Миристоилирование
Модификация липидизации
При миристоилировании добавляется миристоильная группа (полученная из миристиновой кислоты , изображенной выше).
Котрансляционное присоединение миристиновой кислоты N -миристоилтрансферазой к N -концевому глицину зарождающегося белка.

Миристоилирование — это модификация липидизации, при которой миристоильная группа , полученная из миристиновой кислоты , ковалентно присоединена амидной связью к альфа-аминогруппе N -концевого остатка глицина . [1] Миристиновая кислота — это 14-углеродная насыщенная жирная кислота (14:0) с систематическим названием n -тетрадекановая кислота. Эта модификация может быть добавлена ​​либо котрансляционно, либо посттрансляционно . N -миристоилтрансфераза (NMT) катализирует реакцию присоединения миристиновой кислоты в цитоплазме клеток. [2] Это событие липидизации является наиболее распространенным типом жирного ацилирования [3] и присутствует во многих организмах, включая животных , растения , грибы , простейших [4] и вирусы . Миристоилирование допускает слабые белок-белковые и белок-липидные взаимодействия [5] и играет важную роль в нацеливании на мембрану, белок-белковых взаимодействиях и широко функционирует в различных путях передачи сигнала .

Открытие

В 1982 году лаборатория Коити Титани идентифицировала « N -концевую блокирующую группу» на каталитической субъединице циклической АМФ-зависимой протеинкиназы у коров как n -тетрадеканоил. [6] Почти одновременно в лаборатории Клода Б. Клее эта же N -концевая блокирующая группа была дополнительно охарактеризована как миристиновая кислота. [7] Обе лаборатории сделали это открытие, используя схожие методы: масс-спектрометрию и газовую хроматографию . [6] [7]

Н-миристоилтрансфераза

Кристаллическая структура человеческой N- миристоилтрансферазы типа I со связанным миристоил-КоА. Миристоил-КоА (красный). PDB ID: 3IU1

Фермент N -миристоилтрансфераза (NMT) или глицилпептид N -тетрадеканоилтрансфераза отвечает за необратимое добавление миристоильной группы к N -концевым или внутренним остаткам глицина белков. Эта модификация может происходить котрансляционно или посттрансляционно . У позвоночных эта модификация осуществляется двумя NMT, NMT1 и NMT2 , оба из которых являются членами суперсемейства ацетилтрансфераз GCN5 . [8]

Структура

Кристаллическая структура NMT показывает две идентичные субъединицы, каждая со своим собственным сайтом связывания миристоил-КоА. Каждая субъединица состоит из большого седловидного β-слоя, окруженного α-спиралями . Симметрия складки псевдодвухстворчатая. [ необходимо разъяснение ] Миристоил-КоА связывается с N -концевой частью, в то время как С -концевой конец связывает белок. [9]

Механизм

Добавление миристоильной группы происходит посредством реакции нуклеофильного присоединения-элиминирования . Во-первых, миристоил кофермент А (КоА) располагается в своем связывающем кармане NMT таким образом, что карбонил обращен к двум аминокислотным остаткам, фенилаланину 170 и лейцину 171. [9] Это поляризует карбонил таким образом, что на углероде имеется чистый положительный заряд, что делает его восприимчивым к нуклеофильной атаке со стороны остатка глицина модифицируемого белка. Когда миристоил КоА связывается, NMT переориентируется, чтобы позволить связывание пептида. Затем C -конец NMT действует как общее основание для депротонирования NH 3 + , активируя аминогруппу для атаки на карбонильную группу миристоил-КоА. Полученный тетраэдрический промежуточный продукт стабилизируется взаимодействием между положительно заряженной оксианионной дыркой и отрицательно заряженным алкоксидным анионом. Затем высвобождается свободный КоА, что приводит к конформационным изменениям фермента, что позволяет высвободить миристоилированный пептид. [2]

Механизм присоединения миристоилирования с помощью N -миристоилтрансферазы.

Котрансляционное и посттрансляционное добавление

Котрансляционные и посттрансляционные ковалентные модификации позволяют белкам развивать более высокие уровни сложности в клеточной функции, дополнительно добавляя разнообразие протеому . [ 10] Добавление миристоил-КоА к белку может происходить во время трансляции белка или после. Во время котрансляционного добавления миристоильной группы N -концевой глицин модифицируется после расщепления N -концевого остатка метионина в новообразованном, растущем полипептиде . [1] Посттрансляционное миристоилирование обычно происходит после события расщепления каспазой , что приводит к обнажению внутреннего остатка глицина, который затем доступен для добавления миристиновой кислоты. [8]

Функции

Миристоилированные белки

БелокФизиологическая рольФункция миристоилирования
АктинСтруктурный белок цитоскелетаПосттрансляционное миристоилирование во время апоптоза [8]
Делать ставкуБелок, способствующий апоптозуПосттрансляционное миристоилирование после расщепления каспазой направляет белок в митохондриальную мембрану [8]
МАРКСсшивание актина при фосфорилировании протеинкиназой СКотрансляционное миристоилирование способствует ассоциации с плазматической мембраной
G-протеинСигнальная ГТФазаКотрансляционное миристоилирование способствует ассоциации плазматической мембраны [11]
ГельзолинБелок, разрывающий актиновые нитиПосттрансляционное миристоилирование усиливает антиапоптотические свойства [8]
ПАК2Серин/треониновая киназа рост клеток, подвижность, стимулятор выживанияПосттрансляционное миристоилирование усиливает апоптотические свойства и индуцирует локализацию плазматической мембраны [8]
Арфрегуляция везикулярного транспорта и ремоделирования актинаN -концевое миристоилирование способствует ассоциации с мембраной
ГиппокальцинНейрональный кальциевый датчикСодержит переключатель Ca 2+ /миристоил
ФСП1Фактор, индуцирующий апоптоз, ассоциированный с митохондриями 2 ( AIFM2 )Способствует ассоциации FSP1 с липидным бислоем, что обеспечивает устойчивость к ферроптозу. [12]

Молекулярный переключатель миристоилирования

Миристоилирование не только диверсифицирует функцию белка, но и добавляет к нему уровни регуляции. Одной из наиболее распространенных функций миристоиловой группы является мембранная ассоциация и клеточная локализация модифицированного белка. Хотя миристоиловая группа добавляется к концу белка, в некоторых случаях она изолируется в гидрофобных областях белка, а не подвергается воздействию растворителя. [5] Регулируя ориентацию миристоиловой группы, эти процессы могут быть высоко скоординированы и тщательно контролироваться. Таким образом, миристоилирование является формой « молекулярного переключателя ». [13]

Как гидрофобные миристоиловые группы, так и «базовые участки» (высокоположительные области на белке) характеризуют миристоил-электростатические переключатели. Базовый участок позволяет благоприятным электростатическим взаимодействиям происходить между отрицательно заряженными фосфолипидными головками мембраны и положительной поверхностью ассоциированного белка. Это позволяет более тесно ассоциировать и направленно локализовать белки. [5]

Миристоил-конформационные переключатели могут иметь несколько форм. Связывание лиганда с миристоилированным белком с его секвестрированной миристоиловой группой может вызвать конформационное изменение в белке, что приводит к обнажению миристоиловой группы. Аналогично, некоторые миристоилированные белки активируются не назначенным лигандом, а путем обмена GDP на GTP факторами обмена гуаниновых нуклеотидов в клетке. Как только GTP связывается с миристоилированным белком, он активируется, обнажая миристоиловую группу. Эти конформационные переключатели могут использоваться в качестве сигнала для клеточной локализации, мембранно-белковых и белок-белковых взаимодействий . [5] [13] [14]

Двойные модификации миристоилированных белков

Дальнейшие модификации N -миристоилированных белков могут добавить еще один уровень регуляции для миристоилированного белка. Двойное ацилирование может способствовать более строго регулируемой локализации белка, в частности, направляя белки на липидные рафты в мембранах [15] или позволяя диссоциацию миристоилированных белков из мембран.

Миристоилирование и пальмитоилирование обычно являются сопряженными модификациями. Миристоилирование само по себе может способствовать временным мембранным взаимодействиям [5] , которые позволяют белкам закрепляться на мембранах, но легко диссоциировать. Дальнейшее пальмитоилирование обеспечивает более прочное закрепление и более медленную диссоциацию от мембран, когда это требуется клетке. Эта специфическая двойная модификация важна для путей рецепторов, сопряженных с G-белком , и называется двойным переключением жирного ацилирования. [5] [8]

За миристоилированием часто следует фосфорилирование близлежащих остатков. Дополнительное фосфорилирование того же белка может снизить электростатическое сродство миристоилированного белка к мембране, вызывая перемещение этого белка в цитоплазму после диссоциации от мембраны. [5]

Передача сигнала

Миристоилирование играет важную роль в мембранном нацеливании и передаче сигнала [16] в ответах растений на стресс окружающей среды. Кроме того, в передаче сигнала через G-белок пальмитоилирование α-субъединицы, пренилирование γ-субъединицы и миристоилирование участвуют в связывании G-белка с внутренней поверхностью плазматической мембраны, чтобы G-белок мог взаимодействовать со своим рецептором. [17]

Апоптоз

Миристоилирование является неотъемлемой частью апоптоза или запрограммированной клеточной смерти. Апоптоз необходим для клеточного гомеостаза и происходит, когда клетки находятся в состоянии стресса, например, гипоксии или повреждения ДНК . Апоптоз может протекать либо посредством митохондриальной, либо посредством рецепторно-опосредованной активации. При рецепторно-опосредованном апоптозе апоптотические пути запускаются, когда клетка связывается с рецептором смерти. В одном из таких случаев связывание рецептора смерти инициирует образование сигнального комплекса, индуцирующего смерть , комплекса, состоящего из множества белков, включая несколько каспаз, включая каспазу 3. Каспаза 3 расщепляет ряд белков, которые впоследствии миристоилируются NMT. ​​Проапоптотический агонист смерти, взаимодействующий с доменом BH3 (Bid), является одним из таких белков, который после миристоилирования транслоцируется в митохондрии , где он вызывает высвобождение цитохрома c, что приводит к гибели клетки. [8] Актин , гельзолин и активируемая p21 киназа 2 PAK2 — это три других белка, которые миристоилируются после расщепления каспазой 3 , что приводит либо к повышению, либо к снижению апоптоза. [8]

Влияние на здоровье человека

Рак

c-Src — это ген, который кодирует протоонкогенную тирозин-протеинкиназу Src, белок, важный для нормального митотического цикла . Он фосфорилируется и дефосфорилируется для включения и выключения сигнализации. Протоонкогенная тирозин-протеинкиназа Src должна быть локализована в плазматической мембране , чтобы фосфорилировать другие нижестоящие мишени; миристоилирование отвечает за это событие нацеливания на мембрану . Повышенное миристоилирование c-Src может привести к усилению пролиферации клеток и быть ответственным за трансформацию нормальных клеток в раковые . [5] [14] [18] Активация c-Src может привести к так называемым « признакам рака », среди которых повышенная регуляция ангиогенеза , пролиферации и инвазии . [19]

Вирусная инфекционность

ВИЧ-1 использует миристоилирование матричного белка для доставки вирусных белков и вирусного генома к мембране для почкования и созревания вируса.

ВИЧ-1 — это ретровирус , который полагается на миристоилирование одного из своих структурных белков для успешной упаковки своего генома, сборки и созревания в новую инфекционную частицу. Вирусный матричный белок , N -концевой домен полипротеина gag , миристоилирован. [20] Эта модификация миристоилирования нацеливает gag на мембрану клетки-хозяина. Используя миристоил-электростатический переключатель, [13] включая базовый участок на матричном белке, gag может собираться на липидных плотах на плазматической мембране для сборки вируса , почкования и дальнейшего созревания. [18] Чтобы предотвратить вирусную инфекционность, миристоилирование матричного белка может стать хорошей мишенью для лекарств.

Прокариотические и эукариотические инфекции

Некоторые НМТ являются терапевтическими мишенями для разработки лекарств против бактериальных инфекций . Было показано, что миристоилирование необходимо для выживания ряда болезнетворных грибков , среди которых C. albicans и C. neoformans . Помимо прокариотических бактерий, НМТ многочисленных болезнетворных эукариотических организмов также были идентифицированы как лекарственные мишени . Правильное функционирование НМТ у простейших Leishmania major и Leishmania donovani ( лейшманиоз ), Trypanosoma brucei ( африканская сонная болезнь ) и P. falciparum ( малярия ) необходимо для выживания паразитов. Ингибиторы этих организмов в настоящее время изучаются. Был идентифицирован ингибитор пиразолсульфонамида , который селективно связывает T. brucei , конкурируя за сайт связывания пептида , тем самым ингибируя ферментативную активность и устраняя паразита из кровотока мышей с африканской сонной болезнью . [8]


Уход

Ингибирование миристоилированных белков, которые необходимы для жизненного цикла вируса, будет ингибировать вирусное распространение. Действительно, это было показано с вирусами маммаренавирусов , включая вирусы геморрагической лихорадки, такие как ласса и хунин , где затронутые миристоилированные белки - это белок матрицы Z, который помогает в сборке и почковании вируса, и гликопротеин 1 (GP1), в частности сигнальный пептид GP1. Ингибирование миристоилирования в клетках, инфицированных вирусами маммаренавирусами, сигнализировало белок Z и сигнальный пептид GP1 о деградации, что ограничивает сборку, почкование и распространение вируса. [21] У вирусов коровьей оспы и оспы обезьян есть четыре миристоилированных белка, на которые можно воздействовать, чтобы прервать жизненный цикл вируса; было показано, что ингибирование миристоилирования полностью подавляет распространение вируса при комбинированной терапии; L1R является необходимым белком для жизненного цикла как у вирусов коровьей оспы, так и у вирусов оспы обезьян; ингибирование миристоилирования при монотерапии и комбинированной терапии привело к полному ингибированию. [22]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Cox, David L. Nelson, Michael M. (2005). Принципы биохимии Ленингера (4-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 978-0716743392.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  2. ^ аб Таманой, Фуюхико; Сигман, Дэвид С., ред. (2001). Липидирование белков . Том. 21 (3-е изд.). Сан-Диего, Калифорния: Academic Press. ISBN 978-0-12-122722-7.
  3. ^ Мохаммадзаде, Фатемех; Хоссейни, Вахид; Мехдизаде, Амир; Дани, Кристиан; Дараби, Масуд (2018-11-30). «Метод валового анализа глобального ацилирования белков с помощью газожидкостной хроматографии». IUBMB Life . 71 (3): 340–346 . doi : 10.1002/iub.1975 . ISSN  1521-6543. PMID  30501005.
  4. ^ Кара, UA; Стенцель, DJ; Ингрэм, LT; Бушелл, GR; Лопес, JA; Кидсон, C (апрель 1988 г.). «Ингибирующее моноклональное антитело против (миристилированного) антигена с малым молекулярным весом из Plasmodium falciparum, связанного с мембраной паразитофорной вакуоли». Инфекция и иммунитет . 56 (4): 903–9 . doi :10.1128/IAI.56.4.903-909.1988. PMC 259388. PMID  3278984. 
  5. ^ abcdefgh Farazi, TA (29 августа 2001 г.). «Биология и энзимология N-миристоилирования белков». Журнал биологической химии . 276 (43): 39501– 39504. doi : 10.1074/jbc.R100042200 . PMID  11527981.
  6. ^ ab Carr, SA; Biemann, K; Shoji, S; Parmelee, DC; Titani, K (октябрь 1982 г.). "N-тетрадеканоил является NH2-терминальной блокирующей группой каталитической субъединицы циклической АМФ-зависимой протеинкиназы из бычьей сердечной мышцы". Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 79 (20): 6128– 31. Bibcode : 1982PNAS...79.6128C. doi : 10.1073 /pnas.79.20.6128 . PMC 347072. PMID  6959104. 
  7. ^ ab Aitken, A; Cohen, P; Santikarn, S; Williams, DH; Calder, AG; Smith, A; Klee, CB (27 декабря 1982 г.). «Идентификация NH2-терминальной блокирующей группы кальциневрина B как миристиновой кислоты». FEBS Letters . 150 (2): 314– 8. Bibcode : 1982FEBSL.150..314A. doi : 10.1016/0014-5793(82)80759-x . PMID  7160476. S2CID  40889752.
  8. ^ abcdefghij Мартин, Дейл ДО; Бошамп, Эрван; Бертиом, Люк Г. (январь 2011 г.). «Посттрансляционное миристоилирование: жир имеет значение в клеточной жизни и смерти». Biochimie . 93 (1): 18– 31. doi :10.1016/j.biochi.2010.10.018. PMID  21056615.
  9. ^ Аб Бхатнагар, RS; Фюттерер, К; Ваксман, Г; Гордон, JI (23 ноября 1999 г.). «Структура миристоил-КоА: белок N -миристоилтрансфераза». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Молекулярная и клеточная биология липидов . 1441 ( 2–3 ): 162–72 . doi :10.1016/s1388-1981(99)00155-9. ПМИД  10570244.
  10. ^ Снайдер, Джаред. «Обзор посттрансляционных модификаций (ПТМ)». Thermo Scientific.
  11. ^ Чен, Кэтрин А.; Мэннинг, Дэвид Р. (2001). «Регуляция G-белков с помощью ковалентной модификации». Онкоген . 20 (13): 1643–1652 . doi : 10.1038/sj.onc.1204185 . PMID  11313912.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  12. ^ Кукла, Себастьян; Фрейтас, Флоренсио Порту; Шах, Рон; Альдрованди, Маселер; да Силва, Милен Коста; Ингольд, Ирина; Гойя Гросин, Андреа; Ксавье да Силва, Тамара Нишида; Панзилиус, Елена; Шил, Кристина Х.; Мурао, Андре (ноябрь 2019 г.). «FSP1 представляет собой глутатион-независимый супрессор ферроптоза». Природа . 575 (7784): 693–698 . Бибкод : 2019Natur.575..693D. дои : 10.1038/s41586-019-1707-0. hdl : 10044/1/75345 . ISSN  1476-4687. PMID  31634899. S2CID  204833583.
  13. ^ abc Маклафлин, Стюарт; Адерем, Алан (июль 1995 г.). «Миристоил-электростатический переключатель: модулятор обратимых взаимодействий белок–мембрана». Trends in Biochemical Sciences . 20 (7): 272– 276. doi :10.1016/S0968-0004(00)89042-8. PMID  7667880.
  14. ^ ab Wright, Megan H.; Heal, William P.; Mann, David J.; Tate, Edward W. (7 ноября 2009 г.). «Миристоилирование белков в здоровье и патологии». Journal of Chemical Biology . 3 (1): 19– 35. doi :10.1007/s12154-009-0032-8. PMC 2816741 . PMID  19898886. 
  15. ^ Левенталь, Илья; Гржибек, Михал; Саймонс, Кай (3 августа 2010 г.). «Смазка их пути: модификации липидов определяют связь белков с мембранными плотами». Биохимия . 49 (30): 6305– 6316. doi :10.1021/bi100882y. PMID  20583817.
  16. ^ HAYASHI, Nobuhiro; TITANI, Koiti (2010). «N-миристоилированные белки, ключевые компоненты внутриклеточных систем передачи сигналов, обеспечивающие быстрые и гибкие клеточные ответы». Труды Японской академии, Серия B. 86 ( 5): 494– 508. Bibcode : 2010PJAB ...86..494H. doi : 10.2183/pjab.86.494. PMC 3108300. PMID  20467215. 
  17. ^ Уолл, Марк А.; Коулман, Дэвид Э.; Ли, Итан; Иньигес-Льюи, Хорхе А.; Познер, Брюс А.; Гилман, Альфред Г.; Спранг, Стивен Р. (декабрь 1995 г.). «Структура гетеротримера G-белка Giα1β1γ2». Cell . 83 (6): 1047– 1058. doi : 10.1016/0092-8674(95)90220-1 . PMID  8521505.
  18. ^ аб Сёдзи, С; Кубота, Ю. (февраль 1989 г.). «[Функция миристоилирования белка в клеточной регуляции и пролиферации вируса]». Якугаку Засси . 109 (2): 71–85 . дои : 10.1248/yakushi1947.109.2_71 . ПМИД  2545855.
  19. ^ Ханахан, Дуглас; Вайнберг, Роберт А. (март 2011 г.). «Отличительные признаки рака: следующее поколение». Cell . 144 (5): 646–674 . doi : 10.1016/j.cell.2011.02.013 . PMID  21376230.
  20. ^ Hearps, AC; Jans, DA (март 2007). «Регулирование функций матричного белка ВИЧ-1». AIDS Research and Human Retroviruses . 23 (3): 341– 6. doi :10.1089/aid.2006.0108. PMID  17411366.
  21. ^ Витвит, Хайдар; Бетанкур, Карлос Альберто; Кабитт, Беатрис; Хафаджи, Роаа; Ковальский, Генрих; Джексон, Натаниэль; Йе, Чэнджин; Мартинес-Собридо, Луис; де ла Торре, Хуан К. (26 августа 2024 г.). «Клеточные N-миристоилтрансферазы необходимы для размножения маммаренавируса». Вирусы . 16 (9): 1362. дои : 10.3390/v16091362 . ISSN  1999-4915. ПМЦ 11436053 . ПМИД  39339839. 
  22. ^ Витвит, Хайдар; Кабитт, Беатрис; Хафаджи, Роаа; Кастро, Эстебан М.; Гойкоэчеа, Мигель; Лоренцо, Мария М.; Бласко, Рафаэль; Мартинес-Собридо, Луис; де ла Торре, Хуан К. (январь 2025 г.). «Перепрофилирование препаратов для синергической комбинированной терапии для противодействия резистентности вируса оспы обезьян к тековиримату». Вирусы . 17 (1): 92. дои : 10.3390/v17010092 . ISSN  1999-4915. ПМЦ 11769280 . 
  • Предсказатель MYR
  • PlantsP: Предиктор миристоилирования, специфичный для растений
  • Инструмент миристоилирования ExPASy
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Myristoylation&oldid=1273595198"