ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 01.12.2019
Просмотров: 3401
Скачиваний: 3
Протеинкиназы различных семейств имеют довольно консервативную структуру каталитического домена, менее консервативную структуру регуляторного и наиболее вариабельную - распознающего субстраты домена, что позволя-
ет ему "узнавать" очертания субстратных участков белков-мишеней. Структура регуляторного домена различных про-теинкиназ определяет их способность взаимодействовать с определенными молекулами эффекторов, в роли которых могут выступать различные вторичные посредники сигнальных систем клеток. Это приводит к активированию или инактивированию протеинкиназ и изменению интенсивности преобразования и передачи по сигнальной цепи элиси-торного сигнального импульса. Активация различных изо-форм протеинкиназ может осуществляться ионами кальция, Са2+-кальмодулиновым комплексом, циклическими АМФ и ГМФ, диацилглицеринами и другими, ингибирова-ние - таннинами, флавоноидными соединениями, искусственными синтетическими ингибиторами.
Белки-представители некоторых групп протеинкиназ состоят из гетеротримерных комплексов, причем каждая из субъединиц комплекса (сс-каталитическая, (3-регуляторная и у-узнающая субстрат) соответствует упоминавшимся выше доменам одномолекулярных протеинкиназ.
Повышение концентрации активатора или ингибитора протеинкиназных реакций может сильно отразиться на направленности обмена веществ клеток, так как в качестве субстратов протеинкиназных реакций выступают различные ферменты, белки-участники сигнальных систем клеток (в том числе сами протеинкиназы), белки не только цитозо-ля, но и мембран, например, белки ионных каналов и ионных помп.
Белок-Ф
Протеинфосфатаза
Ключевую роль в функционировании сигнальных систем клеток играют не только реакции фосфорилирования белков, но и обратные реакции их дефосфорилирования, катализируемые протеинфосфатазами и возвращающие активность белков-субстратов в исходное состояние:
Белок + Фн
Протеинфосфатазы растений подразделяют на несколько групп, при этом в основу классификации положено сходство (или различие) последовательности аминокислот в доменах ферментов [Rodriguez, 1998]. Гены многих протеинфосфатаз были клонированы, и их первичная структура определена. Обнаружена чрезвычайно высокая консервативность протеинфосфатаз, что подтверждает представление о
впжности исследуемых ферментов в осуществлении функций клеток.
Протеинфосфатазы подразделяются на низкомолекулярные цитоплазматические и высокомолекулярные ре-цепторные [Буланова, Будагян, 1994] классы. Первые включают в себя два подкласса: серин-треониновые и тиро-зиновые фосфатазы.
Серин-треониновые протеинфосфатазы (ПФ) растений (гомологичные обнаруженным у животных) подразделяются на три типа: ПФ1, ПФ2А и ПФ2С (РР1, РР2А и РР2С). Протеинкиназы типа 2В (РР2В), характерные для животных, в растениях еще не клонированы, но опыты со специфическим ингибитором этих ферментов позволяют считать, что этот тип протеинфосфатаз присутствует и у растений [Schreiber, 1992]. Еще одно различие в том, что у РР2С не обнаружено регуляторной субъединицы. По-видимому, се роль могут играть различные белки, являющиеся мишенями для фермента. Активность каталитической субъединицы у РР2В регулируется и кальцием, и кальцийсвязываю-щим белком - гомологом кальмодулина [Klee et al., 1988].
Рецепторные протеинфосфатазы имеют достаточно консервативный трансмембранный домен и подразделяются на несколько классов в зависимости от структуры и свойств внеклеточного и цитоплазматического фосфатаз-ного доменов. Первый может содержать гликозильные остатки или богатые серином участки.
Дополнительное свидетельство различий протеинфосфатаз в том, что они по-разному относятся к ингибиторам и ионам. Так, протеинфосфатазы РР2С требовали для своей активации ионы Mg2+ и Мп2+ и не реагировали на окадаевую кислоту - сильный ингибитор активности протеинфосфатаз типа РР1 и PP2A[Cohen, 1989; Rodriguez, 1998].
Расшифровка первичной структуры протеинфосфатазы типа РР2С у растений (главным образом, у арабидопсиса) [Rodriguez, 1998] позволила сделать вывод, что у них главные различия определяются вариациями аминокислотного состава на N-конце молекул. Например, у КАРР (kinase associated protein phosphatase) домен KI связывается только с фосфорилированной формой рецепторных протеинкиназ и дефосфорилирует их, прерывая передачу сигнального импульса.
АВ11 и АВ12 играют ключевую роль в АБК-индуциро-ванном сигнальном пути [Merlot, Giraudat, 1997; Gosti et al., 1999]. Наблюдались рН-зависимая и М§2+-зависимая активация ABU [Leube et al., 1998].
У протеинфосфатаз МР2С основной мишенью является МАРККК, активируемая при воздействии различных стрессоров. Такая специфика становится объяснимой, если учесть, что у некоторых протеинфосфатаз обнаружены места связывания с соответствующими им протеинкиназами [Williams et al., 1997; Li J. et al., 1999] - участниками сигнальных систем клеток. Это позволяет обеспечивать существование комплекса протеинкиназа-протеинфосфатаза и своевременно и эффективно блокировать преобразование и передачу в геном сигнального импульса. Принцип работы этого механизма достаточно прост: накопление определенной протеинкиназы - интермедиата сигнальной цепи - активирует фосфопротеин-фосфатазу и приводит к дефосфорили-рованию (инактивации) протеинкиназы. Например, активация некоторых протеинкиназ может привести к фосфори-лированию и активации соответствующих протеинфосфатаз. При исследовании функционирования протеинфосфатаз часто используют специфические ингибиторы, например окадаевую кислоту и каликулин [Li et al., 1994b].
ФАКТОРЫ РЕГУЛЯЦИИ ТРАНСКРИПЦИИ
Синтез матричных РНК катализируется ДНК-зависимыми РНК-полимеразами'- одними из наиболее крупных белковых комплексов, состоящих из двух больших и 5-13 малых субъединиц, что определяется сложностью и важностью их функций. Эти субъединицы имеют консервативные последовательности аминокислот, в большей или меньшей степени общие для животных и растений, iАктивность РНК-полимеразы и узнавание транскрибируемых генов регулируются с помощью нескольких типов белков. Наибольшее внимание привлекают факторы регуляции транскрипции.' Эти белки способны взаимодействовать с другими белками, в том числе с идентичными, изменять конформацию при фосфорилировании нескольких входящих в их состав аминокислот,[узнавать регуляторные последовательности нуклеотидов в промоторных участках генов, что приводит к изменению интенсивности их экспрессии.: Именно факторы регуляции транскрипции направляют РНК-полимеразу на точку инициации транскрипции соответствующего гена (или совокупности генов), не участвуя непосредственно в каталитическом акте синтеза мРНК.
У животных организмов определены особенности структуры более 1 тысячи факторов регуляции транскрипции. Клонирование их генов способствовало получению информации, позволившей осуществить классификацию этих белков.
Все факторы регуляции транскрипции содержат три основных домена. Наиболее консервативным является ДНК-связывающий домен. Последовательность аминокислот в нем определяет узнавание определенных последовательностей нуклеотидов в промоторах генов.
В зависимости от гомологии первичной и вторичной структур ДНК-связывающего домена факторы регуляции транскрипции подразделяются на четыре суперкласса: 1) с доменами, обогащенными основными аминокислотами; 2) с ДНК-связывающими доменами, координирующими ионы цинка, - "цинковыми пальцами"; 3) с доменами типа спираль-поворот-спираль; 4) с доменами типа |3-скэффолд, образующими контакты с малой бороздкой ДНК [Патрушев, 2000]. Каждый суперкласс подразделяется на классы, семейства и подсемейства. В суперклассе 1 обращают на себя внимание факторы регуляции транскрипции с доменами типа "лейциновая застежка-молния", представляющими собой ос-спирали, у которых каждая седьмая аминокислота является лейцином, выступающим с одной стороны спирали. Гидрофобное взаимодействие остатков лейцина одной молекулы с аналогичной спиралью другой молекулы обеспечивает димеризацию (по аналогии с застежкой-молнией) факторов регуляции транскрипции, необходимую для взаимодействия с ДНК.
В суперклассе 2 "цинковые пальцы" представляют собой последовательности аминокислот, содержащие четыре остатка цистеина, которые оказывают координирующее действие на ион цинка. "Цинковые пальцы" взаимодействуют с большой бороздкой ДНК. В другом классе этого суперкласса структура "цинковых пальцев" обеспечивается двумя остатками цистеина и двумя остатками гистидина (рис. 5), еще в одном классе координация двух ионов цинка в одном "пальце" осуществляется шестью остатками цистеина. Вершины "цинковых пальцев" контактируют с большой бороздкой ДНК.
Исследование структуры факторов регуляции транскрипции у растений позволило установить гомологию с белками этого типа, характерными для животных объектов. Типичные факторы регуляции транскрипции содержат следующие три основных структурных элемента: ДНК-связы-вающий, олигомеризационный и регуляторный домены [Liu et al., 1999]. Мономерные формы транскрипционных факторов неактивны, в отличие от димерных (олигомерных). Образованию олигомерных форм предшествует фосфорили-рование мономерных форм в цитозоле, затем происходит их ассоциация и после этого доставка в ядро или с помощью
Рис. 5. Структура "цинкового пальца" фактора регуляции транскрипции [Hardie, 1999]
Г - остаток гистидина; Ц-S - остаток цистеина
специальных транспортных белков или благодаря взаимодействию с рецепторными белками в порах ядерной мембраны, после чего они переносятся в ядро и взаимодействуют с промоторными участками соответствующих генов. 'Факторы регуляции транскрипции кодируются мультигенными семействами, и их синтез может индуцироваться патогенами и элиситорами, а активность изменяться в результате посттрансляционной модификации (главным образом, фосфо-рилирования или дефосфорилирования).
В настоящее время создана все более расширяющаяся база данных о структуре различных факторов регуляции транскрипции и их генов у растений [Wingender et al., 2000]. Показано, что специфичность связывания с ДНК определяется аминокислотными последовательностями стержневой и петлевой зон в уже упоминавшихся лейциновых "застежках-молниях", представляющих собой одну из наиболее многочисленных и консервативных групп эукариотиче-ских факторов регуляции транскрипции [Niu et al., 1999]. Часто факторы регуляции транскрипции классифицируются именно по структуре ДНК-связывающих доменов, которые могут включать спиральные последовательности аминокислот, "цинковые пальцы" - участки с двумя цистеино-выми и двумя гистидиновыми остатками или со многими ци-стеиновыми остатками и т.д. У растений от одного до четырех "цинковых пальцев" найдены в ДНК-связывающих доменах факторов регуляции транскрипции [Takatsuji, 1999].