-Pas, обычно обнаруживаемый и кодируемый в HIF, для которого требуются как домен PAS, так и домен BHLH и ген Clock. [16] [17] [18]

Связанные сенсорные домены

Домен GAF

Эти домены связывания cGMP обнаружены в различных фототрансдуцирующих белках эукариот и эубактерий . Они присутствуют в фитохромах растений и цианобактерий, фосфодиэстеразах (PDE) , стимулируемых cGMP позвоночных и беспозвоночных , и некоторых нефотосинтетических эубактериях. [19] [20] [21]

Кэш домена

Эти внеклеточные сигнальные домены гомологичны доменам PAS, но отличаются. [22] Они являются общими для субъединиц кальциевых (Ca2+) каналов животных и некоторых прокариотических рецепторов хемотаксиса и играют роль в распознавании малых молекул у разных видов, что предполагает консервативный механизм связывания лигандов. [23] В отличие от внутриклеточных доменов PAS и GAF, они показывают длинную дополнительную N-концевую альфа-спираль . [22]

Другие сенсорные домены

Домен Hpt

Эти домены, также известные как домены гистидинфосфотрансфера и гистидинфосфотрансферазы, представляют собой белковые домены, участвующие в «фосфореле»-форме двухкомпонентных регуляторных систем . [20]

домен HAMP

Домен HAMP (присутствующий в гистидинкиназах , аденилатциклазах , метилакцептирующих белках и фосфатазах ) [24] представляет собой альфа-спиральную область из приблизительно 50 аминокислот , которая образует димерную, четырехспиральную спираль . [25]

Ссылки

  1. ^ PDB : 1y28 ​; Dunham CM, Dioum EM, Tuckerman JR, Gonzalez G, Scott WG, Gilles-Gonzalez MA (июль 2003 г.). «Дистальный аргинин в чувствительных к кислороду доменах гем-PAS необходим для связывания лиганда, передачи сигнала и структуры». Biochemistry . 42 (25): 7701–8. doi :10.1021/bi0343370. PMID  12820879. S2CID  14090693.
  2. ^ Henry JT, Crosson S (1 января 2011 г.). «Лиганд-связывающие PAS-домены в геномном, клеточном и структурном контексте». Annual Review of Microbiology . 65 : 261–286. doi :10.1146/annurev-micro-121809-151631. PMC 3298442. PMID  21663441 . 
  3. ^ Liu YC, Machuca MA, Beckham SA, Gunzburg MJ, Roujeinikova A (октябрь 2015 г.). «Структурная основа распознавания аминокислот и трансмембранной сигнализации тандемными сенсорными доменами хеморецепторов Per-Arnt-Sim (тандемными PAS)». Acta Crystallographica. Раздел D, Биологическая кристаллография . 71 (Pt 10): 2127–2136. Bibcode :2015AcCrD..71.2127L. doi :10.1107/S139900471501384X. PMID  26457436.
  4. ^ Möglich A, Ayers RA, Moffat K (октябрь 2009 г.). «Структура и механизм сигнализации доменов Per-ARNT-Sim». Структура . 17 (10): 1282–1294. doi :10.1016/j.str.2009.08.011. PMC 3092527. PMID  19836329 . 
  5. ^ ab Hennig S, Strauss HM, Vanselow K, Yildiz O, Schulze S, Arens J, et al. (апрель 2009 г.). "Структурный и функциональный анализ взаимодействий доменов PAS часовых белков Drosophila PERIOD и мышиного PERIOD2". PLOS Biology . 7 (4): e94. doi : 10.1371/journal.pbio.1000094 . PMC 2671562 . PMID  19402751. 
  6. ^ Ponting CP, Aravind L (ноябрь 1997 г.). «PAS: многофункциональное семейство доменов выходит на свет». Current Biology . 7 (11): R674–R677. doi : 10.1016/S0960-9822(06)00352-6 . PMID  9382818. S2CID  14105830.
  7. ^ Hefti MH, Françoijs KJ, de Vries SC, Dixon R, Vervoort J (март 2004 г.). «Складка PAS. Переопределение домена PAS на основе структурного предсказания». European Journal of Biochemistry . 271 (6): 1198–1208. doi : 10.1111/j.1432-1033.2004.04023.x . PMID  15009198.
  8. ^ Möglich A, Ayers RA, Moffat K (октябрь 2009 г.). «Структура и механизм сигнализации доменов Per-ARNT-Sim». Структура . 17 (10): 1282–1294. doi :10.1016/j.str.2009.08.011. PMC 3092527. PMID  19836329 . 
  9. ^ Rosato E, Tauber E, Kyriacou CP (июнь 2006 г.). «Молекулярная генетика циркадных часов плодовой мушки». European Journal of Human Genetics . 14 (6): 729–738. doi : 10.1038/sj.ejhg.5201547 . PMID  16721409.
  10. ^ abcd Henry JT, Crosson S (1 января 2011 г.). «Лиганд-связывающие PAS-домены в геномном, клеточном и структурном контексте». Annual Review of Microbiology . 65 : 261–286. doi :10.1146/annurev-micro-121809-151631. PMC 3298442. PMID  21663441 . 
  11. ^ Möglich A, Ayers RA, Moffat K (октябрь 2009 г.). «Структура и механизм сигнализации доменов Per-ARNT-Sim». Структура . 17 (10): 1282–1294. doi :10.1016/j.str.2009.08.011. PMC 3092527. PMID  19836329 . 
  12. ^ ab McIntosh BE, Hogenesch JB, Bradfield CA (2010). «Млекопитающие белки Per-Arnt-Sim в адаптации к окружающей среде». Annual Review of Physiology . 72 : 625–645. doi :10.1146/annurev-physiol-021909-135922. PMID  20148691.
  13. ^ Harmer SL, Panda S, Kay SA (28 ноября 2003 г.). «Молекулярные основы циркадных ритмов». Annual Review of Cell and Developmental Biology . 17 : 215–253. doi :10.1146/annurev.cellbio.17.1.215. PMID  11687489.
  14. ^ Somers DE, Schultz TF, Milnamow M, Kay SA (апрель 2000 г.). «ZEITLUPE кодирует новый связанный с часами PAS-белок из Arabidopsis». Cell . 101 (3): 319–329. doi : 10.1016/S0092-8674(00)80841-7 . PMID  10847686. S2CID  3013788.
  15. ^ Debruyne JP, Noton E, Lambert CM, Maywood ES, Weaver DR, Reppert SM (май 2006). «Часовой шок: для функции циркадного осциллятора не требуются ЧАСЫ мыши». Neuron . 50 (3): 465–477. doi : 10.1016/j.neuron.2006.03.041 . PMID  16675400. S2CID  19028601.
  16. ^ Джонс С. (1 января 2004 г.). «Обзор основных белков спираль-петля-спираль». Genome Biology . 5 (6): 226. doi : 10.1186/gb-2004-5-6-226 . PMC 463060. PMID  15186484 . 
  17. ^ Ke Q, Costa M (ноябрь 2006 г.). «Фактор-1, индуцируемый гипоксией (HIF-1)». Молекулярная фармакология . 70 (5): 1469–1480. doi :10.1124/mol.106.027029. PMID  16887934. S2CID  2522614.
  18. ^ Wang GL, Jiang BH, Rue EA, Semenza GL (июнь 1995 г.). «Индуцируемый гипоксией фактор 1 — это гетеродимер базовая спираль-петля-спираль-PAS, регулируемый клеточным напряжением O2». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 92 (12): 5510–5514. Bibcode : 1995PNAS...92.5510W. doi : 10.1073/pnas.92.12.5510 . PMC 41725. PMID  7539918 . 
  19. ^ Ho YS, Burden LM, Hurley JH (октябрь 2000 г.). «Структура домена GAF, повсеместного сигнального мотива и нового класса циклических рецепторов GMP». The EMBO Journal . 19 (20): 5288–5299. doi : 10.1093/emboj/19.20.5288. PMC 314001. PMID  11032796. 
  20. ^ ab Гальперин М.Ю., Никольская А.Н., Кунин ЕВ. (сентябрь 2001 г.). "Новые домены прокариотических двухкомпонентных систем передачи сигналов". FEMS Microbiology Letters . 203 (1): 11–21. doi :10.1016/S0378-1097(01)00326-3. PMID  11557134.
  21. ^ Aravind L, Ponting CP (декабрь 1997 г.). «Домен GAF: эволюционная связь между разнообразными фототрансдуцирующими белками». Trends in Biochemical Sciences . 22 (12): 458–459. doi :10.1016/s0968-0004(97)01148-1. PMID  9433123.
  22. ^ ab Upadhyay AA, Fleetwood AD, Adebali O, Finn RD, Zhulin IB (апрель 2016 г.). «Кэш-домены, гомологичные доменам PAS, но отличающиеся от них, составляют крупнейшее суперсемейство внеклеточных сенсоров прокариот». PLOS Computational Biology . 12 (4): e1004862. doi : 10.1371/journal.pcbi.1004862 . PMC 4822843 . PMID  27049771. 
  23. ^ Anantharaman V, Aravind L (ноябрь 2000 г.). «Кэш — сигнальный домен, общий для субъединиц Ca(2+)-каналов животных и класса прокариотических хемотаксисных рецепторов». Trends in Biochemical Sciences . 25 (11): 535–537. doi :10.1016/S0968-0004(00)01672-8. PMID  11084361.
  24. ^ Aravind L, Ponting CP (июль 1999). «Цитоплазматический спиральный линкерный домен рецепторной гистидинкиназы и метил-акцептирующих белков является общим для многих прокариотических сигнальных белков». FEMS Microbiology Letters . 176 (1): 111–6. doi : 10.1016/s0378-1097(99)00197-4 . PMID  10418137.
  25. ^ Hulko M, Berndt F, Gruber M, Linder JU, Truffault V, Schultz A и др. (сентябрь 2006 г.). «Структура домена HAMP подразумевает вращение спирали в трансмембранной передаче сигналов». Cell . 126 (5): 929–40. doi : 10.1016/j.cell.2006.06.058 . PMID  16959572. S2CID  18396561.