Η δομή του κινητήρα έκκρισης πρωτεϊνών SecA από Escherichia coli

Περίπου 25-30% των βακτηριακών πρωτεϊνών λειτουργούν στον κυτταρικό φάκελο ή εκτός κυττάρου. Αυτές οι πρωτεΐνες εκκρίνονται κυρίως ως αποδιπλωμένες πολυπεπτιδικές αλυσίδες από διάφορα συστήματα έκκρισης. Η SecA είναι η ATPάση του ζωτικής σημασίας συμπλόκου μετάθεσης πρωτεϊνών Sec καθώς και RNA ελικάση που ανήκει στην δεύτερη υπεροικογένεια (Superfamily 2, SF2). Προσδιορίσαμε τις δομές της ομοδιμερούς SecA από E. coli στην ελεύθερη μορφή (apo form) καθώς και σε μορφή συμπλόκων με τα νουκλεοτίδια: αδενοσινο τριφωσφορικό οξύ (ATP), αδενοσινο διφωσφορικό μαγνήσιο (Mg2+.ADP) και αδενοσινο 5' [β,γ ιμιδο] τριφωσφορικό μαγνήσιο (Mg2+.AMP-PNP) με την μέθοδο περίθλασης ακτίνων-Χ από κρυστάλλους σε όριο ευκρίνειας 2 A (1). Κάθε μονομερές περιλαμβάνει τον 'πυρήνα' της SF2 ελικάσης/ATPάσης, δηλαδή τον κινητήρα DEAD (από την χαρακτηριστική αλληλουχία "Asp Glu Ala-Asp" ή, άλλως "DEAD" και των παραγώγων της "DExD/H" στην αλληλουχία του Μοτίβου ΙΙ (Walker Box Β) των ελικασών). Ο κινητήρας-DEAD με την σειρά του, αποτελείται από δύο επικράτειες (domains/folds): την επικράτεια δέσμευσης νουκλεοτιδίων 1 (Nucleotide Binding Fold 1, NBF1) και την επικράτεια δέσμευσης νουκλεοτιδίων 2 (Nucleotide Binding Fold 2, NBF2). Tο μονομερές περιλαμβάνει επίσης και την επικράτεια δέσμευσης εκκρινόμενων προ πρωτεϊνών (Preprotein Binding Domain, PBD), η οποία εντίθεται στην NBF1 μέσω δύο αντιπαράλληλων β αλυσίδων και, την καρβοξυ επικράτεια (Carboxy domain, C domain) που είναι συνδεμένη στην άκρη της NBF2. Οι δύο τελευταίες επικράτειες ονομάζονται και επικράτειες εξειδίκευσης (specificity domains) των ενζύμων SecA.

Οι δομές των συμπλόκων της SecA με νουκλεοτίδια προσδιορίζουν μια εσοχή στην μεσεπιφάνεια των δύο επικρατειών του κινητήρα DEAD που περιλαμβάνει τα κρίσιμα αμινοξικά κατάλοιπα για την καταλυτική υδρόλυση του ΑΤP.

Η διμερής πρωτεΐνη αποτελείται από δύο πρακτικώς ταυτόσημα πρωτομερή, που είναι αντι παράλληλα διατεταγμένα. Ο διμερισμός συντελείται κυρίως μέσω εκτενών επαφών στις δύο επικράτειες του κινητήρα DEAD ενώ οι καρβοξυ-επικράτειες είναι στραμμένες προς το εξωτερικό και εκτός της περιοχής διμερισμού. Ο τρόπος αυτός διμερισμού (1) εξηγεί τον φαινότυπο σημαντικών λειτουργικών μεταλλάξεων και είναι τελείως διαφορετικός από τους τρόπους διμερισμού που βρέθηκαν σε δομές SecA από άλλα βακτήρια (2-6). Από τα ανωτέρω πειραματικά αποτελέσματα, την σύγκριση των δομών SecA και λαμβάνοντας υπ' όψιν την προσφάτως προσδιορισθείσα δομή του συμπλόκου SecA:SecYEG (7), θα επιχειρηθεί η περιγραφή ενός πιθανού τρόπου λειτουργίας του Sec συμπλόκου μετάθεσης πρωτεϊνών.

Βιβλιογραφία:
1. Papanikolau, Y., et al. Structure of dimeric SecA, the Escherichia coli preprotein translocase motor (2007) J. Mol. Biol. 366, 1545-57.
2. Hunt, J. F., et al. Nucleotide control of interdomain interactions in the conformational reaction cycle of SecA (2002) Science 297, 2018-26.
3. Sharma, V., et al. Crystal structure of Mycobacterium tuberculosis SecA, a preprotein translocating ATPase (2003) Proc. Natl. Acad. Sci.-USA 100, 2243-48.
4. Osborne, A. R., et al. A large conformational change of the translocation ATPase SecA (2004) Proc. Natl. Acad. Sci.-USA 101, 10937-42.
5. Vassylyev, D. G., et al. Crystal structure of the translocation ATPase SecA from Thermus thermophilus reveals a parallel, head-to-head dimer (2006) J. Mol. Biol. 364, 248-258.
6. Zimmer, J., et al. A Novel Dimer Interface and Conformational Changes Revealed by an X-ray Structure of B. subtilis SecA (2006) J. Mol. Biol. 364, 259-265.
7. Zimmer, J., et al. Structure of a complex of the ATPase SecA and the protein-translocation channel (2008) Nature 455, 936-943.

Ομιλητής: Κυριάκος Πετράτος
Ινστιτούτο Μοριακής Βιολογίας και Βιοτεχνολογίας, Ίδρυμα Τεχνολογίας Έρευνας, 71110 Ηράκλειο
Ώρα: Δευτέρα, 1 Ιουνίου 2009, 13:00

PDF