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Solenoide alfa

Ejemplo de una estructura de solenoide alfa compuesta por 15 repeticiones HEAT . La subunidad reguladora de la proteína fosfatasa 2A se muestra con el extremo N en azul en la parte inferior y el extremo C en rojo en la parte superior. Se muestra un único motivo de hélice-giro-hélice en el centro con la hélice externa en rosa, la hélice interna en verde y el giro en blanco. De PDB : 2IAE . [1]

Un solenoide alfa (a veces también conocido como herradura alfa o como pares apilados de hélices alfa , abreviado SPAH ) es un pliegue de proteína compuesto por subunidades de hélice alfa repetidas , comúnmente motivos hélice-giro-hélice , dispuestas de manera antiparalela para formar una superhélice. [2] Los solenoides alfa son conocidos por su flexibilidad y plasticidad. [3] Al igual que las hélices beta , los solenoides alfa son una forma de dominio de proteína solenoide que se encuentra comúnmente en las proteínas que comprenden el complejo de poro nuclear . [4] También son comunes en las proteínas de la capa de membrana conocidas como coatómeros , como la clatrina , y en las proteínas reguladoras que forman extensas interacciones proteína-proteína con sus socios de unión. [2] [4] También se han descrito ejemplos de estructuras de solenoide alfa que se unen al ARN y a los lípidos . [2]

Terminología y clasificación

El término "solenoide alfa" se ha utilizado de forma un tanto inconsistente en la literatura. [4] Tal como se definieron originalmente, los solenoides alfa estaban compuestos por motivos de hélice-giro-hélice que se apilaban en una superhélice abierta. [5] Sin embargo, los sistemas de clasificación estructural de proteínas han utilizado una terminología variada; la base de datos de Clasificación Estructural de Proteínas (SCOP) describe estas proteínas utilizando el término "superhélice alfa alfa". La base de datos CATH utiliza el término "herradura alfa" [6] para estas proteínas, y utiliza "solenoide alfa" para una estructura algo diferente y más compacta ejemplificada por la proteína de unión a la clorofila-peridinina . [4]

Estructura

Las proteínas alfa solenoides están compuestas por unidades estructurales repetidas que contienen al menos dos hélices alfa dispuestas en una orientación antiparalela . A menudo, la unidad repetida es un motivo hélice-giro-hélice , pero puede ser más elaborado, como en las variantes con una hélice adicional en el segmento de giro. [2] Los alfa solenoides pueden estar formados por varios tipos diferentes de repeticiones helicoidales en tándem , incluidas las repeticiones HEAT , las repeticiones Armadillo , las repeticiones tetratricopeptídicas (TPR), las repeticiones ricas en leucina y las repeticiones de anquirina . [2] [4] [5]

Los solenoides alfa tienen una elasticidad y flexibilidad inusuales en relación con las proteínas globulares . [2] [3] A veces se considera que ocupan una posición intermedia entre las proteínas globulares y las proteínas estructurales fibrosas , distintas de estas últimas en parte debido a la falta de necesidad de los solenoides alfa de interacciones intermoleculares para mantener su estructura. [5] La extensión de la curvatura de una superhélice de solenoide alfa varía considerablemente entre la clase, lo que resulta en la capacidad de estas proteínas para formar superficies de interacción proteína-proteína grandes y extendidas o para formar áreas cóncavas profundas para la unión de proteínas globulares. [2]

Debido a que están compuestos de subunidades relativamente cortas repetidas, los solenoides alfa pueden adquirir subunidades adicionales con relativa facilidad, lo que da como resultado nuevas propiedades de superficie de interacción. [2] Como resultado, las proteínas solenoides alfa conocidas varían sustancialmente en longitud. [4]

Función

Componentes del complejo de poros nucleares

Los solenoides alfa ocupan un lugar destacado en las proteínas que forman el complejo de poro nuclear (NPC); los dominios de solenoide alfa y de hélice beta juntos representan hasta la mitad del andamiaje central del NPC por masa. [4] Una gran cantidad de las proteínas de nucleoporina conservadas que forman el NPC son proteínas solenoides alfa o consisten en un dominio de hélice beta en el extremo N y un solenoide alfa en el extremo C. [7] [8] Esta última arquitectura de dominio también ocurre en clatrina y Sec31, y se pensaba que era exclusiva de los eucariotas , [7] [9] aunque se han informado algunos ejemplos en planctomicetos . [10]

Proteínas de la cubierta de la vesícula

La estructura del segmento de la cadena pesada de clatrina que muestra repeticiones helicoidales, con el extremo N en azul a la izquierda y el extremo C en rojo a la derecha. [11]

Las proteínas de la cubierta de vesículas frecuentemente contienen solenoides alfa y comparten una arquitectura de dominio común con algunas proteínas NPC. [7] Tres complejos de cubierta principales involucrados en vías celulares distintas contienen proteínas solenoides alfa: el complejo clatrina / adaptina , que produce vesículas desde la membrana plasmática y está involucrado en la endocitosis ; el complejo COPI , que produce vesículas desde el aparato de Golgi y está asociado con el transporte retrógrado ; y el complejo COPII , que produce vesículas desde el retículo endoplásmico y está asociado con el transporte anterógrado . [12]

Proteínas de transporte

Debido a su propensión a formar grandes superficies de interacción muy adecuadas para interacciones proteína-proteína , y sus superficies flexibles que permiten la unión de varias moléculas de carga, las proteínas solenoides alfa funcionan comúnmente como proteínas de transporte , particularmente en el transporte entre el núcleo y el citoplasma . [2] Por ejemplo, la superfamilia beta- carioferina consiste en proteínas solenoides alfa formadas a partir de repeticiones HEAT ; la importina beta es un miembro de esta familia, y su proteína adaptadora, la importina alfa, es un solenoide alfa formado a partir de repeticiones Armadillo . [13] Los transportadores de otras moléculas, como el ARN , también pueden ser de arquitectura de solenoide alfa, como en la exportina-5 [14] o las proteínas de unión al ARN que contienen repeticiones pentatricopeptídicas, que son particularmente comunes en las plantas. [15] [16]

Proteínas reguladoras

El heterotrímero ensamblado de la proteína fosfatasa 2A . La subunidad A, que consta de 15 repeticiones HEAT, se muestra en color arco iris con el extremo N-terminal en azul en la parte inferior y el extremo C-terminal en rojo en la parte superior. La subunidad reguladora B, que consta de repeticiones pseudo-HEAT irregulares, se muestra en azul claro. La subunidad catalítica C se muestra en color canela. (Todo de PDB : 2IAE ​.) Superpuesta está la forma no unida de la subunidad reguladora B en gris (de PDB : 1B3U ​), que ilustra la flexibilidad de esta proteína solenoide alfa. Los cambios conformacionales en la repetición HEAT 11 dan como resultado la flexión del extremo C-terminal de la proteína para acomodar la unión de la subunidad catalítica. [1] [17]

La capacidad de interacción proteína-proteína de las proteínas solenoides alfa también las hace muy adecuadas para funcionar como proteínas reguladoras . Por ejemplo, la subunidad reguladora A (también conocida como PR65) de la proteína fosfatasa 2A es un solenoide alfa con repetición HEAT cuya flexibilidad conformacional regula el acceso al sitio de unión de la enzima. [18] [1]

Distribución taxonómica

Las proteínas solenoides alfa se encuentran en todos los dominios de la vida ; sin embargo, sus frecuencias en diferentes proteomas varían significativamente. Son raras en virus y bacterias , algo más comunes en arqueas y bastante comunes en eucariotas . Muchas de las proteínas solenoides alfa eucariotas tienen homólogos detectables solo en otros eucariotas y a menudo están restringidas aún más, a los cordados . Las proteínas solenoides alfa procariotas se concentran en taxones particulares, en particular las cianobacterias y los planctomicetos , que tienen una compartimentación intracelular inusualmente compleja en relación con la mayoría de los procariotas. [2]

Evolución

Las relaciones evolutivas entre diferentes proteínas solenoides alfa son difíciles de rastrear debido a la baja homología de secuencia de las repeticiones. Se cree que la evolución convergente de estructuras proteicas similares a partir de proteínas ancestralmente no relacionadas es significativa en la historia evolutiva de esta clase de plegamiento. [2]

Complejos de poros nucleares y transporte de vesículas

El complejo de poro nuclear es un complejo proteico extremadamente grande que media el tránsito hacia dentro y hacia fuera del núcleo celular . No se han detectado estructuras homólogas a partir de las cuales el NPC podría haber evolucionado en proteínas de transporte transmembrana procariotas; sin embargo, se ha sugerido que los componentes del NPC muestran una homología distinta con las proteínas de la capa de vesículas que se encuentran en los complejos clatrina / adaptina , COPI y COPII . Lo más distintivo es que se ha detectado una arquitectura de dominio compartido que consiste en una hélice beta N-terminal y un solenoide alfa C-terminal tanto en el NPC como en las proteínas de la capa, lo que sugiere un posible origen común. [7] [8] Se ha propuesto un "protocoatómero" ancestral que se diversificó para adquirir características derivadas de los cuatro complejos modernos. [4] [19] [20] [21]

El análisis del genoma de Lokiarchaeum , considerado uno de los parientes arqueológicos más cercanos a los eucariotas, no reveló ningún ejemplo de la arquitectura de dominio de hélice beta/solenoide alfa, aunque se identificaron homólogos de otras proteínas implicadas en el tráfico de membranas eucariotas. Sin embargo, no está claro si esta observación significa que la arquitectura de hélice/solenoide evolucionó más tarde o se perdió en las lokiarchaea modernas. [22]

Proteínas de la capa de membrana en procariotas

Un estudio de los genomas secuenciados de procariotas complejos del superfilo PVC ( Planctomycetota - Verrucomicrobiota - Chlamydiota ) identificó ejemplos de proteínas con homología con las proteínas de tráfico de membrana eucariotas, incluidos ejemplos de la distintiva arquitectura del dominio beta-hélice/alfa-solenoide que anteriormente se creía que era exclusiva de los eucariotas. [10] El superfilo PVC es conocido por contener bacterias con una morfología de membrana inusualmente compleja, y este descubrimiento ha sido citado como evidencia a favor del estado de estos organismos como una forma intermedia entre procariotas y eucariotas. El planctomiceto Gemmata obscuriglobus tiene una arquitectura de membrana excepcionalmente compleja y ha sido una fuente de controversia en la literatura con respecto a la posibilidad de que tenga un compartimento "nucleoide" unido a la membrana que encierra su ADN. [23] [24] [25] [26] [27] [28] La identificación de proteínas con similitudes de secuencia con las repeticiones HEAT en el proteoma de G. obscuriglobus se ha interpretado como apoyo a la hipótesis del nucleoide unido a la membrana; [29] sin embargo, esto ha sido discutido. [24]

Bioinformática

La baja similitud de secuencia entre proteínas solenoides alfa de estructura similar ha impedido su identificación mediante métodos bioinformáticos , ya que las repeticiones a menudo no están bien definidas en la secuencia. Se han desarrollado una gran cantidad de métodos computacionales diferentes para identificar proteínas solenoides alfa candidatas en función de su secuencia de aminoácidos . [2] [30] [31]

Enlaces externos

Referencias

  1. ^ abc Cho, Uhn Soo; Xu, Wenqing (1 de noviembre de 2006). "Estructura cristalina de una holoenzima heterotrimérica de la proteína fosfatasa 2A". Nature . 445 (7123): 53–57. doi :10.1038/nature05351. PMID  17086192. S2CID  4408160.
  2. ^ abcdefghijkl Fournier, David; Palidwor, Gareth A.; Shcherbinin, Sergey; Szengel, Angelika; Schaefer, Martin H.; Perez-Iratxeta, Carol; Andrade-Navarro, Miguel A.; E. Tosatto, Silvio C. (21 de noviembre de 2013). "Análisis funcionales y genómicos de las proteínas alfa-solenoides". PLOS ONE . ​​8 (11): e79894. Bibcode :2013PLoSO...879894F. doi : 10.1371/journal.pone.0079894 . PMC 3837014 . PMID  24278209. 
  3. ^ ab Kappel, Christian; Zachariae, Ulrich; Dölker, Nicole; Grubmüller, Helmut (septiembre de 2010). "Un núcleo hidrofóbico inusual confiere una flexibilidad extrema a las proteínas de repetición HEAT". Revista biofísica . 99 (5): 1596–1603. Bibcode :2010BpJ....99.1596K. doi :10.1016/j.bpj.2010.06.032. PMC 2931736 . PMID  20816072. 
  4. ^ abcdefgh Field, Mark C.; Sali, Andrej; Rout, Michael P. (13 de junio de 2011). "De juerga: BAR, ESCRT, COP y, finalmente, conseguir el abrigo". The Journal of Cell Biology . 193 (6): 963–972. doi :10.1083/jcb.201102042. PMC 3115789 . PMID  21670211. 
  5. ^ abc Kobe, Bostjan; Kajava, Andrey V (octubre de 2000). "Cuando el plegamiento de proteínas se simplifica al enrollamiento de proteínas: el continuo de las estructuras proteicas solenoides". Tendencias en ciencias bioquímicas . 25 (10): 509–515. doi :10.1016/S0968-0004(00)01667-4. PMID  11050437.
  6. ^ "Topología CATH "Herradura Alfa"".
  7. ^ abcd Alber, Frank; Dokudovskaya, Svetlana; Veenhoff, Liesbeth M.; Zhang, Wenzhu; Kipper, Julia; Devos, Damien; Suprapto, Adisetyantari; Karni-Schmidt, Orit; Williams, Rosemary; Chait, Brian T.; Sali, Andrej; Rout, Michael P. (29 de noviembre de 2007). "La arquitectura molecular del complejo de poros nucleares". Nature . 450 (7170): 695–701. Bibcode :2007Natur.450..695A. doi :10.1038/nature06405. PMID  18046406. S2CID  4431057.
  8. ^ ab Devos, Damien; Dokudovskaya, Svetlana; Alber, Frank; Williams, Rosemary; Chait, Brian T; Sali, Andrej; Rout, Michael P; Greg Petsko (2 de noviembre de 2004). "Los componentes de las vesículas revestidas y los complejos de poros nucleares comparten una arquitectura molecular común". PLOS Biology . 2 (12): e380. doi : 10.1371/journal.pbio.0020380 . PMC 524472 . PMID  15523559. 
  9. ^ Antonin, Wolfram; Mattaj, Iain W. (enero de 2005). "Complejos de poros nucleares: ¿ha dado la vuelta?". Nature Cell Biology . 7 (1): 10–12. doi :10.1038/ncb0105-10. PMID  15632943. S2CID  9909704.
  10. ^ ab Santarella-Mellwig, Rachel; Franke, Josef; Jaedicke, Andreas; Gorjanacz, Matyas; Bauer, Ulrike; Budd, Aidan; Mattaj, Iain W.; Devos, Damien P.; Schmid, Sandra L. (19 de enero de 2010). "Las bacterias compartimentadas del superfilo Planctomycetes-Verrucomicrobia-Chlamydiae tienen proteínas similares a la capa de membrana". PLOS Biology . 8 (1): e1000281. doi : 10.1371/journal.pbio.1000281 . PMC 2799638 . PMID  20087413. 
  11. ^ Ybe, Joel A.; Brodsky, Frances M.; Hofmann, Kay; Lin, Kai; Liu, Shu-Hui; Chen, Lin; Earnest, Thomas N.; Fletterick, Robert J.; Hwang, Peter K. (27 de mayo de 1999). "El autoensamblaje de clatrina está mediado por una superhélice repetida en tándem". Nature . 399 (6734): 371–375. Bibcode :1999Natur.399..371Y. doi :10.1038/20708. PMID  10360576. S2CID  4406014.
  12. ^ Lee, Changwook; Goldberg, Jonathan (julio de 2010). "Estructura de las proteínas de la jaula del coatómero y la relación entre las capas de vesículas COPI, COPII y clatrina". Cell . 142 (1): 123–132. doi :10.1016/j.cell.2010.05.030. PMC 2943847 . PMID  20579721. 
  13. ^ Forwood, Jade K.; Lange, Allison; Zachariae, Ulrich; Marfori, Mary; Preast, Callie; Grubmüller, Helmut; Stewart, Murray; Corbett, Anita H.; Kobe, Bostjan (septiembre de 2010). "Análisis estructural cuantitativo de la flexibilidad de la importina-β: paradigma para las estructuras de proteínas solenoides". Structure . 18 (9): 1171–1183. doi :10.1016/j.str.2010.06.015. hdl : 11858/00-001M-0000-0027-C07B-1 . PMID  20826343.
  14. ^ Katahira, Jun; Yoneda, Yoshihiro (noviembre de 2011). "Transporte nucleocitoplasmático de microARN y ARN pequeños relacionados". Traffic . 12 (11): 1468–1474. doi :10.1111/j.1600-0854.2011.01211.x. PMID  21518166. S2CID  38777924.
  15. ^ Barkan, Alice; Rojas, Margarita; Fujii, Sota; Yap, Aaron; Chong, Yee Seng; Bond, Charles S.; Small, Ian; Voytas, Dan (16 de agosto de 2012). "Un código combinatorio de aminoácidos para el reconocimiento de ARN por proteínas de repetición pentatricopeptídica". PLOS Genetics . 8 (8): e1002910. doi : 10.1371/journal.pgen.1002910 . PMC 3420917 . PMID  22916040. 
  16. ^ Barkan, Alice; Small, Ian (29 de abril de 2014). "Proteínas de repetición de pentatricopéptidos en plantas". Revisión anual de biología vegetal . 65 (1): 415–442. doi : 10.1146/annurev-arplant-050213-040159 . PMID  24471833.
  17. ^ Groves, Matthew R.; Hanlon, Neil; Turowski, Patric; Hemmings, Brian A.; Barford, David (enero de 1999). "La estructura de la subunidad PR65/A de la proteína fosfatasa 2A revela la conformación de sus 15 motivos HEAT repetidos en tándem". Cell . 96 (1): 99–110. doi : 10.1016/S0092-8674(00)80963-0 . PMID  9989501. S2CID  14465060.
  18. ^ Grinthal, A.; Adamovic, I.; Weiner, B.; Karplus, M.; Kleckner, N. (25 de enero de 2010). "PR65, el andamiaje de repetición HEAT de la fosfatasa PP2A, es un conector elástico que vincula la fuerza y ​​la catálisis". Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 107 (6): 2467–2472. Bibcode :2010PNAS..107.2467G. doi : 10.1073/pnas.0914073107 . PMC 2823866 . PMID  20133745. 
  19. ^ Field, Mark C; Dacks, Joel B (febrero de 2009). "Primeros y últimos ancestros: reconstrucción de la evolución del sistema de endomembrana con ESCRT, proteínas de la cubierta de vesículas y complejos de poro nuclear". Current Opinion in Cell Biology . 21 (1): 4–13. doi :10.1016/j.ceb.2008.12.004. PMID  19201590.
  20. ^ Dacks, Joel B.; Field, Mark C.; Buick, Roger; Eme, Laura; Gribaldo, Simonetta; Roger, Andrew J.; Brochier-Armanet, Céline; Devos, Damien P. (26 de septiembre de 2016). "La visión cambiante de la eucariogénesis: fósiles, células, linajes y cómo se unen todos ellos". Journal of Cell Science . 129 (20): 3695–3703. doi : 10.1242/jcs.178566 . hdl : 10261/163440 . PMID  27672020.
  21. ^ Promponas, Vasilis J.; Katsani, Katerina R.; Blencowe, Benjamin J.; Ouzounis, Christos A. (2 de marzo de 2016). "Evidencia de secuencia de ascendencia común de coatómeros de endomembrana eucariota". Scientific Reports . 6 : 22311. Bibcode :2016NatSR...622311P. doi :10.1038/srep22311. PMC 4773986 . PMID  26931514. 
  22. ^ Klinger, Christen M.; Spang, Anja; Dacks, Joel B.; Ettema, Thijs JG (junio de 2016). "Rastreando los orígenes arqueológicos de los bloques de construcción del sistema de tráfico de membranas eucariotas". Biología molecular y evolución . 33 (6): 1528–1541. doi : 10.1093/molbev/msw034 . PMID  26893300.
  23. ^ Fuerst, John A. (2010). "Más allá de los procariotas y los eucariotas: planctomicetos y organización celular". Nature Education . 3 (9): 44.
  24. ^ ab McInerney, JO; Martin, WF; Koonin, EV; Allen, JF; Galperin, MY; Lane, N; Archibald, JM; Embley, TM (noviembre de 2011). "Planctomicetos y eucariotas: un caso de analogía, no de homología". BioEssays . 33 (11): 810–7. doi :10.1002/bies.201100045. PMC 3795523 . PMID  21858844. 
  25. ^ Fuerst, JA (octubre de 2013). "El superfilo PVC: ¿excepciones a la definición bacteriana?". Antonie van Leeuwenhoek . 104 (4): 451–66. doi :10.1007/s10482-013-9986-1. PMID  23912444. S2CID  14283647.
  26. ^ Devos, Damien P. (septiembre de 2013). "Gemmata obscuriglobus". Biología actual . 23 (17): R705–R707. doi : 10.1016/j.cub.2013.07.013 . PMID  24028944.
  27. ^ Devos, DP (febrero de 2014). "Reinterpretación de la evidencia del plan celular de PVC apoya un origen gramnegativo". Antonie van Leeuwenhoek . 105 (2): 271–4. doi :10.1007/s10482-013-0087-y. hdl : 10261/129395 . PMID  24292377. S2CID  16557669.
  28. ^ Devos, Damien P. (enero de 2014). "Bacterias del PVC: variación, pero no excepción, del plan celular de las bacterias gramnegativas". Tendencias en microbiología . 22 (1): 14–20. doi :10.1016/j.tim.2013.10.008. hdl : 10261/129431 . PMID  24286661.
  29. ^ Fuers, John A.; Sagulenko, Evgeny (agosto de 2014). "Hacia la comprensión del mecanismo molecular del proceso similar a la endocitosis en la bacteria Gemmata obscuriglobus". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Investigación de células moleculares . 1843 (8): 1732-1738. doi : 10.1016/j.bbamcr.2013.10.002 . PMID  24144586.
  30. ^ Di Domenico, Tomás; Potenza, Emilio; Walsh, Ian; Gonzalo Parra, R.; Giollo, Manuel; Minervini, Giovanni; Piovesan, Damián; Ihsan, Awais; Ferrari, Carlos; Kajava, Andrey V.; Tosatto, Silvio CE (enero de 2014). "RepeatsDB: una base de datos de estructuras de proteínas repetidas en tándem". Investigación de ácidos nucleicos . 42 (D1): D352-D357. doi : 10.1093/nar/gkt1175. PMC 3964956 . PMID  24311564. 
  31. ^ Pellegrini, Marco (24 de septiembre de 2015). "Repeticiones en tándem en proteínas: algoritmos de predicción y función biológica". Frontiers in Bioengineering and Biotechnology . 3 : 143. doi : 10.3389/fbioe.2015.00143 . PMC 4585158 . PMID  26442257.