Домены соленоидных белков представляют собой высокомодульный тип домена белка . Они состоят из цепочки почти идентичных складок , часто называемых просто тандемными повторами . Они чрезвычайно распространены среди всех типов белков, хотя точные цифры неизвестны. [1]
В белках «повтор» — это любой блок последовательности, который повторяется более одного раза в последовательности , либо в идентичной, либо в очень похожей форме. Повторяемость сама по себе ничего не говорит о структуре белка. Как «правило большого пальца», короткие повторяющиеся последовательности (например, те, длина которых меньше 10 аминокислот) могут быть внутренне неупорядоченными и не являться частью каких-либо сложенных доменов белка . Повторы, длина которых составляет не менее 30–40 аминокислот, с гораздо большей вероятностью будут сложены как часть домена. Такие длинные повторы часто указывают на наличие соленоидного домена в белке.
Примерами неупорядоченных повторяющихся последовательностей являются 7-мерные пептидные повторы, обнаруженные в субъединице RPB1 РНК -полимеразы II , [2] или тандемные линейные мотивы связывания бета-катенина или аксина в APC (аденоматозный полипоз толстой кишки). [3] Примерами коротких повторов, демонстрирующих упорядоченные структуры, являются повтор коллагена из трех остатков или повтор пентапептида из пяти остатков , который образует структуру бета-спирали .
Из-за одинаковой формы их строительных блоков соленоидные домены могут принимать только ограниченное количество форм. Возможны две основные топологии: линейная (или открытая, как правило, с некоторой степенью винтовой кривизны) и круговая (или закрытая). [4]
Если два концевых повтора в соленоиде физически не взаимодействуют, это приводит к открытой или линейной структуре. Члены этой группы часто имеют форму стержня или полумесяца. Количество отдельных повторов может варьироваться от 2 до более 50. Явным преимуществом этой топологии является то, что как N-, так и C-концы свободны добавлять новые повторы и складки или даже удалять существующие в процессе эволюции без какого-либо грубого воздействия на структурную стабильность всего домена. [5] Этот тип домена чрезвычайно распространен среди внеклеточных сегментов рецепторов или молекул клеточной адгезии. Неисчерпывающий список примеров включает: повторы EGF , повторы кадгерина , богатые лейцином повторы , повторы HEAT , повторы анкирина , повторы броненосца , повторы тетратрикопептида и т. д. Всякий раз, когда линейная структура домена соленоида участвует в белок-белковых взаимодействиях, часто по крайней мере 3 или более повторяющихся субъединиц образуют лиганд-связывающие сайты. Таким образом, хотя отдельные повторы могут иметь (ограниченную) способность складываться самостоятельно, они обычно не могут выполнять функции всего домена в одиночку.
В случае, когда N- и C-концевые повторы находятся в тесном физическом контакте в соленоидном домене, результатом является топологически компактная, закрытая структура. Такие домены обычно демонстрируют высокую вращательную симметрию (в отличие от открытых соленоидов, которые имеют только трансляционную симметрию) и принимают форму колеса. Из-за ограничений этой структуры количество отдельных повторов не является произвольным. В случае повторов WD40 (возможно, самого большого семейства закрытых соленоидов) количество повторов может варьироваться от 4 до 10 (чаще от 5 до 7). [6] Повторы Кельха , бета-бочки и бета-трилистники являются дополнительными примерами этой архитектуры. Закрытые соленоиды часто функционируют как модули взаимодействия белок-белок: возможно, что все повторы должны присутствовать для формирования сайта связывания лиганда, если он расположен в центре или на оси домена «колесо».
Как это часто бывает в биологии, существует несколько пограничных случаев между соленоидной архитектурой и обычными доменами белка. Белки, которые содержат тандемные повторы обычных доменов, очень распространены у эукариот. Даже если эти домены прекрасно способны складываться сами по себе, некоторые из них могут связываться вместе и принимать жестко фиксированную ориентацию в полном белке. Эти наддоменные модули могут выполнять функции, на которые его отдельные компоненты неспособны. [7] Известным примером является случай тандемных доменов BRCT, обнаруженных в белке-супрессоре опухолей BRCA1 . [8] В то время как отдельные домены BRCT обнаружены в определенных белках (например, некоторых ДНК-лигазах ), связывающих ДНК, эти тандемные домены BRCT развили новую функцию: связывание фосфорилированного линейного мотива . [9] [10] В случае BRCA1 (и MDC1 ) бороздка связывания пептида лежит в расщелине, образованной соединением двух доменов. Это элегантно объясняет, почему отдельные составляющие этого супрадоменного блока неспособны связывать лиганд, в то время как их правильная сборка наделяет их новой функцией. Поэтому тандемные домены BRCT можно также рассматривать как форму одного линейного соленоидного домена.