Войти
Метилирование белка - это тип посттрансляционной модификации с добавлением метила. группы в белки. Это может происходить на азотсодержащих боковых цепях аргинина и лизина, но также на амино- и карбокси-концах ряда различных белков. В биологии метилтрансферазы катализируют процесс метилирования, активируемый главным образом S-аденозилметионином. Метилирование белков наиболее изучено в гистонах, где перенос метильных групп от S-аденозилметионина катализируется гистоновыми метилтрансферазами. Гистоны, которые метилированы по определенным остаткам, могут действовать эпигенетически, подавляя или активируя экспрессию гена.
Множественные сайты белков могут быть метилированный. Для некоторых типов метилирования, таких как N-концевое метилирование и метилирование пренилцистеина, требуется дополнительная обработка, тогда как другие типы метилирования, такие как метилирование аргинина и метилирование лизина, не требуют предварительной обработки.
Метилирование аргинина PRMT типа I и II. Аргинин может быть метилирован один раз (монометилированный аргинин) или дважды (диметилированный аргинин). Метилирование остатков аргинина катализируется тремя различными классами белковых аргининметилтрансфераз (PRMT): PRMT типа I (PRMT1, PRMT2, PRMT3, PRMT4, PRMT6 и PRMT8) присоединяют две метильные группы к одному концевому атому азота, образуя асимметричный диметиларгинин (NG, NG-диметиларгинин). Напротив, PRMT типа II (PRMT5 и PRMT9) катализируют образование симметричного диметиларгинина с одной метильной группой на каждом концевом азоте (симметричный N G, N 'G-диметиларгинин). PRMT типа I и II генерируют промежуточные соединения N G-монометиларгинина; PRMT7, единственный известный PRMT типа III, производит только монометилированный аргинин.
Метилирование аргинина обычно происходит в областях, богатых глицином и аргинином, называемых «мотивами GAR», что, вероятно, связано с повышенной гибкостью этих областей, которая позволяет встраивать аргинин в активный сайт PRMT. Тем не менее существуют PRMT с консенсусными последовательностями, не относящимися к GAR. PRMT присутствуют как в ядре, так и в цитоплазме. При взаимодействии белков с нуклеиновыми кислотами остатки аргинина являются важными донорами водородных связей для фосфатного остова - было обнаружено, что многие аргинин-метилированные белки взаимодействуют с ДНК или РНК.
Ферменты, облегчающие гистон ацетилирование, как и сами гистоны, могут быть метилированы аргинином. Метилирование аргинина влияет на взаимодействия между белками и вовлечено во множество клеточных процессов, включая перенос белков, передачу сигналов и регуляцию транскрипции. В эпигенетике метилирование аргинином гистонов H3 и H4 связано с более доступной структурой хроматина и, следовательно, более высокими уровнями транскрипции. Существование аргининдеметилаз, которые могут обратить вспять метилирование аргинина, является спорным.
Метилирование лизина с помощью PKMT и деметилирование с помощью PKDM. Лизин может быть метилирован один, два или три раза лизинметилтрансферазами ( ПКМЦ). Большинство лизинметилтрансфераз содержат эволюционно законсервированный домен SET, который обладает S-аденозилметионин -зависимой активностью метилтрансферазы, но структурно отличается от других связывающих S-аденозилметионин белков. Метилирование лизина играет центральную роль в том, как гистоны взаимодействуют с белками. Метилирование лизина может быть обращено лизин деметилазами (PKDMs).
Различные белки, содержащие домен SET, обладают различными субстратными специфичностями. Например, SET1, SET7 и MLL метилируют лизин 4 гистона H3, тогда как Suv39h1, ESET и G9a специфически метилируют лизин 9 гистона H3. Метилирование лизина 4 и лизина 9 являются взаимоисключающими, и эпигенетические последствия сайт-специфического метилирования диаметрально противоположны: метилирование лизина 4 коррелирует с активным состоянием транскрипции, тогда как метилирование лизина 9 связано с репрессией транскрипции и гетерохроматином. Другие остатки лизина на гистоне H3 и гистоне H4 также являются важными сайтами метилирования специфическими ферментами, содержащими домен SET. Хотя гистоны являются основной мишенью лизинметилтрансфераз, другие клеточные белки несут остатки N-метиллизина, в том числе фактор элонгации 1А и кальций-чувствительный белок кальмодулин.
Многие эукариотические белки являются пост- -трансляционно модифицированы на их N-конце. Распространенной формой N-концевой модификации является N-концевое метилирование (Nt-метилирование) N-концевыми метилтрансферазами (NTMT). Белки, содержащие консенсусный мотив H 2 NX-Pro-Lys- (где X может быть Ala, Pro или Ser), после удаления инициатора метионина (iMet) могут быть подвержены N-концевому α-амино- метилирование. Монометилирование может иметь небольшое влияние на нуклеофильность и основность α-амино азота, тогда как триметилирование (или диметилирование в случае пролина) приведет к отмене нуклеофильности и постоянному положительному заряду на N-концевой аминогруппе. Хотя с биохимической точки зрения деметилирование аминов возможно, Nt-метилирование считается необратимым, поскольку до настоящего времени не было описано N-концевой деметилазы. Было обнаружено, что варианты гистона CENP-A и CENP-B Nt-метилированы in vivo.
Эукариотические белки с C- концы, которые заканчиваются мотивом CAAX, часто подвергаются серии посттрансляционных модификаций. Процессинг CAAX-хвоста происходит в три этапа: во-первых, прениллипидный якорь присоединяется к цистеину посредством тиоэфирной связи. Затем происходит эндопротеолиз, чтобы удалить последние три аминокислоты белка, чтобы обнажить пренилцистеиновую α-COOH группу. Наконец, открытая пренилцистеиновая группа метилируется. Важность этой модификации можно увидеть в целенаправленном разрушении метилтрансферазы для белков CAAX мыши, когда потеря изопренилцистеинкарбоксилметилтрансферазы привела к летальности в середине беременности.
Биологическая функция метилирования пренилцистеина заключается в облегчении нацеливания на Белки CAAX на поверхности мембран внутри клеток. Пренилцистеин может быть деметилирован, и эта обратная реакция катализируется изопренилцистеинкарбоксилметилэстеразой. CAAX-бокс-содержащие белки, которые метилированы пренилцистеином, включают Ras, GTP-связывающие белки, ядерные ламины и некоторые протеинкиназы. Многие из этих белков участвуют в передаче клеточных сигналов, и они используют метилирование пренилцистеина, чтобы сконцентрировать их на цитозольной поверхности плазматической мембраны, где они функционируют.
Метилирование на С-конце может увеличивать химический репертуар белка и известно, что они оказывают большое влияние на функции белка.
В эукариотических клетках фосфатазы катализируют удаление фосфатных групп из тирозина, серина и фосфопротеины треонина. Каталитическая субъединица основных серин / треонинфосфатаз, таких как протеинфосфатаза 2, ковалентно модифицируется за счет обратимого метилирования ее C-конца с образованием лейцина карбоксиметилового эфира. В отличие от метилирования мотива CAAX, для облегчения метилирования не требуется C-концевой процессинг. Это событие C-терминального метилирования регулирует рекрутирование регуляторных белков в комплексы посредством стимуляции белок-белковых взаимодействий, таким образом косвенно регулируя активность комплекса серин-треонинфосфатаз. Метилирование катализируется уникальной протеинфосфатазой метилтрансферазой. Метильная группа удаляется специфической метилэстеразой протеинфосфатазы. Эти два противоположных фермента делают метилирование серин-треонинфосфатаз динамичным процессом в ответ на стимулы.
Поврежденные белки накапливают изоаспартил, что вызывает нестабильность белка, потерю биологическая активность и стимуляция аутоиммунных ответов. Спонтанная возрастная деградация остатков L-аспартила приводит к образованию промежуточного сукцинимидила, радикала сукцинимида. Он самопроизвольно гидролизуется либо обратно до L-аспартила, либо, при более благоприятной реакции, до аномального L-изоаспартила. Для превращения L-изоаспартила обратно в L-аспартил существует зависимый от метилтрансферазы путь. Чтобы предотвратить накопление L-изоаспартила, этот остаток метилируют протеином L-изоаспартилметилтрансферазой, который катализирует образование сложного метилового эфира, который, в свою очередь, превращается обратно в промежуточный сукцинимидил. Мутации, связанные с утратой и усилением функции, выявили биологическое значение L-изоаспартил-O-метилтрансферазы в возрастных процессах: мыши, лишенные фермента, умирают молодыми от фатальной эпилепсии, в то время как мухи, сконструированные для его сверхэкспрессии, имеют увеличение продолжительности жизни. более 30%.
Общей темой для метилированных белков, как и для фосфорилированных белков, является роль, которую эта модификация играет в регуляции межбелковых взаимодействий. Метилирование белков аргинином может либо ингибировать, либо способствовать межбелковым взаимодействиям в зависимости от типа метилирования. Асимметричное диметилирование остатков аргинина в непосредственной близости от богатых пролином мотивов может ингибировать связывание с доменами SH3. Противоположный эффект наблюдается при взаимодействии между выживанием белка двигательных нейронов и белками snRNP SmD1, SmD3 и SmB / B ', где связывание стимулируется симметричным диметилированием остатков аргинина в белках snRNP.
Лунка Характерный пример зависимого от метилирования белок-белкового взаимодействия связан с избирательным метилированием лизина 9 посредством SUV39H1 на N-концевом хвосте гистона H3. Ди- и три-метилирование этого остатка лизина облегчает связывание гетерохроматинового белка 1 (HP1). Поскольку HP1 и Suv39h1 взаимодействуют, считается, что связывание HP1 с гистоном H3 сохраняется и даже позволяет этому распространяться по хроматину. Белок HP1 содержит хромодомен, который отвечает за метилзависимое взаимодействие между ним и лизином 9 гистона H3. Вероятно, что дополнительные хромодомен-содержащие белки будут связываться с тем же сайтом, что и HP1, и с другими положениями метилирования лизина на гистонах H3 и гистон H4.
С-концевое метилирование белка регулирует сборку протеинфосфатазы. Метилирование каталитической субъединицы протеинфосфатазы 2A усиливает связывание регуляторной субъединицы B и облегчает сборку холофермента.
