Катионный диффузионный фасилитатор

Катионные диффузионные фасилитаторы (CDF) — это трансмембранные белки , которые обеспечивают толерантность клеток к двухвалентным ионам металлов, таким как кадмий, цинк и кобальт . Эти белки считаются эффлюксными насосами , которые удаляют эти двухвалентные ионы металлов из клеток . ^{[1] [2]} Однако некоторые члены суперсемейства CDF участвуют в поглощении ионов. ^[3] Все члены семейства CDF обладают шестью предполагаемыми трансмембранными путеводителями с самой сильной консервацией в четырех N-концевых путеводителях. ^[4] Суперсемейство катионных диффузионных фасилитаторов (CDF) включает следующие семейства: ^{[4] [5]}

• 1.A.52 - Семейство каналов Ca ²⁺ , активируемых высвобождением Ca ²⁺ (CRAC) (CRAC-C)
• 2.A.4 - Семейство катализаторов диффузии катионов (CDF)
• 2.A.19 - Семейство антипортеров катионов Ca ²⁺ (CaCA)
• 2.A.103 - Семейство экспортеров бактериальных предшественников муреина (MPE)

Семейство CDF (TC# 2.A.4) является вездесущим семейством, члены которого встречаются у бактерий, архей и эукариот. ^[4] Они транспортируют ионы тяжелых металлов, такие как ионы кадмия , цинка , кобальта , никеля , меди и ртути. Существует 9 паралогов млекопитающих, ZnT1 - 8 и 10. ^[6] Большинство белков из этого семейства имеют шесть трансмембранных спиралей, но MSC2 S. cerevisiae и Znt5 и hZTL1 H. sapiens имеют 15 и 12 предсказанных TMS соответственно. ^[7] Эти белки демонстрируют необычную степень расхождения последовательностей и вариации размеров (300-750 остатков). Эукариотические белки демонстрируют различия в локализации в клетке. Некоторые катализируют захват тяжелых металлов из цитоплазмы в различные внутриклеточные эукариотические органеллы (ZnT2-7), в то время как другие (ZnT1) катализируют отток из цитоплазмы через плазматическую мембрану во внеклеточную среду. Таким образом, некоторые из них находятся в плазматических мембранах, в то время как другие находятся в мембранах органелл, таких как вакуоли растений и дрожжей и аппарат Гольджи животных. ^{[8] [9] [10]} Они катализируют катион:протонный антипорт, имеют один существенный сайт связывания цинка в трансмембранных доменах каждого мономера в димере и имеют двуядерный сайт чувствительности и связывания цинка в цитоплазматической С-концевой области. ^[11] Представительный список белков, принадлежащих к семейству CDF, можно найти в Базе данных классификации транспортеров.

Прокариотические и эукариотические белки кластеризуются отдельно, но могут функционировать с одинаковой полярностью с помощью схожих механизмов. Эти белки являются вторичными переносчиками, которые используют движущую силу протона (pmf) и функционируют посредством антипорта H ⁺ (для оттока металла). Было показано, что один из членов, CzcD из Bacillus subtilis (TC# 2.A.4.1.3) , обменивает двухвалентный катион (Zn ²⁺ или Cd ²⁺ ) на два одновалентных катиона (K ⁺ и H ⁺ ) в электронейтральном процессе, возбуждаемом трансмембранным градиентом pH. ^[12] Другой, ZitB из E. coli (TC #2.A.4.1.4), был реконструирован в протеолипосомах и изучен кинетически. ^[13] Он, по-видимому, функционирует посредством простого антипорта Me ²⁺ :H ⁺ со стехиометрией 1:1.

Монтанини и др. (2007) провели филогенетический анализ членов семейства CDF. Их анализ выявил три основные и две второстепенные филогенетические группы. Они предполагают, что три основные группы разделяются в соответствии со специфичностью ионов металлов: ^[14]

1. Мн ²⁺
2. Fe ²⁺ и Zn ^2+, а также ионы других металлов
3. Zn ²⁺ и другие металлы, но не железо.

Рентгеновская структура YiiP E. coli представляет собой гомодимер. ^{[15] [16]}

Coudray et al. (2013) использовали криоэлектронную микроскопию для определения структуры с разрешением 13 Å гомолога YiiP из Shewanella oneidensis в липидном бислое в отсутствие Zn ²⁺ . Начиная с рентгеновской структуры в присутствии Zn ²⁺ , они использовали гибкую подгонку молекулярной динамики для построения модели. Сравнение структур предположило конформационное изменение, которое включает поворот трансмембранного пучка из четырех спиралей (M1, M2, M4 и M5) относительно пары спиралей M3-M6. Хотя доступность транспортных участков в рентгеновской модели указывает на то, что она представляет собой состояние, обращенное наружу, их модель согласуется с состоянием, обращенным внутрь, что предполагает, что конформационное изменение имеет отношение к механизму переменного доступа для транспорта. Они предположили, что димер может координировать перестройку трансмембранных спиралей. ^[17]

Большинство белков CDF, участвующих в толерантности/устойчивости к металлам посредством оттока, имеют двухмодульную архитектуру, состоящую из трансмембранного домена (TMD) и С-концевого домена (CTD), который выступает в цитоплазму. Транспортер Zn ²⁺ и Cd ²⁺ CDF из морской бактерии Maricaulis maris, не обладающий CTD, является членом нового подсемейства CDF, лишенного CTD.

Обобщенная транспортная реакция для членов семейства CDF выглядит следующим образом:

Me ²⁺ (вход) H ⁺ (выход) ± K ⁺ (выход) → Me ²⁺ (выход) H ⁺ (вход) ± K ⁺ (вход).

• Интегральный мембранный белок
• Ионный канал
• База данных классификации транспортеров
• Суперсемейство белков
• Семейство белков