stringtranslate.com

EF-Вт

EF-Tu ( термонестабильный фактор удлинения ) — прокариотический фактор удлинения , отвечающий за катализ связывания аминоацил -тРНК (аа-тРНК) с рибосомой . Это G-белок , который облегчает выбор и связывание аа-тРНК с A-сайтом рибосомы. Как отражение его решающей роли в трансляции , EF-Tu является одним из самых распространенных и высококонсервативных белков у прокариот. [2] [3] [4] Он обнаружен в эукариотических митохондриях как TUFM . [5]

Как семейство факторов удлинения, EF-Tu также включает его эукариотический и архейный гомолог, альфа-субъединицу eEF-1 (EF-1A).

Фон

Факторы удлинения являются частью механизма, который синтезирует новые белки посредством трансляции в рибосоме. Транспортные РНК (тРНК) переносят отдельные аминокислоты , которые интегрируются в белковую последовательность, и имеют антикодон для определенной аминокислоты, которой они заряжены. Информационная РНК (мРНК) переносит генетическую информацию, которая кодирует первичную структуру белка, и содержит кодоны , которые кодируют каждую аминокислоту. Рибосома создает белковую цепь, следуя коду мРНК и интегрируя аминокислоту аминоацил-тРНК (также известной как заряженная тРНК) в растущую полипептидную цепь. [6] [7]

На рибосоме есть три сайта для связывания тРНК. Это аминоацильный/акцепторный сайт (сокращенно A), пептидильный сайт (сокращенно P) и сайт выхода (сокращенно E). P-сайт удерживает тРНК, связанную с синтезируемой полипептидной цепью, а A-сайт является сайтом связывания для заряженной тРНК с антикодоном, комплементарным кодону мРНК, связанному с сайтом. После связывания заряженной тРНК с A-сайтом образуется пептидная связь между растущей полипептидной цепью на тРНК P-сайта и аминокислотой тРНК A-сайта, и весь полипептид переносится с тРНК P-сайта на тРНК A-сайта. Затем в процессе, катализируемом прокариотическим фактором удлинения EF-G (исторически известным как транслоказ), происходит скоординированная транслокация тРНК и мРНК, при этом тРНК из P-сайта перемещается в E-сайт, где она диссоциирует от рибосомы, а тРНК из A-сайта перемещается, чтобы занять свое место в P-сайте. [6] [7]

Биологические функции

Циклическая роль EF-Tu в переводе. Структуры взяты из PDB 1EFT, 1TUI и 1TTT.

Синтез белка

EF-Tu участвует в процессе удлинения полипептида при синтезе белка. У прокариот основная функция EF-Tu заключается в транспортировке правильной аа-тРНК к А-сайту рибосомы. Как G-белок, он использует ГТФ для облегчения своей функции. За пределами рибосомы EF-Tu образует комплекс с ГТФ (EF-Tu • ГТФ) с аа-тРНК, образуя стабильный тройной комплекс EF-Tu • ГТФ • аа-тРНК . [8] EF-Tu • ГТФ связывает все правильно заряженные аа-тРНК с приблизительно одинаковой аффинностью, за исключением тех, которые заряжены остатками инициации и селеноцистеином . [9] [10] Это может быть достигнуто, поскольку, хотя различные аминокислотные остатки имеют различные свойства боковой цепи , тРНК, связанные с этими остатками, имеют различные структуры для компенсации различий в аффинности связывания боковой цепи. [11] [12]

Связывание aa-tRNA с EF-Tu • GTP позволяет тройному комплексу быть перемещенным в A-сайт активной рибосомы, в котором антикодон тРНК связывается с кодоном мРНК. Если правильный антикодон связывается с кодоном мРНК, рибосома меняет конфигурацию и изменяет геометрию домена ГТФазы EF - Tu, что приводит к гидролизу ГТФ, связанного с EF-Tu, до GDP и Pi . Таким образом, рибосома функционирует как активирующий ГТФазу белок (GAP) для EF-Tu. После гидролиза GTP конформация EF-Tu резко меняется и диссоциирует от комплекса аа-tRNA и рибосомы. [4] [13] Затем аа-тРНК полностью входит в А-участок, где ее аминокислота приближается к полипептиду Р-участка , а рибосома катализирует ковалентный перенос полипептида на аминокислоту. [10]

В цитоплазме деактивированный EF-Tu • GDP подвергается воздействию прокариотического фактора удлинения EF-Ts , который заставляет EF-Tu высвобождать связанный GDP. После диссоциации EF-Ts EF-Tu способен образовывать комплекс с GTP из-за 5–10-кратной более высокой концентрации GTP, чем GDP в цитоплазме , что приводит к реактивированному EF-Tu • GTP, который затем может связываться с другой аа-тРНК. [8] [13]

Поддержание точности перевода

EF-Tu способствует точности трансляции тремя способами. При трансляции фундаментальная проблема заключается в том, что почти родственные антикодоны имеют схожую аффинность связывания с кодоном, как и родственные антикодоны, так что связывания антикодона с кодоном в рибосоме одного недостаточно для поддержания высокой точности трансляции. Это решается тем, что рибосома не активирует ГТФазную активность EF-Tu, если тРНК в А-сайте рибосомы не соответствует кодону мРНК, тем самым предпочтительно увеличивая вероятность того, что неправильная тРНК покинет рибосому. [14] Кроме того, независимо от соответствия тРНК, EF-Tu также вызывает задержку после освобождения от аа-тРНК, прежде чем аа-тРНК полностью войдет в А-сайт (процесс, называемый аккомодацией). Этот период задержки является второй возможностью для неправильно заряженных аа-тРНК выйти из А-сайта до того, как неправильная аминокислота будет необратимо добавлена ​​в полипептидную цепь. [15] [16] Третий механизм — это менее изученная функция EF-Tu, заключающаяся в грубой проверке ассоциаций аа-тРНК и отклонении комплексов, в которых аминокислота не связана с правильной кодирующей ее тРНК. [11]

Другие функции

EF-Tu был обнаружен в больших количествах в цитоскелетах бактерий, локализуясь под клеточной мембраной с MreB , элементом цитоскелета, который поддерживает форму клетки. [17] [18] Было показано, что дефекты EF-Tu приводят к дефектам в морфологии бактерий. [19] Кроме того, EF-Tu продемонстрировал некоторые шапероноподобные характеристики, при этом некоторые экспериментальные данные свидетельствуют о том, что он способствует рефолдингу ряда денатурированных белков in vitro . [20] [21] Было обнаружено, что EF-Tu «подрабатывает» на поверхности клеток патогенных бактерий Staphylococcus aureus , Mycoplasma pneumoniae и Mycoplasma hyopneumoniae , где EF-Tu процессируется и может связываться с рядом молекул хозяина. [22] В Bacillus cereus EF-Tu также находится на поверхности, где он действует как датчик окружающей среды и связывается с веществом P. [23 ]

Структура

EF-Tu, связанный с GDP (желтый) и GDPNP (красный), GTP-подобной молекулой. Домен GTPase (домен I) EF-Tu изображен темно-синим цветом, а домены связывания олигонуклеотидов II и III — светло-голубым. Структуры взяты из PDB 1EFT и 1TUI, для GDP- и GDPNP-связанного EF-Tu соответственно.

EF-Tu — мономерный белок с молекулярной массой около 43 кДа в Escherichia coli . [24] [25] [26] Белок состоит из трех структурных доменов : домена связывания ГТФ и двух доменов связывания олигонуклеотидов , часто называемых доменом 2 и доменом 3. N-концевой домен I EF-Tu — это домен связывания ГТФ. Он состоит из шести бета-цепей ядра, окруженных шестью альфа-спиралями . [8] Домены II и III EF-Tu, домены связывания олигонуклеотидов, оба принимают бета-бочку структуры. [27] [28]

GTP-связывающий домен I претерпевает драматические конформационные изменения при гидролизе GTP до GDP, что позволяет EF-Tu диссоциировать от aa-tRNA и покинуть рибосому. [29] Реактивация EF-Tu достигается путем связывания GTP в цитоплазме, что приводит к значительным конформационным изменениям, которые реактивируют сайт связывания тРНК EF-Tu. В частности, связывание GTP с EF-Tu приводит к повороту домена I на ~90° относительно доменов II и III, обнажая остатки активного сайта связывания тРНК. [30]

Домен 2 принимает структуру бета-бочки и участвует в связывании с заряженной тРНК. [31] Этот домен структурно связан с С-концевым доменом EF2 , с которым он демонстрирует слабое сходство последовательностей. Этот домен также обнаружен в других белках, таких как фактор инициации трансляции IF-2 и белки устойчивости к тетрациклину . Домен 3 представляет собой С-концевой домен, который принимает структуру бета-бочки и участвует в связывании как с заряженной тРНК, так и с EF1B (или EF-Ts). [32]

Эволюция

GTP-связывающий домен сохраняется как в EF-1alpha/EF-Tu, так и в EF-2 / EF-G и, таким образом, кажется типичным для GTP-зависимых белков, которые связывают неинициирующие тРНК с рибосомой . Семейство GTP-связывающих факторов трансляции также включает субъединицы эукариотического фактора высвобождения пептидной цепи GTP-связывающие [33] и прокариотический фактор высвобождения пептидной цепи 3 (RF-3); [34] прокариотический GTP-связывающий белок lepA и его гомолог в дрожжах (GUF1) и Caenorhabditis elegans ( ZK1236.1); дрожжевой HBS1; [35] крысиный Eef1a1 (ранее «статин S1»); [36] и прокариотический селеноцистеин -специфический фактор удлинения selB. [37]

Актуальность заболевания

Наряду с рибосомой, EF-Tu является одной из важнейших мишеней для антибиотико -опосредованного ингибирования трансляции. [8] Антибиотики, нацеленные на EF-Tu, можно разделить на две группы в зависимости от механизма действия и на четыре структурных семейства. Первая группа включает антибиотики пульвомицин и GE2270A, и ингибирует образование тройного комплекса. [38] Вторая группа включает антибиотики кирромицин и энацилоксин, и предотвращает высвобождение EF-Tu из рибосомы после гидролиза ГТФ. [39] [40] [41]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Молекула месяца PDB EF-Tu
  2. ^ Weijland A, Harmark K, Cool RH, Anborgh PH, Parmeggiani A (март 1992). «Фактор удлинения Tu: молекулярный переключатель в биосинтезе белка». Молекулярная микробиология . 6 (6): 683–8. doi : 10.1111/j.1365-2958.1992.tb01516.x . PMID  1573997.
  3. ^ "TIGR00485: EF-Tu". Национальный центр биотехнологической информации . 3 марта 2017 г.
  4. ^ ab Yamamoto H, Qin Y, Achenbach J, Li C, Kijek J, Spahn CM, Nierhaus KH (февраль 2014 г.). «EF-G и EF4: транслокация и обратная транслокация на бактериальной рибосоме». Nature Reviews. Microbiology . 12 (2): 89–100. doi :10.1038/nrmicro3176. PMID  24362468. S2CID  27196901.
  5. ^ Ling M, Merante F, Chen HS, Duff C, Duncan AM, Robinson BH (ноябрь 1997 г.). "Ген человеческого митохондриального фактора удлинения tu (EF-Tu): последовательность кДНК, геномная локализация, геномная структура и идентификация псевдогена". Gene . 197 (1–2): 325–36. doi :10.1016/S0378-1119(97)00279-5. PMID  9332382.
  6. ^ ab Laursen BS, Sørensen HP, Mortensen KK, Sperling-Petersen HU (март 2005 г.). «Инициация синтеза белка у бактерий». Microbiology and Molecular Biology Reviews . 69 (1): 101–23. doi : 10.1128/MMBR.69.1.101-123.2005. PMC 1082788. PMID  15755955. 
  7. ^ ab Ramakrishnan V (февраль 2002 г.). «Структура рибосомы и механизм трансляции». Cell . 108 (4): 557–72. doi : 10.1016/s0092-8674(02)00619-0 . PMID  11909526. S2CID  2078757.
  8. ^ abcd Краб IM, Пармеджиани А (1 января 2002 г.). Механизмы EF-Tu, пионера ГТФазы . Том. 71. С. 513–51. дои : 10.1016/S0079-6603(02)71050-7. ISBN 9780125400718. PMID  12102560. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
  9. ^ "Фактор удлинения трансляции EFTu/EF1A, бактериальный/органелльный (IPR004541)". InterPro .
  10. ^ ab Diwan, Joyce (2008). "Перевод: Синтез белка". Политехнический институт Ренсселера . Архивировано из оригинала 2017-06-30 . Получено 2017-03-09 .
  11. ^ ab LaRiviere FJ, Wolfson AD, Uhlenbeck OC (октябрь 2001 г.). «Равномерное связывание аминоацил-тРНК с фактором удлинения Tu путем термодинамической компенсации». Science . 294 (5540): 165–8. Bibcode :2001Sci...294..165L. doi :10.1126/science.1064242. PMID  11588263. S2CID  26192336.
  12. ^ Louie A, Ribeiro NS, Reid BR, Jurnak F (апрель 1984). «Относительное сродство всех аминоацил-тРНК Escherichia coli к фактору элонгации Tu-GTP». Журнал биологической химии . 259 (8): 5010–6. doi : 10.1016/S0021-9258(17)42947-4 . PMID  6370998.
  13. ^ ab Clark BF, Nyborg J (февраль 1997). "Тройной комплекс EF-Tu и его роль в биосинтезе белка". Current Opinion in Structural Biology . 7 (1): 110–6. doi :10.1016/s0959-440x(97)80014-0. PMID  9032056.
  14. ^ Nilsson J, Nissen P (июнь 2005 г.). «Факторы удлинения на рибосоме». Current Opinion in Structural Biology . 15 (3): 349–54. doi :10.1016/j.sbi.2005.05.004. PMID  15922593.
  15. ^ Whitford PC, Geggier P, Altman RB, Blanchard SC, Onuchic JN, Sanbonmatsu KY (июнь 2010 г.). «Размещение аминоацил-тРНК в рибосоме включает обратимые перемещения по нескольким путям». РНК . 16 (6): 1196–204. doi :10.1261/rna.2035410. PMC 2874171 . PMID  20427512. 
  16. ^ Noel JK, Whitford PC (октябрь 2016 г.). «Как EF-Tu может способствовать эффективному считыванию aa-tRNA рибосомой». Nature Communications . 7 : 13314. Bibcode :2016NatCo...713314N. doi :10.1038/ncomms13314. PMC 5095583 . PMID  27796304. 
  17. ^ Defeu Soufo HJ, Reimold C, Linne U, Knust T, Gescher J, Graumann PL (февраль 2010 г.). «Бактериальный фактор удлинения трансляции EF-Tu взаимодействует и колокализуется с актиноподобным белком MreB». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 107 (7): 3163–8. Bibcode : 2010PNAS..107.3163D. doi : 10.1073/pnas.0911979107 . PMC 2840354. PMID  20133608 . 
  18. ^ Mayer F (2003-01-01). "Цитоскелеты прокариот". Cell Biology International . 27 (5): 429–38. doi :10.1016/s1065-6995(03)00035-0. PMID  12758091. S2CID  40897586.
  19. ^ Mayer F (2006-01-01). «Элементы цитоскелета у бактерий Mycoplasma pneumoniae, Thermoanaerobacterium sp. и Escherichia coli, выявленные с помощью электронной микроскопии». Журнал молекулярной микробиологии и биотехнологии . 11 (3–5): 228–43. doi :10.1159/000094057. PMID  16983198. S2CID  23701662.
  20. ^ Richarme G (ноябрь 1998). "Активность белково-дисульфидной изомеразной активности фактора элонгации EF-Tu". Biochemical and Biophysical Research Communications . 252 (1): 156–61. doi :10.1006/bbrc.1998.9591. PMID  9813162.
  21. ^ Kudlicki W, Coffman A, Kramer G, Hardesty B (декабрь 1997 г.). «Ренатурация роданезы трансляционным фактором удлинения (EF) Tu. Рефолдинг белка с помощью EF-Tu flexing». Журнал биологической химии . 272 ​​(51): 32206–10. doi : 10.1074/jbc.272.51.32206 . PMID  9405422.
  22. ^ Виджаджа, Майкл; Харви, Кейт Луиза; Хагеманн, Лиза; Берри, Иэн Джеймс; Яроцкий, Вероника Мария; Раймонд, Бенджамин Бернар Армандо; Такки, Джессика Ли; Грюндель, Энн; Стил, Джоэл Рики; Падула, Мэтью Пол; Чарльз, Ян Джордж; Думке, Роджер; Джорджевич, Стивен Филип (11 сентября 2017 г.). «Фактор элонгации Tu представляет собой многофункциональный и переработанный белок, подрабатывающий по совместительству». Научные отчеты . 7 (1): 11227. doi : 10.1038/s41598-017-10644-z. ISSN  2045-2322. ПМК 5593925 . 
  23. ^ Н'Диай, Ава Р.; Боррель, Валери; Расин, Пьер-Жан; Кламенс, Томас; Депайрас, Сеголен; Майо, Оливье; Шаак, Беатрис; Шевалье, Сильви; Лесуэтье, Оливье; Фейоле, Марк Дж.Дж. (04 февраля 2019 г.). «Механизм действия подрабатывающего белка EfTu как сенсора вещества P в Bacillus cereus». Научные отчеты . 9 (1): 1304. doi : 10.1038/s41598-018-37506-6. ISSN  2045-2322. ПМК 6361937 .  В данной статье использован текст из этого источника, доступный по лицензии CC BY 4.0.
  24. ^ Кальдас Т.Д., Эль Яагуби А., Кохияма М., Ришарм Г. (октябрь 1998 г.). «Очистка факторов элонгации EF-Tu и EF-G из Escherichia coli методом ковалентной хроматографии на тиол-сефарозе». Экспрессия и очистка белков . 14 (1): 65–70. дои : 10.1006/prep.1998.0922. ПМИД  9758752.
  25. ^ Wiborg O, Andersen C, Knudsen CR, Clark BF, Nyborg J (август 1996 г.). «Картирование остатков фактора удлинения Escherichia coli Tu, участвующих в связывании аминоацил-тРНК». Журнал биологической химии . 271 (34): 20406–11. doi : 10.1074/jbc.271.34.20406 . PMID  8702777.
  26. ^ Wurmbach P, Nierhaus KH (1979-01-01). "Выделение факторов удлинения синтеза белка EF-Tu, EF-Ts и EF-G из Escherichia coli". Nucleic Acids and Protein Synthesis Part H. Methods in Enzymology. Vol. 60. pp. 593–606. doi :10.1016/s0076-6879(79)60056-3. ISBN 9780121819606. PMID  379535.
  27. ^ Wang Y, Jiang Y, Meyering-Voss M, Sprinzl M, Sigler PB (август 1997). "Кристаллическая структура комплекса EF-Tu.EF-Ts из Thermus thermophilus". Nature Structural Biology . 4 (8): 650–6. doi :10.1038/nsb0897-650. PMID  9253415. S2CID  10644042.
  28. ^ Ниссен П., Кьельдгаард М., Тируп С., Полехина Г., Решетникова Л., Кларк Б.Ф., Нюборг Дж. (декабрь 1995 г.). «Кристаллическая структура тройного комплекса Phe-tRNAPhe, EF-Tu и аналога GTP». Наука . 270 (5241): 1464–72. дои : 10.1126/science.270.5241.1464. PMID  7491491. S2CID  24817616.
  29. ^ Möller W, Schipper A, Amons R (сентябрь 1987 г.). «Консервативная аминокислотная последовательность вокруг Arg-68 фактора удлинения Artemia 1 alpha участвует в связывании гуаниновых нуклеотидов и аминоацил-транспортных РНК». Biochimie . 69 (9): 983–9. doi :10.1016/0300-9084(87)90232-x. PMID  3126836.
  30. ^ Кьелдгаард М., Ниссен П., Тируп С., Нюборг Дж. (сентябрь 1993 г.). «Кристаллическая структура фактора элонгации EF-Tu из Thermus aquaticus в конформации GTP». Структура . 1 (1): 35–50. дои : 10.1016/0969-2126(93)90007-4 . ПМИД  8069622.
  31. ^ Ниссен П., Кьельдгаард М., Тируп С., Полехина Г., Решетникова Л., Кларк Б.Ф., Нюборг Дж. (декабрь 1995 г.). «Кристаллическая структура тройного комплекса Phe-tRNAPhe, EF-Tu и аналога GTP». Наука . 270 (5241): 1464–72. дои : 10.1126/science.270.5241.1464. PMID  7491491. S2CID  24817616.
  32. ^ Wang Y, Jiang Y, Meyering-Voss M, Sprinzl M, Sigler PB (август 1997 г.). «Кристаллическая структура комплекса EF-Tu.EF-Ts из Thermus thermophilus». Nat. Struct. Biol . 4 (8): 650–6. doi :10.1038/nsb0897-650. PMID  9253415. S2CID  10644042.
  33. ^ Stansfield I, Jones KM, Kushnirov VV, Dagkesamanskaya AR, Poznyakovski AI, Paushkin SV, Nierras CR, Cox BS, Ter-Avanesyan MD, Tuite MF (сентябрь 1995 г.). «Продукты генов SUP45 (eRF1) и SUP35 взаимодействуют, опосредуя терминацию трансляции в Saccharomyces cerevisiae». EMBO J . 14 (17): 4365–73. doi :10.1002/j.1460-2075.1995.tb00111.x. PMC 394521 . PMID  7556078. 
  34. ^ Гренцманн Г., Брешемье-Бей Д., Эрге-Амар В., Букингем Р. Х. (май 1995 г.). «Функция фактора высвобождения полипептидной цепи RF-3 в Escherichia coli. Действие RF-3 в терминации преимущественно в стоп-сигналах, содержащих UGA». J. Biol. Chem . 270 (18): 10595–600. doi : 10.1074/jbc.270.18.10595 . PMID  7737996.
  35. ^ Nelson RJ, Ziegelhoffer T, Nicolet C, Werner-Washburne M, Craig EA (октябрь 1992 г.). «Трансляционный аппарат и белок теплового шока 70 кДа взаимодействуют в синтезе белка». Cell . 71 (1): 97–105. doi :10.1016/0092-8674(92)90269-I. PMID  1394434. S2CID  7417370.
  36. ^ Ann DK, Moutsatsos IK, Nakamura T, Lin HH, Mao PL, Lee MJ, Chin S, Liem RK, Wang E (июнь 1991 г.). «Выделение и характеристика крысиного хромосомного гена для полипептида (pS1), антигенно связанного со статином». J. Biol. Chem . 266 (16): 10429–37. doi : 10.1016/S0021-9258(18)99243-4 . PMID  1709933.
  37. ^ Forchhammer K, Leinfelder W, Bock A (ноябрь 1989). «Идентификация нового фактора трансляции, необходимого для включения селеноцистеина в белок». Nature . 342 (6248): 453–6. Bibcode :1989Natur.342..453F. doi :10.1038/342453a0. PMID  2531290. S2CID  4251625.
  38. ^ Selva E, Beretta G, Montanini N, Saddler GS, Gastaldo L, Ferrari P, Lorenzetti R, Landini P, Ripamonti F, Goldstein BP (июль 1991 г.). «Антибиотик GE2270 a: новый ингибитор синтеза бактериального белка. I. Выделение и характеристика». Журнал антибиотиков . 44 (7): 693–701. doi : 10.7164/antibiotics.44.693 . PMID  1908853.
  39. ^ Hogg T, Mesters JR, Hilgenfeld R (февраль 2002 г.). «Ингибирующие механизмы действия антибиотиков, нацеленных на фактор удлинения Tu». Current Protein & Peptide Science . 3 (1): 121–31. doi :10.2174/1389203023380855. PMID  12370016.
  40. ^ Andersen GR, Nissen P, Nyborg J (август 2003 г.). «Факторы удлинения в биосинтезе белка». Trends in Biochemical Sciences . 28 (8): 434–41. doi :10.1016/S0968-0004(03)00162-2. PMID  12932732.
  41. ^ Parmeggiani A, Nissen P (август 2006 г.). «Антибиотики, нацеленные на фактор удлинения Tu: четыре различные структуры, два механизма действия». FEBS Letters . 580 (19): 4576–81. Bibcode : 2006FEBSL.580.4576P. doi : 10.1016/j.febslet.2006.07.039 . PMID  16876786. S2CID  20811259.

Внешние ссылки

В данной статье использован текст из общедоступных источников Pfam и InterPro :
  • IPR000795
  • IPR004161
  • IPR004160