Tepki düzenleyici - Response regulator

Yanıt düzenleyici alıcı alanı
3CHY.png
Yanıt düzenleyici CheY itibaren E. coli, ile aspartat fosforilasyon site yeşille vurgulanmıştır. Nereden PDB: 3CHY​.
Tanımlayıcılar
SembolResponse_reg
PfamPF00072
Pfam klanCL0304
InterProIPR001789
AKILLIKAYIT
PROSITEPDOC50110

Bir yanıt düzenleyici bir protein arabulucu hücre bir parçası olarak ortamındaki değişikliklere tepkisi iki bileşenli düzenleyici sistem. Müdahale düzenleyicileri, belirli histidin kinazlar çevresel değişikliklerin sensörleri olarak görev yapan Tepki düzenleyiciler ve histidin kinazlar, en yaygın gen ailelerinden ikisidir. bakteri iki bileşenli sinyalizasyon sistemlerinin çok yaygın olduğu yerlerde; aynı zamanda çok daha nadiren genomlar bazı Archaea, mayalar, filamentli mantarlar, ve bitkiler. İki bileşenli sistemler bulunmaz metazoanlar.[1][2][3][4]

Fonksiyon

Mayanın kristal yapısı histidin fosfotransfer proteini Ypd1 içinde karmaşık yanıt düzenleyici ile Sln1. Ypd1, sarı renkte korunmuş dört sarmal demet ve kırmızı renkte değişken sarmallar ile sağda görünür. Solda, ten rengi beta yaprak ve kahverenginde sarmallar ile Sln1 görünür. Kilit kalıntılar - Sln1'den Asp ve Ypd1'den His - yeşil çubuklarla vurgulanmıştır. Bir sınır magnezyum iyon turuncu bir küre olarak gösterilir ve berilyum bir fosforil analoğu olan triflorür pembe renkte gösterilmiştir. Nereden PDB: 2R25​.[5]

Yanıt düzenleyici proteinler tipik olarak bir alıcıdan oluşur alan adı ve bir veya daha fazla efektör alanı, ancak bazı durumlarda sadece bir alıcı alanına sahip olmalarına ve etkilerini protein-protein etkileşimleri. İki bileşenli sinyallemede, bir histidin kinaz çevresel değişikliklere şu şekilde yanıt verir: otofosforilasyon bir histidin kalıntı, ardından yanıt düzenleyici alıcı alanı katalizler fosfat grubunun kendi alıcısına aktarılması aspartat kalıntı. Bu bir konformasyonel değişim efektör alanlarının işlevini değiştiren, genellikle artmış transkripsiyon hedef genler. Bunun meydana geldiği mekanizmalar çeşitlidir ve şunları içerir: allosterik efektör alanının aktivasyonu veya oligomerizasyon fosforile yanıt düzenleyiciler.[2] Bu temanın fosfor gecikmesi adı verilen yaygın bir varyasyonunda, bir hibrit histidin kinaz kendi alıcı alanına sahiptir ve histidin fosfotransfer proteini bir yanıt düzenleyiciye son aktarımı gerçekleştirir.[4]

Çoğu durumda, histidin kinazlar iki işlevlidir ve ayrıca fosfatazlar yanıt düzenleyici aspartat kalıntılarından fosfatın uzaklaştırılmasını katalize etmek, öyle ki yanıt düzenleyici tarafından dönüştürülen sinyal kinaz ve fosfataz aktivitesi arasındaki dengeyi yansıtır.[4] Pek çok yanıt düzenleyici, aynı zamanda, geniş bir zaman aralığında meydana gelen oto-fosforilasyon yeteneğine de sahiptir.[2] Ek olarak, fosfoaspartat nispeten kimyasal olarak kararsızdır ve enzimatik olmayan bir şekilde hidrolize edilebilir.[1]

Histidin kinazlar, aynı kökenli yanıt düzenleyicileri için oldukça spesifiktir; aynı hücredeki farklı iki bileşenli sinyalizasyon sistemleri arasında çok az karşılıklı konuşma vardır.[6]

Sınıflandırma

Yanıt düzenleyiciler, efektör alanlarının özelliklerine bağlı olarak en az üç geniş sınıfa ayrılabilir: DNA bağlayıcı efektör alanına sahip düzenleyiciler, enzimatik efektör alanına sahip düzenleyiciler ve tek alanlı yanıt düzenleyiciler.[3] Alan mimarisinin daha ayrıntılı analizine dayalı daha kapsamlı sınıflandırmalar mümkündür. Bu geniş kategorilendirmelerin ötesinde, RNA bağlayıcı efektör alanları dahil olmak üzere diğer efektör alan tiplerine sahip yanıt düzenleyiciler vardır.

Düzenleyiciler DNA bağlanması efektör alanı en yaygın yanıt düzenleyicilerdir ve üzerinde doğrudan etkileri vardır. transkripsiyon.[7] Bir N-terminal alıcı alanında aynı kökenli düzenleyicilerle etkileşime girme eğilimindedirler ve C-terminaline doğru DNA bağlama efektörünü içerirler. Alıcı alanında fosforilatlandıktan sonra, yanıt düzenleyici dimerleşir, gelişmiş DNA bağlama kapasitesi kazanır ve bir transkripsiyon faktörü.[8] DNA bağlanma alanlarının mimarisi, üzerinde varyasyonlar olarak karakterize edilir. sarmal dönüşlü sarmal motifler. Yanıt düzenleyici OmpR'de bulunan bir varyasyon EnvZ / OmpR iki bileşenli sistem ve diğer OmpR benzeri yanıt düzenleyicileri, bir "kanatlı sarmal" mimaridir.[9] OmpR benzeri yanıt düzenleyiciler, en büyük yanıt düzenleyiciler grubudur ve kanatlı sarmal motifi yaygındır. DNA bağlama yanıt düzenleyicilerinin diğer alt türleri arasında FixJ benzeri ve NtrC benzeri düzenleyiciler yer alır.[10] DNA bağlama yanıt düzenleyicileri, aşağıdakiler dahil olmak üzere çeşitli alım süreçlerinde yer alır: nitrat /nitrit (NarL, çoğu prokaryotta bulunur).[11]

İkinci sınıf çoklu alan yanıt düzenleyicileri, enzimatik efektör alanlar.[12] Bu yanıt düzenleyiciler, sinyal iletimine katılabilir ve ikincil haberci moleküller. Örnekler arasında, yanıt düzenleyici inaktif fosforile edilmemiş konformasyonda olduğunda inhibe edilen bir metilesteraz alanına sahip kemotaksis düzenleyici CheB yer alır. Diğer enzimatik yanıt düzenleyiciler arasında c-di-GMP fosfodiesterazlar (örn. V. cholerae ), protein fosfatazlar ve histidin kinazlar.[12]

Nispeten az sayıda yanıt düzenleyici, tek etki alanlı yanıt düzenleyici, yalnızca bir alıcı etki alanı içerir. protein-protein etkileşimleri aşağı akış biyolojik etkilerini uygulamak.[13] Alıcı alan, otofosforile bir histidin kinaz ile etkileşime girdiği için konformasyonel bir değişikliğe uğrar ve sonuç olarak, yanıt düzenleyici, bir sinyalleme kaskadı boyunca başka reaksiyonları başlatabilir. Öne çıkan örnekler arasında, flagellar motor proteinleri ile doğrudan fosforile edilmiş durumda etkileşime giren kemotaksis düzenleyici CheY sayılabilir.[13]

Şimdiye kadar sıralama, farklı tepki düzenleyici sınıflarının çeşitli taksonlar arasında eşit olmayan bir şekilde dağıldığını göstermiştir.[14] alanlar arası dahil. DNA bağlama alanlarına sahip yanıt düzenleyiciler bakterilerde en yaygın olanıyken, tek alanlı yanıt düzenleyicileri arkelerde daha yaygındır, diğer ana yanıt düzenleyiciler sınıfları, arkeal genomlarda görünüşte yoktur.

Evrim

Bir bakteride bulunan iki bileşenli sistemlerin sayısı genetik şifre genom boyutu ile oldukça ilişkilidir. ekolojik niş; Sık çevresel dalgalanmalara sahip nişleri işgal eden bakteriler daha fazla histidin kinazlara ve tepki düzenleyicilere sahiptir.[4][7] Yeni iki bileşenli sistemler şu nedenlerle ortaya çıkabilir: gen duplikasyonu veya tarafından yanal gen transferi ve her işlemin göreceli oranları, bakteri türleri arasında çarpıcı biçimde değişir.[15] Çoğu durumda, yanıt düzenleyici genler aynı yerde bulunur operon onların aynı kökenli histidin kinazları olarak;[4] lateral gen transferlerinin, gen duplikasyonlarına göre operon yapısını koruma olasılığı daha yüksektir.[15] Ökaryotlarda bulunan az sayıdaki iki bileşenli sistem, büyük olasılıkla yanal gen transferiyle ortaya çıkmıştır. endosimbiyotik organeller; özellikle bitkilerde bulunanlar muhtemelen kloroplastlar.[4]

Referanslar

  1. ^ a b Stok AM, Robinson VL, Goudreau PN (2000). "İki bileşenli sinyal iletimi". Biyokimyanın Yıllık Değerlendirmesi. 69: 183–215. doi:10.1146 / annurev.biochem.69.1.183. PMID  10966457.
  2. ^ a b c West AH, Stock AM (Haziran 2001). "İki bileşenli sinyalizasyon sistemlerinde histidin kinazlar ve yanıt düzenleyici proteinler". Biyokimyasal Bilimlerdeki Eğilimler. 26 (6): 369–76. doi:10.1016 / s0968-0004 (01) 01852-7. PMID  11406410.
  3. ^ a b Galperin MY (Haziran 2005). "Bakterilerde zara bağlı ve hücre içi sinyal iletim proteinlerinin bir sayımı: bakteriyel IQ, dışa dönükler ve içe dönükler". BMC Mikrobiyoloji. 5: 35. doi:10.1186/1471-2180-5-35. PMC  1183210. PMID  15955239.
  4. ^ a b c d e f Capra EJ, Laub MT (2012). "İki bileşenli sinyal iletim sistemlerinin evrimi". Mikrobiyolojinin Yıllık İncelemesi. 66: 325–47. doi:10.1146 / annurev-micro-092611-150039. PMC  4097194. PMID  22746333.
  5. ^ Zhao X, Copeland DM, Soares AS, West AH (Ocak 2008). "Fosfor geciktirici protein YPD1 ile bir fosforil analoğuna bağlı SLN1'in yanıt düzenleyici alanı arasındaki bir kompleksin kristal yapısı". Moleküler Biyoloji Dergisi. 375 (4): 1141–51. doi:10.1016 / j.jmb.2007.11.045. PMC  2254212. PMID  18076904.
  6. ^ Rowland MA, Deeds EJ (Nisan 2014). "Çapraz konuşma ve iki bileşenli sinyallemede özgüllüğün evrimi". Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri. 111 (15): 5550–5. Bibcode:2014PNAS..111.5550R. doi:10.1073 / pnas.1317178111. PMC  3992699. PMID  24706803.
  7. ^ a b Galperin MY (Haziran 2006). "Bakteriyel yanıt düzenleyicilerinin yapısal sınıflandırması: çıktı alanlarının ve alan kombinasyonlarının çeşitliliği". Bakteriyoloji Dergisi. 188 (12): 4169–82. doi:10.1128 / jb.01887-05. PMC  1482966. PMID  16740923.
  8. ^ Barbieri CM, Wu T, Stock AM (Mayıs 2013). "OmpR fosforilasyonunun, dimerizasyonunun ve DNA bağlanmasının kapsamlı analizi, aktivasyon için kanonik bir modeli destekler". Moleküler Biyoloji Dergisi. 425 (10): 1612–26. doi:10.1016 / j.jmb.2013.02.003. PMC  3646996. PMID  23399542.
  9. ^ Kenney, Linda J (2002-04-01). "OmpR ve diğer kanatlı sarmal transkripsiyon faktörlerinde yapı / fonksiyon ilişkileri". Mikrobiyolojide Güncel Görüş. 5 (2): 135–141. doi:10.1016 / S1369-5274 (02) 00310-7. PMID  11934608.
  10. ^ Rajeev L, Luning EG, Dehal PS, Price MN, Arkin AP, Mukhopadhyay A (Ekim 2011). "İki bileşenli yanıt düzenleyicilerin, sülfat indirgeyen bir bakteri modelinde gen hedeflerine sistematik olarak eşlenmesi". Genom Biyolojisi. 12 (10): R99. doi:10.1186 / gb-2011-12-10-r99. PMC  3333781. PMID  21992415.
  11. ^ Baikalov I, SchrĂśder I, Kaczor-Grzeskowiak M, Grzeskowiak K, Gunsalus RP, Dickerson RE (Ağustos 1996). "Escherichia coli yanıt düzenleyici NarL'nin yapısı". Biyokimya. 35 (34): 11053–61. CiteSeerX  10.1.1.580.6078. doi:10.1021 / bi960919o. PMID  8780507.
  12. ^ a b Galperin MY (Nisan 2010). "Yanıt düzenleyici çıktı etki alanlarının yapı ve işlev çeşitliliği". Mikrobiyolojide Güncel Görüş. 13 (2): 150–9. doi:10.1016 / j.mib.2010.01.005. PMC  3086695. PMID  20226724.
  13. ^ a b Sarkar MK, Paul K, Blair D (Mayıs 2010). "Kemotaksis sinyal proteini CheY, Escherichia coli'de flagellar dönme yönünü kontrol etmek için rotor proteini FliN'ye bağlanır". Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri. 107 (20): 9370–5. Bibcode:2010PNAS..107.9370S. doi:10.1073 / pnas.1000935107. PMC  2889077. PMID  20439729.
  14. ^ "Prokaryotik tepki düzenleyicilerinin sayımı". www.ncbi.nlm.nih.gov. Alındı 2017-10-08.
  15. ^ a b Alm E, Huang K, Arkin A (Kasım 2006). "Bakterilerdeki iki bileşenli sistemlerin evrimi, niş adaptasyon için farklı stratejiler ortaya koymaktadır". PLOS Hesaplamalı Biyoloji. 2 (11): e143. Bibcode:2006PLSCB ... 2..143A. doi:10.1371 / journal.pcbi.0020143. PMC  1630713. PMID  17083272.