Мембранные слитые белки (не путать с химерными или слитыми белками ) — это белки, вызывающие слияние биологических мембран . Слияние мембран имеет решающее значение для многих биологических процессов, особенно при развитии эукариот и проникновении вирусов . Гибридные белки могут происходить из генов, кодируемых вирусами с инфекционной оболочкой , древними ретровирусами , интегрированными в геном хозяина [1] или исключительно геномом хозяина. [2] Посттранскрипционные модификации, вносимые хозяином в слитые белки, а именно добавление и модификация гликанов и ацетильных групп , могут радикально повлиять на фузогенность (способность сливаться). [3]
Геномы эукариот содержат несколько семейств генов хозяина и вирусного происхождения , которые кодируют продукты, участвующие в слиянии мембран. В то время как взрослые соматические клетки обычно не подвергаются слиянию мембран в нормальных условиях, гаметы и эмбриональные клетки следуют путям развития, чтобы не спонтанно управлять слиянием мембран, например, при формировании плаценты , образовании синцитиотрофобластов и развитии нервной системы . Пути слияния также участвуют в развитии тканей опорно-двигательного аппарата и нервной системы . События слияния везикул , участвующие в транспортировке нейротрансмиттеров, также зависят от каталитической активности слитых белков.
Семейство SNARE включает настоящие эукариотические слитые белки. Они встречаются только у эукариот и их ближайших архейных родственников, таких как Heimdallarchaeota . [4]
Эти белки происходят из гена env эндогенных ретровирусов . Это одомашненные слитые белки вирусного класса I.
HAP2 — это одомашненный слитый белок вирусного класса II, обнаруженный у различных эукариот, включая токсоплазму , сосудистые растения и плодовых мух. Этот белок необходим для слияния гамет у этих организмов. [5]
Вирусы с оболочкой легко преодолевают термодинамический барьер слияния двух плазматических мембран, сохраняя кинетическую энергию в слитых (F) белках. Белки F могут независимо экспрессироваться на поверхности клеток-хозяев, что может либо (1) заставить инфицированную клетку слиться с соседними клетками, образуя синцитий , либо (2) включиться в почкующийся вирион из инфицированной клетки, что приводит к полному освобождению. плазматической мембраны клетки-хозяина. Некоторые F-компоненты управляют исключительно слиянием, в то время как подмножество F-белков может взаимодействовать с факторами хозяина . Существует четыре группы слитых белков, классифицированных по их структуре и механизму слияния. [6]
Слитые белки класса I по своей структуре напоминают гемагглютинин вируса гриппа . После слияния активный центр имеет тример α-спиральных спиральных спиралей. Связывающий домен богат α-спиралями и гидрофобными слитыми пептидами, расположенными вблизи N-конца. Изменение конформации слияния часто можно контролировать с помощью pH. [7] [8]
Белки класса II доминируют в β-листах, а каталитические центры локализованы в центральной области. Пептидные области, необходимые для слияния, образуются из витков между β-листами. [7] [8]
Гибридные белки класса III отличаются от I и II. Обычно они состоят из 5 структурных доменов, причем домены 1 и 2, локализованные на С-конце, часто содержат больше β-листов, а домены 2–5, расположенные ближе к N-концевой стороне, богаче α-спиралями. В состоянии предварительного слияния более поздние домены вложены и защищают домен 1 (т. е. домен 1 защищен доменом 2, который вложен в домен 3, который защищен доменом 4). Домен 1 содержит каталитический сайт слияния мембран. [7] [8]
Слитые белки класса IV, более известные как ассоциированные со слиянием малые трансмембранные белки (FAST), представляют собой наименьший тип слитых белков. Они обнаружены в реовирусах , которые представляют собой вирусы без оболочки и специализируются на межклеточном слиянии, а не на слиянии вирус-клетка, образуя синцитии . Это единственные известные белки слияния мембран, обнаруженные у вирусов без оболочки. [9] [10]