La proteína arginina fosfatasa (PAP) , también conocida como fosfaraginina fosfatasa, es una enzima que cataliza la desfosforilación de residuos de fosfoarginina en proteínas. [1] Las proteínas fosfatasas (PP) son "heterómeros obligatorios [2] " compuestos por dos subunidades catalíticas máximas unidas a una subunidad no catalítica. La modificación de arginina es una modificación proteica postraduccional en bacterias grampositivas . Recientemente se identificaron McsB e YwIE como enzimas fosforilantes en Bacillus Subtilis (B. Subtilis). [3] Se pensaba que YwIE era una proteína tirosina fosfatasa y McsB una tirosina quinasa, [4] sin embargo, en 2012 Elsholz et al. [3] demostró que McsB es una proteína-arginina-quinasa (PAK) y YwlE es una fosfatasa-arginina-fosfatasa (PAP).
Muchas proteínas dependen de la actividad de la fosfatasa de proteínas para regular su estabilidad, localización e interacción con otras proteínas. [3] La modificación de la arginina es una modificación postraduccional de la proteína en bacterias grampositivas, y la fosforilación de la arginina de proteínas regula los factores de transcripción, además de marcar proteínas no deseadas para su degradación en bacterias grampositivas. [5] Al igual que la fosforilación, la desfosforilación es un evento postraduccional reversible. Es reversible a través de la acción de las quinasas (enzimas que agregan un grupo fosfato a una proteína a través de la fosforilación), y esta actividad antagonista de la fosforilación y desfosforilación de proteínas controla todos los aspectos de la vida procariota y eucariota. [5] En general, las fosfatasas de proteínas juegan un papel crucial en la regulación de la señalización celular tanto en eucariotas como en procariotas . Actúan eliminando un grupo fosfato de las proteínas, y su actividad contrarresta la de las quinasas de proteínas. [6]
YwIE es un miembro de la proteína tirosina fosfatasa de bajo peso molecular (LMW-PTP). [7] Es la única PAP activa presente en B. subtilis, y las PAP casi no exhiben actividad contra los péptidos proteína serina, proteína tirosina y proteína treonina. [3] Además, se ha demostrado que YwIE desempeña un papel en la resistencia de B. Subtilis al estrés. Elsholz et al. [3] (2012), informaron en su artículo que la fosforilación de la proteína arginina probablemente desempeña un papel fisiológico y regulador crítico en las bacterias. Demostraron que la fosforilación de la proteína arginina está involucrada en la regulación de la homeostasis, la formación de biopelículas, la motilidad, la competencia, el estrés y las respuestas rigurosas al regular la expresión génica y la actividad proteica en Bacillus Subtilis. [3] Sus resultados sugirieron que la acción combinada de la proteína arginina fosfatasa y la quinasa permite una regulación rápida y reversible de la actividad proteica. Además, las fosfatasas de proteína arginina revierten el efecto de las quinasas de proteína arginina (PAK) en organismos vivos. [3] En B. Subtilis, YwIE, una PAP, contrarresta la acción de McsB, una quinasa de proteína arginina (PAK). McsB fosforila residuos de arginina en el dominio de hélice-giro-hélice alada de CtsR4, evitando que se una al ADN, lo que permite la expresión del gen reprimido. Sin embargo, YwIE es capaz de restaurar la capacidad de unión al ADN del represor CtsR, un regulador de la respuesta al estrés y al choque térmico en B. Subtilis, al revertir la fosforilación mediada por McsB4. Esto se logra desfosforilando la proteína CtsR. Además, McsB y YwIE son capaces de diferenciar entre fosfoarginina y otros residuos de aminoácidos [5] [8]
A partir de 2020, YwIE es la única PAP activa conocida en B. Subtilis , aunque Fuhrmann et al. (2013). [9] identificaron un homólogo de YwIE en Drosophila, pero su papel en la especie aún se desconoce. Por el contrario, Suzuki et al. (2013) identificaron la presencia de McsB en más de 150 especies de bacterias [5].
El mecanismo de acción molecular específico de la proteína ywIE es actualmente desconocido. [1] Sin embargo, se cree que YwIE desfosforila los residuos de fosfoarginina mediante un proceso concertado de 2 pasos a través de reacciones SN2 . [1] El paso 1 implica un ataque nucleofílico de Cys7 en el átomo de fósforo del grupo fosfórico. [1] Luego se forma un intermediario de tiofosfato . En el segundo paso, se hidroliza un intermediario de fosforilación-enzima después de la desprotonación de una molécula de agua por Asp118. [1] Fuhrmann et al. [1] (2016) creen que Asp118 probablemente promueve la reacción a través de la estabilización de la carga positiva del grupo amino a través de la interacción electrostática.
Ejemplo de ecuación general de reacción de desfosforilación:
En 2005, Suskiewicz et al. [1] clasificaron la enzima YwIE como una tirosina fosfatasa. Y Kirstein et al. [4] (2005) descubrieron que McsB es una tirosina quinasa que necesita McsA para activarse. También descubrieron que la interacción de McsA y McsB con CtsR da como resultado la formación de un complejo de 3 proteínas que detiene la unión de CtsR a su ADN objetivo y conduce a la posterior fosforilación de McsB, McsA y CtsR.
En su estudio, Fuhrmann et al. [10] (2009) realizaron un análisis bioquímico y estructural de los reguladores transcripcionales bacterianos de la respuesta al estrés CtsR/McsB. Intentaron aclarar y describir la función exacta de CtsR y McsB en la respuesta al estrés bacteriano. Por lo tanto, examinaron proteínas de varias bacterias gramnegativas para la producción recombinante y lograron reconstituir el sistema CtsR/McsB de Bacillus stearothermophilus in vitro. Posteriormente, identificaron a McsB como una proteína quinasa que se dirige a la arginina.
Elsholz et al. [3] (2012) demostraron que McsB y YwlE son una proteína arginina quinasa y fosfatasa, en lugar de una tirosina quinasa y fosfatasa, porque observaron solo una detección dependiente de McsB/YwlE de la fosforilación o desfosforilación de la proteína arginina in vivo. Específicamente, sugirieron que YwIE actúa como una PAP in vivo.
Se pensaba que McsB e YwlE eran tirosina quinasas y fosfatasas. [4] Sin embargo, en 2012, Elsholz et al. [3] detectaron 121 sitios de fosforilación de arginina en 87 proteínas en Bacillus subtilis (B. subtillis) vivo, una bacteria grampositiva presente en el suelo y el tracto gastrointestinal humano. Sus observaciones los llevaron a creer que la fosforilación de la proteína arginina existe in vivo como una modificación postraduccional en las bacterias. Las proteínas fosforiladas con arginina que detectaron se distribuyeron entre "clases fisiológicas distintas de proteínas", como reguladores, enzimas metabólicas, proteínas de estrés y ribosómicas. Este resultado sugirió que YwlE actúa como una proteína arginina fosfatasa que desfosforila explícitamente los residuos de arginina tanto in vitro como in vivo [3].
En segundo lugar, Elsholz et al. [3] (2012) solo pudieron detectar la fosforilación de la proteína arginina en un gen mutante YwIE y no en la cepa de tipo salvaje. Pero las proteínas fosforiladas en serina, treonina o tirosina se detectaron tanto en la cepa de tipo salvaje como en una cepa mutante YwIE en cantidades iguales. Por lo tanto, pensaron que YwIE podría actuar únicamente como una proteína arginina fosfatasa. Es decir, la detección de la fosforilación de la proteína arginina dependía de la presencia de YwIE. Confirmaron esta hipótesis después de no poder detectar la fosforilación de la proteína arginina después de (1) analizar un extracto mutante tratado in vitro con proteína YwIE purificada antes de realizar un análisis de espectroscopia de masas ; y (2) sobreexpresar YwIE en trans en un mutante YwIE in vivo . La estrecha interacción de las proteínas fosforiladas en arginina con YwIE sugirió que la estabilidad de las modificaciones estaba de hecho influenciada por la proteína YwIE.
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