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Plegado en rollo de gelatina

Un ejemplo canónico de una proteína de la cápside viral del virus del mosaico del tabaco satélite . Las hebras beta individuales están etiquetadas con sus designaciones tradicionales (por razones históricas, no se utiliza la hoja A), lo que resalta el empaquetamiento de las hojas de cuatro hebras BIDG y CHEF. [1]

El pliegue en rollo de gelatina o rollo suizo es un pliegue proteico o estructura supersecundaria compuesta por ocho cadenas beta dispuestas en dos láminas de cuatro cadenas. El nombre de la estructura fue introducido por Jane S. Richardson en 1981, lo que refleja su parecido con la gelatina o el pastel de rollo suizo . [2] El pliegue es una elaboración del motivo de la llave griega y a veces se considera una forma de barril beta . Es muy común en las proteínas virales , particularmente en las proteínas de la cápside viral . [3] [4] En conjunto, las estructuras de rollo de gelatina y llave griega comprenden alrededor del 30% de las proteínas beta anotadas en la base de datos de Clasificación estructural de proteínas (SCOP). [5]

Estructura

La estructura básica del rollo de gelatina consiste en ocho hebras beta dispuestas en dos láminas beta antiparalelas de cuatro hebras que se empaquetan juntas a través de una interfaz hidrofóbica [Donde cita... uniprot]. Las hebras se etiquetan tradicionalmente de B a I por la razón histórica de que la primera estructura resuelta, de una proteína de la cápside del rollo de gelatina del virus del enanismo arbustivo del tomate , tenía una hebra A adicional fuera del núcleo común del pliegue. [6] [7] Las láminas están compuestas por las hebras BIDG y CHEF, plegadas de tal manera que la hebra B se empaqueta opuesta a la hebra C, la I opuesta a la H, etc. [4] [8]

Proteínas virales

La estructura de la cápside completamente ensamblada del virus satélite del mosaico del tabaco, con el monómero mostrado arriba en la parte inferior del pentámero resaltado. El resto de las cadenas de proteínas se muestran en violeta y el ARN en el interior de la cápside se muestra en marrón. El eje del rollo de gelatina en esta cápside de rollo de gelatina simple es paralelo a la superficie de la cápside. De PDB : 4OQ9 . [1]

Una gran cantidad de virus construyen sus cápsides externas a partir de proteínas que contienen un pliegue en forma de rollo de gelatina simple o doble. Se cree que esta arquitectura compartida de la cápside refleja relaciones evolutivas antiguas, que posiblemente datan de antes del último ancestro común universal (LUCA) de la vida celular. [8] [9] [10] Otros linajes virales utilizan proteínas no relacionadas evolutivamente para construir sus cápsides cerradas, que probablemente evolucionaron de forma independiente al menos dos veces [9] [11] y posiblemente muchas veces, con vínculos a proteínas de origen celular. [12]

Proteínas de la cápside de un solo rollo de gelatina

Las proteínas de cápside de rollo gelatinoso simple (JRC) se encuentran en al menos dieciséis familias virales distintas , en su mayoría con estructuras de cápside icosaédricas e incluyen tanto virus de ARN como virus de ADN . [13] Muchos virus con cápsides de rollo gelatinoso simple son virus de ARN monocatenario de sentido positivo . Dos grupos de virus de ADN bicatenario con cápsides de JRC simple son Papillomaviridae y Polyomaviridae , ambos con cápsides bastante pequeñas; en estos virus, la arquitectura de la cápside ensamblada orienta el eje del rollo gelatinoso paralelo u "horizontalmente" en relación con la superficie de la cápside. [11] Un análisis a gran escala de los componentes de la cápside viral sugirió que el rollo gelatinoso horizontal simple es el pliegue más común entre las proteínas de la cápside, lo que representa aproximadamente el 28% de los ejemplos conocidos. [12]

Otro grupo de virus utiliza proteínas de gelatina en rollo simples en sus cápsides, pero en orientación vertical en lugar de horizontal. Estos virus están relacionados evolutivamente con el gran grupo de virus de gelatina en rollo doble conocido como el linaje viral PRD1 - adenovirus , con una arquitectura de cápside similar lograda a través del ensamblaje de dos proteínas de cápside principales de gelatina en rollo simples distintas expresadas a partir de genes distintos. [14] [15] Estos virus de gelatina en rollo verticales simples comprenden el taxón Helvetiavirae . [16] Los virus conocidos con cápsides de gelatina en rollo simples verticales infectan a procariotas extremófilos . [14] [12]

Proteínas en rollo de gelatina doble

Un monómero de la proteína principal de la cápside P2 del doble rollo de gelatina del bacteriófago PM2 . Los dos dominios distintos del rollo de gelatina se muestran en rojo y azul, y la secuencia proteica restante en naranja. Los dobles rollos de gelatina están orientados con el eje "vertical" perpendicular a la superficie de la cápside, que se encuentra en la parte inferior de esta imagen. De PDB : 2W0C . [17]
Un trímero pseudohexamérico de proteínas de doble rollo gelatinoso; los rollos gelatinosos están en rojo y azul y los bucles y hélices están coloreados para distinguir los tres monómeros en el conjunto. El observador está mirando hacia abajo desde el exterior hacia la superficie de la cápside. De PDB : 2W0C . [17]

Las proteínas de la cápside de doble rollo de gelatina consisten en dos pliegues de rollo de gelatina simples conectados por una región de enlace corta. Se encuentran tanto en virus de ADN de doble cadena como en virus de ADN de cadena simple de al menos diez familias virales diferentes, incluidos virus que infectan todos los dominios de la vida y que abarcan un amplio rango de tamaños de cápside. [4] [11] [18] En la arquitectura de la cápside de doble rollo de gelatina, el eje del rollo de gelatina está orientado perpendicular o "verticalmente" en relación con la superficie de la cápside. [19]

Se cree que las proteínas de doble rollo de gelatina evolucionaron a partir de proteínas de rollo de gelatina simple por duplicación de genes . [11] [19] Es probable que los virus de rollo de gelatina simple verticales representen una forma de transición, y que las proteínas de la cápside del rollo de gelatina vertical y horizontal tengan orígenes evolutivos independientes de las proteínas celulares ancestrales. [12] El grado de similitud estructural entre las cápsidas de los virus de doble rollo de gelatina ha llevado a la conclusión de que estos virus probablemente tengan un origen evolutivo común a pesar de su diversidad en tamaño y en rango de hospedadores; esto se ha conocido como el linaje PRD1 - adenovirus ( Bamfordvirae ). [19] [16] [20] [21] Muchos miembros de este grupo han sido identificados a través de la metagenómica y en algunos casos tienen pocos o ningún otro gen viral en común. [12] [22] Aunque la mayoría de los miembros de este grupo tienen geometría de cápside icosaédrica , unas pocas familias como Poxviridae y Ascoviridae tienen viriones maduros ovalados o en forma de ladrillo; Los virus de la viruela, como Vaccinia, sufren cambios conformacionales dramáticos mediados por proteínas de doble gelatina altamente derivadas durante la maduración y probablemente derivan de un ancestro icosaédrico. [11] [23] Las proteínas de cápside de doble gelatina compartidas, junto con otras proteínas homólogas, también se han citado en apoyo del orden propuesto Megavirales que contiene los virus de ADN grande nucleocitoplasmático (NCLDV). [24]

Inicialmente, se creía que las proteínas de doble pliegue gelatinoso eran exclusivas de los virus, porque no se observaban en las proteínas celulares. [11] Sin embargo, en 2022, la comparación de las estructuras de las proteínas reveló varias familias de proteínas celulares auténticas con el pliegue de doble pliegue gelatinoso [25].

Proteínas no cápside

Los rollos de gelatina individuales también aparecen en proteínas virales no cápside, incluidos componentes menores del virión ensamblado , así como proteínas no virion como la polihedrina . [11] En los virus de plantas, las proteínas de movimiento de la superfamilia 30K responsables del transporte intercelular de genomas virales o cápsides enteras a través de canales de plasmodesmos tienen el pliegue de rollo de gelatina simple y han evolucionado a partir de las proteínas de la cápside de pequeños virus icosaédricos. [26]

Proteínas celulares

En las proteínas de origen celular se encuentran pliegues de rollo de gelatina simples y dobles. [11] [12] [25] Una clase de proteínas celulares con un solo pliegue de rollo de gelatina son las nucleoplasminas , que sirven como proteínas chaperonas moleculares para el ensamblaje de histonas en nucleosomas . El dominio N-terminal de las nucleoplasminas posee un solo pliegue de rollo de gelatina y se ensambla en un pentámero. [27] Desde entonces se han informado estructuras similares en grupos adicionales de proteínas de remodelación de la cromatina . [28] También se encuentran motivos de rollo de gelatina con conectividad de hoja beta idéntica en ligandos del factor de necrosis tumoral [29] y proteínas de la bacteria Yersinia pseudotuberculosis que pertenecen a una clase de proteínas virales y bacterianas conocidas como superantígenos . [30] [31]

En términos más generales, los miembros de la extremadamente diversa superfamilia de las cupinas también se describen a menudo como rollos de gelatina; aunque el núcleo común de la estructura del dominio de la cupina contiene solo seis cadenas beta, muchas cupinas tienen ocho. [32] Los ejemplos incluyen las enzimas dioxigenasas no hemo [33] [34] (incluidas las hidroxilasas dependientes de alfa-cetoglutarato ) y las desmetilasas de histonas de la familia JmjC . [35] [36]

Las proteínas celulares con el doble pliegue de rollo de gelatina incluyen las hidrolasas de glicósido de la familia DUF2961, la péptido:N-glicosidasa F (PNGases F) y la monooxigenasa alfa-amidante de peptidilglicina . [25]

Una diferencia notable entre las PNGasas F y las otras proteínas de doble rollo de gelatina es la ausencia de las hélices α, que siguen a las hebras F y F' en las proteínas de la cápside y DUF2961. Las regiones equivalentes son variables en las PNGasas F y contienen bucles largos o inserciones. Por el contrario, los dominios de rollo de gelatina de las proteínas DUF2961 contienen una inserción de horquillas β cortas aguas arriba de las hebras G y G' del pliegue de doble rollo de gelatina. Es importante destacar que las proteínas de la familia DUF2961 forman trímeros que se asemejan a los capsómeros virales. [25]

Evolución

Estudios comparativos de proteínas clasificadas como jelly roll y estructuras de clave griega sugieren que las proteínas de clave griega evolucionaron significativamente antes que sus contrapartes jelly roll topológicamente más complejas. [5] Estudios de bioinformática estructural que comparan las proteínas jelly-roll de la cápside del virus con otras proteínas de estructura conocida indican que las proteínas de la cápside forman un grupo bien separado, lo que sugiere que están sujetas a un conjunto distintivo de restricciones evolutivas. [4] Una de las características más notables de las proteínas jelly-roll de la cápside viral es su capacidad de formar oligómeros en un patrón de mosaico repetido para producir una cubierta de proteína cerrada; las proteínas celulares que son más similares en pliegue y topología son en su mayoría también oligómeros. [4] Se ha propuesto que las proteínas de la cápside viral jelly-roll han evolucionado a partir de proteínas jelly-roll celulares, potencialmente en varias ocasiones independientes, en las primeras etapas de la evolución celular. [12]

Historia y nomenclatura

El nombre "rollo de gelatina" se utilizó por primera vez para la estructura compuesta por una elaboración del motivo de la clave griega por Jane S. Richardson en 1981 y tenía la intención de reflejar la semejanza de la estructura con una gelatina o un pastel de rollo suizo . [2] La estructura ha recibido una variedad de nombres descriptivos, incluyendo cuña, barril beta y rollo beta. Los bordes de las dos láminas no se juntan para formar patrones regulares de enlaces de hidrógeno , por lo que a menudo no se considera un barril beta verdadero , [3] aunque el término es de uso común para describir la arquitectura de la cápside viral. [14] [15] Las proteínas celulares que contienen estructuras similares a rollos de gelatina pueden describirse como un pliegue de cupina , un pliegue JmjC o una hélice beta de doble cadena. [34]

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