Una espiral enrollada es un motivo estructural en las proteínas en el que 2-7 [1] hélices alfa están enrolladas juntas como las hebras de una cuerda. (Los dímeros y trímeros son los tipos más comunes). Muchas proteínas en espiral están involucradas en funciones biológicas importantes, como la regulación de la expresión génica , por ejemplo, factores de transcripción . Ejemplos notables son las oncoproteínas c-Fos y c-jun , así como la proteína muscular tropomiosina .
Descubrimiento
La posibilidad de bobinas en espiral para α- queratina fue inicialmente algo controvertida. Linus Pauling y Francis Crick llegaron de forma independiente a la conclusión de que esto era posible aproximadamente al mismo tiempo. En el verano de 1952, Pauling visitó el laboratorio en Inglaterra donde trabajaba Crick. Pauling y Crick se reunieron y hablaron sobre varios temas; en un momento, Crick preguntó si Pauling había considerado "bobinas enrolladas" (Crick se le ocurrió el término), a lo que Pauling dijo que sí. Al regresar a los Estados Unidos, Pauling reanudó la investigación sobre el tema. Concluyó que existen bobinas enrolladas y envió un extenso manuscrito a la revista Nature en octubre. El hijo de Pauling, Peter Pauling, trabajaba en el mismo laboratorio que Crick y le mencionó el informe. Crick creyó que Pauling había robado su idea y envió una nota más corta a Nature pocos días después de la llegada del manuscrito de Pauling. Finalmente, después de algunas controversias y frecuentes correspondencias, el laboratorio de Crick declaró que ambos investigadores habían llegado a la idea de forma independiente y que no se había producido ningún robo intelectual. [2] En su nota (que se publicó primero debido a su menor extensión), Crick propuso la bobina enrollada y también métodos matemáticos para determinar su estructura. [3] Sorprendentemente, esto fue poco después de que Linus Pauling y sus colaboradores sugirieran la estructura de la hélice alfa en 1951 . [4] Estos estudios se publicaron en ausencia de conocimiento de una secuencia de queratina. Las primeras secuencias de queratina fueron determinadas por Hanukoglu y Fuchs en 1982. [5] [6]
Basándose en análisis de predicción de secuencia y estructura secundaria, se identificaron los dominios de las queratinas en espiral. [6] Estos modelos han sido confirmados por análisis estructurales de dominios de queratinas en espiral. [7]
Estructura molecular
Las bobinas enrolladas generalmente contienen un patrón repetido, hxxhcxc , de residuos de aminoácidos hidrófobos ( h ) y cargados ( c ) , lo que se conoce como repetición de heptada . [8] Las posiciones en la repetición heptad suelen ser etiquetados abcdefg , donde una y d son las posiciones hidrófobas, a menudo siendo ocupado por isoleucina , leucina o valina . Doblar una secuencia con este patrón repetitivo en una estructura secundaria de hélice alfa hace que los residuos hidrófobos se presenten como una "franja" que se enrolla suavemente alrededor de la hélice de manera zurda, formando una estructura anfipática . La forma más favorable para que dos de estas hélices se dispongan en el entorno lleno de agua del citoplasma es envolver las hebras hidrófobas entre sí intercaladas entre los aminoácidos hidrófilos . Por lo tanto, es el entierro de superficies hidrófobas lo que proporciona la fuerza impulsora termodinámica para la oligomerización. El embalaje en una interfaz de espiral de la bobina es excepcionalmente apretado, con casi completa van der Waals contacto entre las cadenas laterales de la una y d residuos. Este empaque hermético fue predicho originalmente por Francis Crick en 1952 [3] y se conoce como empaque de perillas en orificios .
Las hélices α pueden ser paralelas o antiparalelas y, por lo general, adoptan una superbobina para zurdos (Figura 1). Aunque desfavorecidas, también se han observado en la naturaleza y en proteínas diseñadas algunas espirales en espiral a la derecha . [9]
Roles biológicos
Papel en la infección por VIH
La entrada viral en las células CD4 positivas comienza cuando tres subunidades de una glicoproteína 120 ( gp120 ) se unen al receptor CD4 y un correceptor. La glicoproteína gp120 está estrechamente asociada a un trímero de gp41 a través de interacciones de van der Waals. Tras la unión de gp120 al receptor CD4 y al correceptor, una serie de cambios conformacionales en la estructura conducen a la disociación de gp120 y a la exposición de gp41 y, al mismo tiempo, al anclaje de la secuencia del péptido de fusión N-terminal de gp41 en el célula huésped. Un mecanismo de resorte es responsable de acercar las membranas virales y celulares lo suficientemente cerca para que se fusionen. El origen del mecanismo de resorte se encuentra dentro de la gp41 expuesta , que contiene dos repeticiones de heptada consecutivas (HR1 y HR2) que siguen al péptido de fusión en el extremo N de la proteína. HR1 forma una espiral trimérica paralela en la que se enrolla la región HR2, formando la estructura de trímero de horquillas (o haz de seis hélices), lo que facilita la fusión de membranas al acercar las membranas entre sí. Luego, el virus ingresa a la célula y comienza su replicación. Recientemente, se han desarrollado inhibidores derivados de HR2 como Fuzeon (DP178, T-20) que se unen a la región HR1 en gp41. Sin embargo, los péptidos derivados de HR1 tienen poca eficacia de inhibición viral debido a la propensión de estos péptidos a agregarse en solución. Se han desarrollado quimeras de estos péptidos derivados de HR1 con cremalleras de leucina GCN4 y se ha demostrado que son más activas que Fuzeon , pero todavía no han entrado en la clínica.
Como etiquetas de oligomerización
Debido a su interacción específica, las bobinas enrolladas se pueden usar como "etiquetas" para estabilizar o reforzar un estado de oligomerización específico. [10] Se ha observado que la interacción de una bobina en espiral impulsa la oligomerización de las subunidades BBS2 y BBS7 de BBSome . [11] [12]
Diseño
El problema general de decidir sobre la estructura plegada de una proteína cuando se le da la secuencia de aminoácidos (el llamado problema de plegado de proteínas ) no se ha resuelto. Sin embargo, la bobina enrollada es uno de un número relativamente pequeño de motivos de plegado para los que las relaciones entre la secuencia y la estructura plegada final se comprenden comparativamente bien. [13] [14] Harbury y col. realizaron un estudio de referencia utilizando una bobina en espiral arquetípica, GCN4, en el que se establecieron las reglas que gobiernan la forma en que la secuencia de péptidos afecta el estado oligomérico (es decir, el número de hélices alfa en el ensamblaje final). [15] [16] La bobina en espiral GCN4 es una bobina en espiral de 31 aminoácidos (que equivale a poco más de cuatro heptadas ), dimérica (es decir, que consta de dos hélices alfa ) y tiene una isoleucina repetida (o I, en código de una sola letra ) y leucina (L) a los unos y d posiciones, respectivamente, y forma un dimérica en espiral de la bobina. Cuando los aminoácidos en las unas y d posiciones fueron cambiados de I en una y L a D a I en una y yo en d , un trímero (tres hélices alfa se formó) en espiral de la bobina. Además, el cambio de las posiciones de L a una y yo para d como resultado la formación de un tetrámeros (cuatro hélices alfa ) en espiral de la bobina. Estos representan un conjunto de reglas para la determinación de los estados oligoméricos de las bobinas en espiral y permite a los científicos "marcar" de manera efectiva el comportamiento de oligomerización. Otro aspecto del conjunto de bobina enrollada que se comprende relativamente bien, al menos en el caso de bobinas enrolladas diméricas, es que colocar un residuo polar (en particular asparagina , N) en posiciones opuestas a fuerza el montaje paralelo de la bobina enrollada. Este efecto se debe a un enlace de hidrógeno autocomplementario entre estos residuos, que quedaría insatisfecho si se emparejara una N con, por ejemplo, una L en la hélice opuesta. [17]
Recientemente, Peacock, Pikramenou y sus colaboradores demostraron que las bobinas enrolladas pueden autoensamblarse utilizando iones lantánidos (III) como plantilla, produciendo así nuevos agentes de imagen. [18]
Referencias
- ^ Liu J, Zheng Q, Deng Y, Cheng CS, Kallenbach NR, Lu M (octubre de 2006). "Una bobina en espiral de siete hélices" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 103 (42): 15457–62. Código bibliográfico : 2006PNAS..10315457L . doi : 10.1073 / pnas.0604871103 . PMC 1622844 . PMID 17030805 .
- ^ Hager, Thomas. "Narrativa 43, bobinas sobre bobinas" . Linus Pauling y la estructura de las proteínas . Centro de Investigación de Archivos y Colecciones Especiales de la Universidad Estatal de Oregon . Consultado el 15 de mayo de 2013 .
- ^ a b Crick FH (noviembre de 1952). "¿Es la alfa-queratina una bobina enrollada?". Naturaleza . 170 (4334): 882–3. Código Bibliográfico : 1952Natur.170..882C . doi : 10.1038 / 170882b0 . PMID 13013241 . S2CID 4147931 .
- ^ Pauling L, Corey RB, Branson HR (abril de 1951). "La estructura de las proteínas; dos configuraciones helicoidales con enlaces de hidrógeno de la cadena polipeptídica" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 37 (4): 205-11. Código Bibliográfico : 1951PNAS ... 37..205P . doi : 10.1073 / pnas.37.4.205 . PMC 1063337 . PMID 14816373 .
- ^ Hanukoglu I, Fuchs E (noviembre de 1982). "La secuencia de cDNA de una queratina epidérmica humana: divergencia de secuencia pero conservación de estructura entre proteínas de filamento intermedio" . Celular . 31 (1): 243–52. doi : 10.1016 / 0092-8674 (82) 90424-X . PMID 6186381 . S2CID 35796315 .
- ^ a b Hanukoglu I, Fuchs E (julio de 1983). "La secuencia de ADNc de una queratina citoesquelética de tipo II revela dominios estructurales constantes y variables entre las queratinas" . Celular . 33 (3): 915–24. doi : 10.1016 / 0092-8674 (83) 90034-X . PMID 6191871 . S2CID 21490380 .
- ^ Hanukoglu I, Ezra L (enero de 2014). "Entrada de Proteopedia: estructura en espiral de las queratinas". Educación en Bioquímica y Biología Molecular . 42 (1): 93–4. doi : 10.1002 / bmb.20746 . PMID 24265184 . S2CID 30720797 .
- ^ Mason JM, Arndt KM (febrero de 2004). "Dominios de la bobina en espiral: estabilidad, especificidad e implicaciones biológicas". ChemBioChem . 5 (2): 170–6. doi : 10.1002 / cbic.200300781 . PMID 14760737 .
- ^ Harbury PB, Plecs JJ, Tidor B, Alber T, Kim PS (noviembre de 1998). "Diseño de proteínas de alta resolución con libertad de columna vertebral". Ciencia . 282 (5393): 1462–7. doi : 10.1126 / science.282.5393.1462 . PMID 9822371 .
- ^ Deiss S, Hernandez Alvarez B, Bär K, Ewers CP, Coles M, Albrecht R, Hartmann MD (junio de 2014). "Tu estructura proteica personalizada: Andrei N. Lupas fusionado a adaptadores GCN4" . Revista de Biología Estructural . 186 (3): 380–5. doi : 10.1016 / j.jsb.2014.01.013 . PMID 24486584 .
- ^ Chou, Hui-Ting; Apelt, Luise; Farrell, Daniel P .; White, Susan Roehl; Woodsmith, Jonathan; Svetlov, Vladimir; Goldstein, Jaclyn S .; Nager, Andrew R .; Li, Zixuan; Muller, Jean; Dollfus, Helene; Nudler, Evgeny; Stelzl, Ulrich; DiMaio, Frank; Nachury, Maxance V .; Walz, Thomas (3 de septiembre de 2019). "La arquitectura molecular de BBSome nativo obtenido por un enfoque estructural integrado" . Estructura . 27 (9): 1384-1394. doi : 10.1016 / j.str.2019.06.006 . PMC 6726506 . PMID 31303482 .
- ^ Ludlam, WG; Aoba, T; Cuéllar, J; Bueno-Carrasco, MT; Makaju, A; Moody, JD; Franklin, S; Valpuesta, JM; Willardson, BM (17 de septiembre de 2019). "Arquitectura molecular del subcomplejo 2-7-9 de la proteína del síndrome de Bardet-Biedl" . La revista de química biológica . 294 (44): 16385–16399. doi : 10.1074 / jbc.RA119.010150 . PMC 6827290 . PMID 31530639 .
- ^ Bromley EH, Channon K, Moutevelis E, Woolfson DN (enero de 2008). "Bloques de construcción de péptidos y proteínas para la biología sintética: desde la programación de biomoléculas a sistemas biomoleculares autoorganizados". Biología Química ACS . 3 (1): 38–50. doi : 10.1021 / cb700249v . PMID 18205291 .
- ^ Mahrenholz CC, Abfalter IG, Bodenhofer U, Volkmer R, Hochreiter S (mayo de 2011). "Las redes complejas gobiernan la oligomerización de bobinas en espiral, prediciendo y perfilando mediante un enfoque de aprendizaje automático" . Proteómica molecular y celular . 10 (5): M110.004994. doi : 10.1074 / mcp.M110.004994 . PMC 3098589 . PMID 21311038 .
- ^ Harbury PB, Zhang T, Kim PS, Alber T (noviembre de 1993). "Un cambio entre bobinas en espiral de dos, tres y cuatro hebras en mutantes de cremallera de leucina GCN4". Ciencia . 262 (5138): 1401–7. Código bibliográfico : 1993Sci ... 262.1401H . doi : 10.1126 / science.8248779 . PMID 8248779 . S2CID 45833675 .
- ^ Harbury PB, Kim PS, Alber T (septiembre de 1994). "Estructura cristalina de un trímero de cremallera de isoleucina". Naturaleza . 371 (6492): 80–3. Código Bibliográfico : 1994Natur.371 ... 80H . doi : 10.1038 / 371080a0 . PMID 8072533 . S2CID 4319206 .
- ^ Woolfson, DN (2005). "El diseño de estructuras y conjuntos de bobinas enrolladas". Adv. Proteína. Chem. Avances en la química de proteínas. 70 (4): 79-112. doi : 10.1016 / S0065-3233 (05) 70004-8 . ISBN 9780120342709. PMID 15837514 .
- ^ Berwick MR, Lewis DJ, Jones AW, Parslow RA, Dafforn TR, Cooper HJ, Wilkie J, Pikramenou Z , Britton MM, Peacock AF (enero de 2014). "Diseño de novo de bobinas en espiral Ln (III) para aplicaciones de imagen" . Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 136 (4): 1166–9. doi : 10.1021 / ja408741h . PMC 3950886 . PMID 24405157 .
Otras lecturas
- Crick, FHC (1953). "El embalaje de α-hélices: bobinas en espiral simples" . Acta Crystallogr . 6 (8): 689–697. doi : 10.1107 / S0365110X53001964 .
- Nishikawa K, Scheraga HA (1976). "Criterios geométricos para la formación de estructuras en espiral de cadenas polipeptídicas". Macromoléculas . 9 (3): 395–407. Código Bibliográfico : 1976MaMol ... 9..395N . doi : 10.1021 / ma60051a004 . PMID 940353 .
- Harbury PB, Zhang T, Kim PS, Alber T (noviembre de 1993). "Un cambio entre bobinas en espiral de dos, tres y cuatro hebras en mutantes de cremallera de leucina GCN4". Ciencia . 262 (5138): 1401–7. Código bibliográfico : 1993Sci ... 262.1401H . doi : 10.1126 / science.8248779 . PMID 8248779 . S2CID 45833675 .
- González L, Plecs JJ, Alber T (junio de 1996). "Un interruptor alostérico diseñado en la oligomerización de cremallera de leucina". Biología estructural de la naturaleza . 3 (6): 510–5. doi : 10.1038 / nsb0696-510 . PMID 8646536 . S2CID 30381026 .
- Harbury PB, Plecs JJ, Tidor B, Alber T, Kim PS (noviembre de 1998). "Diseño de proteínas de alta resolución con libertad de columna vertebral". Ciencia . 282 (5393): 1462–7. doi : 10.1126 / science.282.5393.1462 . PMID 9822371 .
- Yu YB (octubre de 2002). "Bobinas en espiral: estabilidad, especificidad y potencial de administración de fármacos". Advanced Drug Delivery Reviews . 54 (8): 1113–29. doi : 10.1016 / S0169-409X (02) 00058-3 . PMID 12384310 .
- Burkhard P, Ivaninskii S, Lustig A (mayo de 2002). "Mejora de la estabilidad de la bobina en espiral optimizando las interacciones iónicas". Revista de Biología Molecular . 318 (3): 901–10. doi : 10.1016 / S0022-2836 (02) 00114-6 . PMID 12054832 .
- Gillingham AK, Munro S (agosto de 2003). "Proteínas de bobinas largas y tráfico de membrana". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Investigación de células moleculares . 1641 (2-3): 71-85. doi : 10.1016 / S0167-4889 (03) 00088-0 . PMID 12914949 .
- Mason JM, Arndt KM (febrero de 2004). "Dominios de la bobina en espiral: estabilidad, especificidad e implicaciones biológicas". ChemBioChem . 5 (2): 170–6. doi : 10.1002 / cbic.200300781 . PMID 14760737 .
enlaces externos
- Dominios en espiral de las queratinas
Predicción, detección y visualización
- Spiricoil predice la bobina en espiral y el estado oligormérico a partir de secuencias de proteínas en archive.today (archivado el 23 de diciembre de 2012 )
- NCOILS en archive.today (archivado el 11 de enero de 2002 )
- Paircoil2 / Paircoil
- bCIPA en la Wayback Machine (archivado el 18 de febrero de 2007 )
- STRAP contiene un algoritmo para predecir bobinas en espiral a partir de secuencias AA.
- PrOCoil predice la oligomerización de las proteínas en espiral y visualiza la contribución de cada aminoácido individual a la tendencia oligomérica general.
- DrawCoil crea diagramas de rueda helicoidal para bobinas enrolladas de cualquier estado y orientación de oligomerización.
Bases de datos
- Spiricoil utiliza la anotación de dominio de proteínas para predecir la presencia de espirales enrolladas y el estado oligormérico para todos los organismos completamente secuenciados.
- CC + es una base de datos relacional de bobinas enrolladas que se encuentra en el PDB
- Anotación de dominio de proteína SUPERFAMILY para todos los organismos completamente secuenciados basada en la clase de bobina en espiral SCOP curada por expertos