Histidinkináza - Histidine kinase
| protein histidinkináza | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Krystalografická struktura ATP: protein-L-histidin N-fosfotransferasa na základě souřadnic PDB : 2c2a .
| |||||||||
| Identifikátory | |||||||||
| Č. ES | 2.7.13.3 | ||||||||
| Č. CAS | 99283-67-7 | ||||||||
| Databáze | |||||||||
| IntEnz | Pohled IntEnz | ||||||||
| BRENDA | BRENDA vstup | ||||||||
| EXPAS | Pohled NiceZyme | ||||||||
| KEGG | KEGG vstup | ||||||||
| MetaCyc | metabolická cesta | ||||||||
| PRIAM | profil | ||||||||
| PDB struktury | Součet RCSB PDB PDBe PDB | ||||||||
| Genová ontologie | Amigo / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
Histidin-kinas ( HK ) jsou multifunkční a v non-živočišné říši, typicky transmembránové , proteiny transferázy třídy enzymů, které hrají roli v přenosu signálu přes buněčnou membránu. Drtivá většina HK jsou homodimery, které vykazují aktivitu autokinázy , fosfotransferu a fosfatázy. HK mohou působit jako buněčné receptory pro signální molekuly způsobem analogickým s receptory tyrosinkinázy (RTK). Multifunkční receptorové molekuly, jako jsou HK a RTK, mají typicky části na vnější straně buňky ( extracelulární doména), které se vážou na molekuly podobné hormonům nebo růstovým faktorům, části, které pokrývají buněčnou membránu ( transmembránová doména ) a části uvnitř buňky ( intracelulární doména), které obsahují enzymatickou aktivitu. Kromě aktivity kinázy mají intracelulární domény typicky oblasti, které se vážou na sekundární efektorovou molekulu nebo komplex molekul, které dále propagují transdukci signálu v buňce. Na rozdíl od jiných tříd proteinových kináz jsou HK obvykle součástí dvousložkových mechanismů přenosu signálu, ve kterých HK přenáší fosfátovou skupinu z ATP na histidinový zbytek v rámci kinázy a poté na aspartátový zbytek na přijímací doméně odpovědi protein regulátoru (nebo někdy na samotné kináze). V nedávné době byla v lidských buňkách rozpoznána rozšířená existence proteinové histidinové fosforylace odlišná od dvoukomponentních histidin kináz. Na rozdíl od fosforylace Ser, Thr a Tyr je analýza fosforylovaného histidinu pomocí standardních biochemických a hmotnostních spektrometrických přístupů mnohem náročnější a pro jejich uchování vedle klasické fosforylace Ser, Thr a Tyr na izolovaných proteinech jsou nutné speciální postupy a separační techniky z lidských buněk.
Z hlediska Enzymology , histidin kinázy ( EC 2.7.13.3 , EnvZ , histidin protein kináza , protein histidin kináza , protein kináza (histidin) , TO1 , HP165 , Sln1p ) je enzym , který katalyzuje na chemickou reakci
- ATP + protein L-histidin ADP + protein N-fosfo-L-histidin.
Dva substráty tohoto enzymu jsou tedy ATP a protein L- histidin , zatímco jeho dva produkty jsou ADP a protein N-fosfo-L-histidin.
Tento typ enzymu se podílí na drahách přenosu signálu před mnoha buněčnými procesy, včetně různých metabolických, virulenčních a homeostatických cest.
Mechanismus
Mechanismus reakcí katalyzovaných histidinkinázou nebyl zcela objasněn, ale současné důkazy naznačují, že katalytická doména jedné dimerní jednotky se může otáčet takovým způsobem, že kapsa vázající ATP této jednotky může přijít do kontaktu s konkrétním histidinovým zbytkem na opačné jednotce a nukleofilní adice vede k fosforylovanému histidinu.
Struktura a funkce
HK se skládá z několika domén počínaje krátkou N-koncovou cytoplazmatickou částí připojenou k extracelulární snímací doméně pomocí transmembránové a šroubovice . Druhá transmembránová a šroubovice spojuje extracelulární doménu s C-koncovou cytoplazmatickou katalytickou doménou. Je známo, že HK hrají roli v mnoha různých signálních transdukčních cestách, takže není překvapující, že extracelulární snímací doména není v rodině HK příliš dobře konzervována. Naproti tomu cytoplazmatická doména mívá vysokou sekvenční homologii a obsahuje několik dobře známých motivů . Tyto motivy zahrnují krabice H, N, G1, F a G2. Autofosforylační H-box je obsažen v N-koncové dimerizační a histidinové fosfotransferové (DHp) doméně. V HK853-CD, krystalizovaném z Thermotoga maritima , je tato doména šroubovicová vlásenka a je tvořena zbytky 232-317. Místo histidinové fosforylace se nachází na His-260. Krabice N, G1, F a G2 jsou obsaženy v C-terminální katalytické doméně a doméně vázající ATP (CA). Tato doména je tvořena zbytky 323-489 a tvoří strukturu známou jako a/p sendvičový záhyb. Tento konkrétní záhyb má jednu vrstvu složenou z 5vláknového β listu a druhou vrstvu tvoří tři a helixy.
Dimerická jednotka je držena pohromadě svazkem se čtyřmi šroubovicemi, který vzniká, když C-koncové segmenty a1 šroubovic na každé podjednotce interagují antiparalelně s oběma a2 šroubovicemi. Stabilitě dimeru napomáhá několik interakcí na rozhraní mezi DHps každého monomeru. Patří sem hydrofobní interakce mezi konzervovanými hydrofobními zbytky a také dvě vodíkové vazby (Thr-252 ... Glu-316 'a Arg-263 ... Asn-307') a jeden solný můstek (Lys-270 ... Glu- 303 '). Další interakce jsou zprostředkovány vodíkovými vazbami na vodu uvnitř dutiny uvnitř vinuté cívky a lemovány hydrofobními zbytky.
Nukleotidů / ATP vazebné kapse je obsažena v oblasti CA a strukturní podobnosti této kapsy je vysoká mezi většinou HKS. Dutina CheA, rovněž krystalizovaná z T. maritima, je nejprve vytvořena β listem P4 v zadní části a boky dutiny jsou tvořeny 4 výše uvedenými motivy, krabicemi N, G1, F a G2. Většina zbytků pocházejících z P listu je hydrofobní, přičemž Asp449 je výjimkou. Tento zbytek je neměnný a tvoří vodíkovou vazbu spolu s molekulou vody na adeninaminovou skupinu. Tři další molekuly vody tvoří přímé vodíkové vazby s adeninovou bází. Ion Mg 2+ tvoří most mezi všemi třemi fosfáty a neměnným zbytkem Asn. Nakonec dvě další molekuly vody dokončují oktaedrickou koordinaci s Mg 2+ a jsou spojeny s Arg-408 a His-405. Když je γ fosfát ATP destabilizován, Mg 2+ již není pozorován kvůli jeho neschopnosti oktaedrálně koordinovat. Marina a kol. tvrdí, že podobná koordinace Mg 2+ se vyskytuje v HK853, ale že je nepozorována kvůli použití analogu ATP AMPPNP v krystalové struktuře. Během krystalizace byl analog hydrolyzován na produkt podobný ADP.
Poslední strana kapsy na vázání ATP se pohodlně nazývá „víko ATP“. Stabilita této struktury je zprostředkována přítomností y fosfátu a tedy iontu Mg 2+ ve vazebném místě. Ukázalo se také, že přítomnost nukleotidové báze hraje významnou roli při stabilizaci víčka v uzavřené konformaci . Víko ATP je spojeno prostřednictvím hydrofobních zbytků se zbytkem proteinu. Fosforečnan γ ATP je poněkud exponovaný, což umožňuje defosforylaci . Po navázání ATP v této kapse se věří, že nastane konformační změna umožňující rotaci domény CA přijít do kontaktu s DHp druhého monomeru a tím umožnit konzervovanému His-260 odpočívat v blízkosti y-fosfátu. Nε His-260 poté zaútočí na γ fosfát ATP v nukleofilním přídavku a narazí na ADP jako jeho odstupující skupinu.
Role v houbových infekcích
Dvousložkový systém (TCSs), zahrnující histidin kinázy a proměnná regulátoru odezvy protein, může být rozhodující pro virulenci některých kmenů hub, jako je Candida albicans , což je často zodpovědná za příčinou candidiasis v imunokompromitovaným osob. C. albicans s delecí CHK1, dvousložkového genu histidinkinázy, vykazují defekty morfogeneze a drastické snížení schopnosti buňky odolávat eliminaci lidskými neutrofily . Protože lidem chybí tento dvousložkový systém, může být dobrým cílem pro antimikrobiální látky k léčbě kandidózy .
Role v bakteriálních infekcích
Podobně jako houby lze dvousložkové systémy nalézt také u několika perzistentních bakteriálních infekcí. Například bylo oznámeno , že Staphylococcus aureus používá SrrAB TCS skládající se ze senzoru HK (SrrB), který by přenášel fosfátovou skupinu na regulátor efektorové odpovědi (SrrA), což vede k modifikaci aktivity SrrA včetně regulace genu. Tato TCSs byl používán S. aureus za účelem snímání změny stavu životního prostředí a přenášet signál do vhodného reagovat systému, například, Ica geny se indukuje SrrAB zprostředkovat buňky montáž a tvorby biofilmu přežít za anaerobních podmínek.
Reference
Další čtení
- Kowluru A (2002). „Identifikace a charakterizace nové proteinové histidinkinázy v beta buňce ostrůvků: důkaz pro její regulaci mastoparanem, aktivátorem G-proteinů a sekrecí inzulínu“. Biochem. Pharmacol . 63 (12): 2091–100. doi : 10.1016/S0006-2952 (02) 01025-0 . PMID 12110368 .
- Yoshimi A, Tsuda M, Tanaka C (2004). „Klonování a charakterizace genu histidinkinázy Dic1 z Cochliobolus heterostrophus, který propůjčuje rezistenci k dikarboximidu a osmotickou adaptaci“. Mol. Genet. Genomika . 271 (2): 228–36. doi : 10,1007/s00438-003-0974-4 . PMID 14752661 . S2CID 26038953 .
- Beier D, Frank R (2000). „Molekulární charakterizace dvousložkových systémů Helicobacter pylori“ . J. Bacteriol . 182 (8): 2068–76. doi : 10,1128/JB.182.8.2068-2076.2000 . PMC 111253 . PMID 10735847 .
- Pflock M, Dietz P, Schar J, Beier D (2004). „Genetický důkaz, že histidinkináza HP165 je kyselým senzorem Helicobacter pylori“ . FEMS Microbiol. Lett . 234 (1): 51–61. doi : 10.1111/j.1574-6968.2004.tb09512.x . PMID 15109719 .
- Roberts DL, Bennett DW, Forst SA (1994). „Identifikace místa fosforylace na osmosenzoru, EnvZ, Escherichia coli“ . J. Biol. Chem . 269 (12): 8728–33. doi : 10,1016/S0021-9258 (17) 37029-1 . PMID 8132603 .
- Alexandrine M. Bilwes; Lisa A. Alex; Brian R. Crane; Melvin I. Simon (1999). „Struktura CheA, signální transdukční histidin kinázy“ . Buňka . 96 (1): 131–41. doi : 10,1016/S0092-8674 (00) 80966-6 . PMID 9989504 . S2CID 16842653 .
- Ryan L. Brunsing; Chandra La Clair; Sharon Tang; Christina Chiang; Lynn E. Hancock; Marta Perego; James A Hoch (2005). „Charakterizace sporulačních histidinových kináz Bacillus anthracis“ . J. Bacteriol . 187 (20): 6972–81. doi : 10.1128/JB.187.20.6972-6981.2005 . PMC 1251614 . PMID 16199567 .
- Amr Eldakak; F. Marion Hulett (2007). „Cys303 v histidinkináze PhoR je rozhodující pro reakci fosfotransferu ve dvousložkovém systému PhoPR u Bacillus subtilis“ . J. Bacteriol . 189 (2): 410–21. doi : 10.1128/JB.01205-06 . PMC 1797398 . PMID 17085571 .
- Hirschman A, Boukhvalova M, VanBruggen R, Wolfe AJ, Stewart RC (listopad 2001). „Mutace aktivního místa v CheA, signální transdukující proteinové kináze systému chemotaxe v Escherichia coli“. Biochemie . 40 (46): 13876–87. doi : 10,1021/bi0113622 . PMID 11705377 .
