Войти
| Грибковый гидрофобин | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Структура гидрофобина HFBII из Trichoderma reesei | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Условное обозначение | Гидрофобин_2 | ||||||||
| Pfam | PF06766 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR010636 | ||||||||
| ПРОФИЛЬ | PDOC00739 | ||||||||
| SCOP2 | 1к2м / СФЕРА / СУПФАМ | ||||||||
| OPM суперсемейство | 96 | ||||||||
| Белок OPM | 1r2м | ||||||||
| |||||||||
| Гидрофобин | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Условное обозначение | Гидрофобин | ||||||||
| Pfam | PF01185 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR001338 | ||||||||
| |||||||||
Гидрофобины - это группа небольших (~ 100 аминокислот ) белков, богатых цистеином, которые экспрессируются только мицелиальными грибами, лишайниками или нет. Они известны своей способностью образовывать гидрофобное (водоотталкивающее) покрытие на поверхности объекта. Впервые они были обнаружены и выделены в Schizophyllum commune в 1991 году. Основываясь на различиях в паттернах гидропатии и биофизических свойствах, их можно разделить на две категории: класс I и класс II. Гидрофобины могут самоорганизовываться в монослой на гидрофильных: гидрофобных поверхностях, таких как вода: воздух. Монослой класса I содержит ту же структуру ядра, что и амилоидные фибриллы, и положительный по отношению к конго красному и тиофлавину T. Монослой, образованный гидрофобинами класса I, имеет высокоупорядоченную структуру и может быть диссоциирован только концентрированным трифторацетатом или муравьиной кислотой. Сборка монослоя включает большие структурные перестройки по отношению к мономеру.
Грибы образуют сложные воздушные структуры и споры даже в водной среде.
Гидрофобины были обнаружены у лишайников, а также у нелихенизированных аскомицетов и базидиомицетов ; существуют ли они в других группах, неизвестно. Гидрофобины обычно находятся на внешней поверхности конидий и стенки гифы и могут участвовать в опосредовании контакта и коммуникации между грибком и окружающей его средой. Некоторые члены семьи содержат несколько копий домена.
Было обнаружено, что гидрофобины структурно и функционально подобны цератоплатанинам, другой группе небольших богатых цистеином белков, которые также содержат высокий процент гидрофобных аминокислот и также связаны с ростом гиф.
Это семейство белков включает в себя стерженьковой белки из Neurospora сгазза (ген EAS) и Emericella nidulans (ген Röda ), эти белки являются основным компонентом гидрофобной оболочки, покрывающей поверхность многих грибковых спор.
Геномное секвенирование двух грибов из сухой или соленой окружающей среды ( Wallemia sebi и W. ichthyophaga ) показало, что эти виды содержат предсказанные гидрофобины с необычно высокой долей кислых аминокислот и, следовательно, с потенциально новыми характеристиками. Считается, что высокая доля кислых аминокислот является адаптацией белков к высоким концентрациям соли.
Гидрофобины характеризуются наличием 8 консервативных остатков цистеина, которые образуют 4 дисульфидные связи. Они способны изменить смачиваемость поверхностей за счет спонтанной самосборки мономерных белков в амфипатические монослои на гидрофобных: гидрофильных поверхностях. Несмотря на эту общую особенность, гидрофобины подразделяются на два класса на основании различий в их мономерной структуре, например расстояния между остатками цистеина, и на основе различных физико-химических свойств амфипатических монослоев, которые они образуют. Обширный структурный анализ индивидуальных гидрофобинов из двух классов выявил, что морфологические и физические различия между полимерными формами класса I и класса II являются результатом значительных структурных различий на уровне сборки мономеров.
Гидрофобины класса I характеризуются довольно разнообразной аминокислотной последовательностью между разными типами (за исключением консервативных остатков цистеина), и по сравнению с классом II они имеют длинное и различное межцистеиновое расстояние. Они образуют rodlets, которые были идентифицированы в качестве функциональных амилоидов из - за их амилоида-подобные характеристики, как видно в рентгеновских дифракционных исследований и подтвержденных по их способности связываться с амилоида-специфических красителей, таких как Конго красный и Тиофлавин Т. Образование родлетов включает в себя конформационные изменения, которые приводят к образованию чрезвычайно прочной структуры β-листов, которая может быть деполимеризована только обработкой сильными кислотами. Роллеты могут спонтанно образовывать упорядоченные монослои путем латеральной сборки, демонстрируя правильную фибриллярную морфологию на гидрофобных: гидрофильных поверхностях. Наиболее хорошо охарактеризованным гидрофобином класса I является EAS, который покрывает споры гриба Neurospora crassa, после чего описывается DewA из Aspergillus nidulans.
Гидрофобины класса II имеют в целом более консервативную аминокислотную последовательность между различными типами и, в отличие от класса I, имеют короткие регулярные промежутки между цистеинами. В отличие от класса I, монослой гидрофобинов класса II формируется на гидрофобных: гидрофильных границах раздела не фибриллярно и не связано с образованием амилоидных структур или с большими конформационными изменениями. Тем не менее, исследования с помощью атомно-силовой микроскопии с высоким разрешением выявили формирование заметного гексагонального повторяющегося рисунка на поверхностях, покрытых гидрофобином класса II HBFI, что означает, что эти белки также способны образовывать упорядоченную сеть в поверхностных пленках.
Кристаллические структуры или HFBI и HFBII из Trichoderma reesei были первыми гидрофобинами класса II, которые должны были быть определены.
Особый интерес представляет понимание механизма, лежащего в основе самосборки мономеров класса I, который приводит к образованию жестких, упорядоченных монослоев амфипатических родлетов из-за их внутренних свойств и из-за значительной информации, полученной из нескольких исследований характеристик гидрофобинов класса I EAS и DewA.. Эти механизмы были тщательно изучены с помощью целевого мутагенеза в попытке идентифицировать ключевые области аминокислотной последовательности, управляющие самосборкой родлеток. Модель мономерной формы EAS была предложена Kwan et al. (2006) из структурных данных, полученных в результате экспериментов по ЯМР-спектроскопии и дифракции рентгеновских лучей, которые указали на наличие четырехцепочечной антипараллельной β-цилиндрической основной структуры в EAS, которая позволяет мономеру связываться через H-связывание основной цепи. Вокруг этого β-цилиндрического ядра есть вторичные элементы, такие как петли Cys3-Cys4 и Cys7-Cys8. Эта модель согласуется с амилоидоподобной структурой, которую образуют стержни класса I, в которой β-тяжи ориентированы перпендикулярно оси поперечного β-каркаса волокна.
Сайт-направленный мутагенез EAS дал понимание специфических структурных изменений, ответственных за самосборку мономеров в rodlets и последующее образование амфипатического монослоя в гидрофобных: гидрофильных интерфейсах. Kwan et al. (2008) сообщили, что длинная гидрофобная петля Cys3-Cys4 не требуется для сборки стержней, поскольку ее делеция не влияет на укладку и физические свойства мономерного белка, а также на морфологию формы полимерных стержней. Вместо этого было обнаружено, что область короткой петли Cys7-Cys8, содержащая в основном незаряженные полярные остатки, является критической для сборки стерженьков.
Характеристика вторичных элементов EAS, участвующих в сборке стержней, дала понимание механизма, лежащего в основе самосборки гидрофобинов класса I, но важные структурные различия с DewA, другим гидрофобином класса I, предполагают, что механизмы, приводящие в действие сборку стержней, различаются между разными типами гидрофобинов. Как и EAS, DewA также имеет β-цилиндрическую структуру сердечника, но существенно отличается от нее из-за значительного содержания спиральных вторичных элементов. Уникальной особенностью DewA является его способность существовать в виде двух типов конформеров в растворе, оба из которых способны образовывать сборки стержней, но с разной скоростью. Несмотря на эти различия в структурных механизмах и механизмах самосборки, как EAS, так и DewA образуют надежные фибриллярные монослои, это означает, что должно существовать несколько путей, белковых последовательностей и третичных конформаций, способных самосбориться в амфипатические монослои. Дальнейшее изучение EAS и DewA и их механизмов самосборки стержней откроет возможности для рационального дизайна гидрофобинов с новыми биотехнологическими приложениями.
Начиная с самых первых исследований, которые дали представление о свойствах гидрофобинов, эти небольшие белки рассматривались как отличные кандидаты для технологического использования. Детальное понимание молекулярных механизмов, лежащих в основе самосборки гидрофобина в амфипатический монослой в гидрофобных: гидрофильных интерфейсах, представляет большой академический интерес, но в основном коммерческий. Это связано с тем, что глубокое понимание элементов, управляющих этими механизмами, позволило бы разработать гидрофобины (или другие биомолекулы) для нано- и биотехнологических приложений. Примером может служить то, что гидрофобиновое покрытие углеродных нанотрубок увеличивает их растворимость и снижает их токсичность, открытие, которое увеличивает перспективы использования углеродных нанотрубок в качестве носителей для доставки лекарств. Другие области потенциального использования гидрофобинов включают:
Подробнее о потенциальных биотехнологических применениях гидрофобинов см. Hektor amp; Scholtmeijer (2005) и Cox amp; Hooley (2009).
