Войти
Вирус папилломы человека Онкобелок E7, имитирующий мотив LxCxE (красный), связанный с хозяином Белок ретинобластомы (темно-серый) (PDB : 1gux )В молекулярной биологии Короткие линейные мотивы (также известные как SLiM, Линейные мотивы или минимотифы ) представляют собой короткие отрезки последовательности белок, которые опосредуют взаимодействие белок-белок.
Первое определение было дано Тим Хант :
«Последовательности многих белков содержат короткие консервативные мотивы, которые участвуют в активности распознавания и нацеливания, часто отдельно от других функциональных свойств молекулы, в которой они встречаются. Эти мотивы являются линейными в том смысле, что три- размерная организация не требуется, чтобы соединить отдаленные сегменты молекулы вместе, чтобы сделать узнаваемую единицу. Сохранение этих мотивов варьируется: некоторые очень консервативны, в то время как другие, например, позволяют структуры, которые сохраняют только определенный образец заряда в мотиве. "
SLiM обычно расположены в внутренне неупорядоченных регионах (более 80% известных SLiM), однако при взаимодействии со структурированным партнером вторичная структура часто индуцируется. Большинство аннотированных SLiM содержат от 3 до 11 смежных аминокислот, в среднем чуть более 6 остатков. Однако только несколько "горячих точек" (в среднем 1 "горячая точка" на каждые 3 остатка в мотиве) вносят большую часть свободной энергии связывания и определяют большую часть аффинности и специфичности взаимодействия. Хотя большинство мотивов не имеют позиционного предпочтения, некоторые из них должны быть локализованы на концах белка, чтобы быть функциональными. Ключевой определяющий атрибут SLiMs, имеющий ограниченное количество остатков, непосредственно контактирующих с партнером по связыванию, имеет два основных последствия. Во-первых, только несколько или даже одна мутация может привести к генерации функционального мотива с дальнейшими мутациями фланкирующих остатков, позволяющими настраивать аффинность и специфичность. Это приводит к тому, что SLiM имеют повышенную склонность к конвергентной эволюции, что способствует их распространению, о чем свидетельствует их сохранение и повышенная частота встречаемости у высших эукариот. Была выдвинута гипотеза, что это могло бы увеличить и реструктурировать возможность соединения интерактивного. Во-вторых, SLiM имеют относительно низкое сродство к своим партнерам по взаимодействию (обычно от 1 до 150 мкМ), что делает эти взаимодействия временными и обратимыми и, таким образом, идеальными для опосредования динамических процессов, таких как передача сигналов клетки. Кроме того, это означает, что эти взаимодействия можно легко модулировать с помощью посттрансляционных модификаций, которые изменяют структурные и физико-химические свойства мотива. Кроме того, области с высокой функциональной плотностью могут опосредовать переключение молекул посредством перекрывающихся мотивов (например, С-концевых хвостов интегрина бета-субъединиц) или они могут обеспечивать высокую авидность взаимодействия множественных низкоаффинных мотивов (например, множественные AP2-связывающие мотивы в Eps15 ).
SLiM функционирует почти в каждом пути из-за их критической роли в регуляции функции, межбелкового взаимодействия и передачи сигнала. SLiM действуют как модули взаимодействия, которые распознаются дополнительными биомолекулами. Большинство известных партнеров по взаимодействию SLiM являются глобулярными белковыми доменами, хотя SLiM, которые распознают другие внутренне неупорядоченные области, РНК и липиды также имеют были охарактеризованы. SLiM можно в целом разделить на два класса высокого уровня: сайты модификации и сайты связывания лиганда.
Сайты модификации . Сайты модификации SLiM охватывают сайты с детерминантами внутренней специфичности, которые распознаются и модифицируются активный центр каталитического домена фермента. Эти SLiM включают множество классических сайтов посттрансляционной модификации (PTM), сайты протеолитического расщепления, распознаваемые протеазами, и связи, распознаваемые изомеразами.
Сайты связывания лиганда . Сайты связывания лиганда SLiM привлекают партнеров по связыванию с белками, содержащими SLiM, часто опосредуя временные взаимодействия или действуя совместно с образованием более стабильных комплексов. часто играют центральную роль в формировании динамических мультибелковых комплексов, однако чаще они опосредуют регуляторные взаимодействия, которые контролируют стабильность, локализацию или состояние модификации белка.
Несколько заболеваний были связаны с мутациями в SLiM. Например, одной из причин синдрома Нунана является мутация в белке Raf-1, которая отменяет взаимодействие с белками 14-3-3, опосредованное соответствующими короткими линейными мотивами, и тем самым нарушает регуляцию Raf-1 активность киназы. Синдром Ашера является наиболее частой причиной наследственной слепоглухоты у людей и может быть вызван мутациями в любом домене PDZ в гармонине. или соответствующие мотивы взаимодействия PDZ в белке SANS. Наконец, синдром Лиддла был связан с аутосомно-доминантными активирующими мутациями в мотиве взаимодействия WW в β- (SCNNB_HUMA) и γ- (SCNNG_HUMA) субъединицах эпителиального натриевого канала ENaC. Эти мутации отменяют связывание с убиквитинлигазой NEDD4, тем самым ингибируя деградацию каналов и продлевая период полужизни ENaC, что в конечном итоге приводит к увеличению реабсорбции Na, увеличению объема плазмы и гипертонии. 62>
Вирусы часто имитируют человеческие SLiM, чтобы захватить и нарушить работу клеточного аппарата хозяина, тем самым добавляя функциональность их компактным геномам, не требуя новых кодируемых вирусами белков. Фактически, многие мотивы были первоначально обнаружены в вирусах, такие как мотив LxCxE, связывающий ретинобластому, и поздний домен PTAP, связывающий домен UEV. Короткое время генерации и высокая частота мутаций вирусов в сочетании с естественным отбором привели к многочисленным примерам мимикрии SLiM хозяина на каждом этапе жизненного цикла вируса (Src-связывающий мотив PxxP в Nef модулирует репликацию, WW-домен связывает PPxY. почкование в вирусе Эбола, мотив связывания легкой цепи динеина в вирусе бешенства жизненно важен для инфекции хозяина). Степень мимикрии SLiM человека удивительна для многих вирусных белков, содержащих несколько функциональных SLiM, например, аденовирусного белка E1A.
Патогенные бактерии также имитируют мотивы хозяина (а также имеют свои собственные мотивы), однако не в такой степени, как облигатные вирусы паразитов. E. Coli вводит белок EspF (U), который имитирует аутоингибиторный элемент N-WASP, в клетку-хозяин, чтобы активировать актин-нуклеирующие факторы WASP. Мотив KDEL бактерий кодируемого холерного токсина опосредует проникновение в клетки холерного токсина.
MDM2 - лекарство, имитирующее связывающий домен SWIB-мотив, лекарство Nutlin, связанное с MDM2 (PDB : 3lbk )Взаимодействия белок-белок, опосредованные линейными мотивами, показали себя многообещающими в последние годы в качестве новых мишеней для лекарств. Истории успеха включают аналог мотива MDM2 Нутлин-3 и интегрин, нацеленные на RGD-миметик Циленгитид : Нутлин-3 противодействует взаимодействию домена SWIB MDM2 с p53 таким образом стабилизируя р53 и вызывая старение в раковых клетках. Циленгитид ингибирует интегрин -зависимую передачу сигналов, вызывая разборку цитоскелета, отслоение клеток и индукцию апоптоз в клетках эндотелия и глиомы. Кроме того, пептиды, нацеленные на Grb2 и Crk SH2 / SH3 домены адаптеров также исследуются.
• На рынке нет лекарств, специально нацеленных на сайты фосфорилирования, однако ряд лекарств нацелены на домен киназы. Эта тактика показала себя многообещающей при лечении различных форм рака. Например, ® представляет собой ингибитор рецепторной тирозинкиназы (RTK) для лечения рака желудочно-кишечного тракта, Gleevec ® специально нацелен на bcr-abl, а Sprycel ® представляет собой широкий на основе ингибитора тирозинкиназы, мишенью которого являются Bcr-Abl и Src. Расщепление - это еще один процесс, направляемый распознаванием мотива с помощью протеаз, ответственных за расщепление хорошей мишени для лекарственного средства. Например, Tritace ®, Vasotec ®, Accupril ® и Lotensin ® являются субстрат-миметиками ангиотензина, конвертирующими ингибиторы ферментов. Другие препараты, нацеленные на посттрансляционные модификации, включают зовиракс ®, противовирусный ингибитор миристоилирования и ингибиторы фарнисилтрансферазы, которые блокируют модификацию липидирования мотива CAAX-бокса.
Рекомендуемая дополнительная литература:
SLiM обычно описываются регулярными выражениями в литературе по мотивам с важные остатки определены на основе комбинации экспериментальных, структурных и эволюционных данных. Однако высокопроизводительный скрининг, такой как фаговый дисплей, позволил значительно увеличить доступную информацию для многих классов мотивов, что позволяет их описывать с помощью логотипов последовательностей. Несколько различных репозиториев в настоящее время хранят доступные данные о мотивах. Что касается объема, ресурсы Eukaryotic Linear Motif (ELM) и MiniMotif Miner (MnM) представляют две самые большие базы данных мотивов, поскольку они пытаются захватить все мотивы из доступной литературы. Также существует несколько более конкретных и специализированных баз данных, PepCyber и ScanSite фокусируются на меньших подмножествах мотивов, связывании фосфопептидов и важных сигнальных доменах соответственно. PDZBase фокусируется исключительно на лигандах домена PDZ. MEROPS и CutDB обрабатывают доступные данные о протеолитических событиях, включая специфичность протеазы и сайты расщепления. За последнее десятилетие значительно увеличилось количество публикаций, описывающих взаимодействия, опосредованные мотивами, и в результате большой объем доступной литературы еще требует изучения. Недавно был создан инструмент MiMosa для ускорения процесса аннотации и поощрения семантически надежных описаний мотивов.
SLiM короткие и вырожденные, и в результате протеом завален стохастически встречающимися пептидами напоминающие функциональные мотивы. Биологически релевантные клеточные партнеры могут легко различать функциональные мотивы, однако вычислительные инструменты еще не достигли такого уровня сложности, когда открытие мотивов может быть выполнено с высокими показателями успеха.
Инструменты обнаружения мотивов можно разделить на две основные категории: открытие нового экземпляра известного класса функциональных мотивов и обнаружение класса функциональных мотивов, однако все они используют ограниченный и перекрывающийся набор атрибутов для различения истинного и ложного. положительные. Основными дискриминационными атрибутами, используемыми при обнаружении мотива, являются:
Ресурс Eukaryotic Linear Motif (ELM) и MiniMotif Miner (MnM) оба предоставляют серверы для поиска нового экземпляра известных функциональных мотивов в белковых последовательностях. SLiMSearch позволяет аналогичный поиск в масштабе всего протеома.
Совсем недавно были разработаны вычислительные методы, которые могут идентифицировать новые короткие линейные мотивы de novo. Инструменты, основанные на взаимодействии, основаны на идентификации набора белков, которые, вероятно, будут выполнять общую функцию, такую как связывание одного и того же белка или расщепление одной и той же пептидазой. Двумя примерами такого программного обеспечения являются DILIMOT и SLiMFinder. Anchor и α-MoRF-Pred используют физико-химические свойства для поиска мотивоподобных пептидов в неупорядоченных областях (среди прочего, называемых MoRF ). ЯКОР идентифицирует участки внутренне неупорядоченных областей, которые не могут образовывать благоприятные внутрицепочечные взаимодействия для сворачивания без дополнительной стабилизирующей энергии, вносимой глобулярным партнером по взаимодействию. α-MoRF-Pred использует присущую многим SLiM склонность претерпевать переход от беспорядка к порядку при связывании, чтобы обнаружить участки формирования α-спирали в неупорядоченных областях. MoRFPred и MoRFchibi SYSTEM - это предикторы на основе SVM, которые в своих прогнозах используют множество функций, включая физико-химические свойства локальной последовательности, длинные участки неупорядоченных областей и сохранение. SLiMPred - это основанный на нейронных сетях метод обнаружения de novo SLiM на основе белковой последовательности. Информация о структурном контексте мотива (предсказанная вторичная структура, структурные мотивы, доступность растворителя и беспорядок) используется в процессе прогнозирования. Важно отметить, что никаких предварительных знаний о белке (т. Е. Никакой эволюционной или экспериментальной информации) не требуется.
