Строительство подразделения

Научные отчеты, том 6, Номер статьи: 19183 (2016) Цитировать эту статью

1772 Доступа

13 цитат

4 Альтметрика

Подробности о метриках

Металлошапероны — это металл-связывающие белки, предназначенные для доставки соответствующего металла к белку-мишени. Металл обычно переносится между различными белками. В этом исследовании мы обнаружили, что металл переносится между одной и той же субъединицей мутантной нитрилгидратазы (NHase). Различные «белки-активаторы» опосредуют транспорт ионов металлов в NHазы. Мы сконструировали гибридные NHазы путем слияния β- и α-субъединиц и/или «белков-активаторов» NHase из Pseudomonas putida. Слитые NHазы проявляли более высокую термостабильность и толерантность к высоким концентрациям образующегося амида. Механизм включения кобальта изменился с паттерна замены собственных субъединиц на паттерн специфичных для апопротеина молекулярных шаперонов in vivo и паттерн металлошаперонов in vitro. Примечательно, что перенос кобальта происходил между одной и той же α-субъединицей в паттерне металлошаперона. Эти результаты не только продемонстрировали превосходство NHаз гибридного типа, но также выявили инновационный характер переноса ионов металлов в биосинтезе металлопротеинов.

Металлопротеины интенсивно изучались на протяжении десятилетий, и более трети всех белков являются металлопротеинами1. Роли, опосредованные ионами металлов в белках, включают перенос электронов, транспорт кислорода, регуляцию генов и стабилизацию структуры2. В обзоре3 сообщалось о нескольких общих механизмах биосинтеза металлоцентров; один из них — доставка металлошапероном иона металла или металлсодержащих молекул. Металлошапероны представляют собой металлсвязывающие белки, предназначенные для доставки соответствующих ионов металлов или металлосодержащих молекул к целевому белку. Целевой белок и металлошаперон обычно представляют собой разные белки, и целевой белок проявляет лигандную специфичность и большее сродство к иону металла.

Нитрилгидратаза (NHase, КФ 4.2.1.84)4 – фермент, катализирующий гидратацию широкого круга нитрилов до соответствующих амидов5. Фермент состоит из α- и β-субъединиц и содержит либо негемовое железо (Fe-NHase)6, либо некорриновый кобальт (Co-NHase)7,8. Перенос ионов металлов в NHазы опосредуется соответствующими «белками-активаторами»9. Было показано, что активаторы Fe-NHases действуют как металлочапероны10, тогда как «белки-активаторы» действуют как «шапероны самозамены субъединиц» для включения кобальта в большинство Co-NHases9,11,12.

Самостоятельная замена субъединиц является одним из этапов посттрансляционного созревания семейства Co-NHase11. Белок-активатор существует в виде комплекса с α-субъединицей NHазы, и включение кобальта в NHase зависит от замены α-субъединицы между безкобальтовой α-субъединицей NHазы и кобальтсодержащей α-субъединицей комплекса9. Самостоятельная замена субъединиц сильно отличается от известных в настоящее время общих механизмов биосинтеза металлоцентра9,11,13, о которых сообщалось в обзоре Kuchar и Hausinger3, а именно: (i) обратимое связывание ионов металлов; (ii) доставка металлошапероном иона металла или кофактора; (iii) посттрансляционная модификация, создающая сайт связывания металла; (iv) синергетическое связывание металла с другим компонентом; (v) синтез металлсодержащих кофакторов; (vi) внедрение металла в сочетании с переносом электрона; и (vii) потребность в апопротеин-специфическом молекулярном шапероне и так далее14. Самостоятельная замена субъединиц была впервые обнаружена в L-NHase Rhodococcus rhodochrous J19, а затем в H-NHase того же штамма11, и предполагается, что она происходит в различных других Co-NHазах и ферменте семейства NHase, тиоцианатгидролазе, которая также содержит уникальный некорриновый кобальтовый центр с двумя посттрансляционно модифицированными цистеиновыми лигандами12,15. «Шапероны с самозаменой субъединиц» демонстрируют удивительную белковую функцию в отличие от металлошаперонов в биосинтезе металлоцентра и молекулярных шаперонов в сворачивании белков9,11.