Mano EF

Motivo de hélice-bucle-hélice de proteína

Mano EF
Estructura de la calmodulina recombinante de Paramecium tetraurelia . [1]
Identificadores
Símbolo	efhand
Pfam	PF00036
InterPro	IPR002048
PROSITE	PDOC00018
SCOP2	1osa / SCOPe / SUPFAM
CDD	cd00051
Estructuras proteicas disponibles: Pfam   estructuras / ECOD   PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj PDBsum resumen de estructura

La mano EF es un dominio o motivo estructural hélice-bucle-hélice que se encuentra en una gran familia de proteínas que se unen al calcio .

El motivo de la mano EF contiene una topología de hélice-bucle-hélice, muy similar al pulgar y el índice extendidos de la mano humana, en el que los iones Ca ²⁺ están coordinados por ligandos dentro del bucle. El motivo toma su nombre de la nomenclatura tradicional utilizada para describir la proteína parvalbúmina , que contiene tres de estos motivos y probablemente participa en la relajación muscular a través de su actividad de unión al calcio.

La mano EF consta de dos hélices alfa unidas por una región de bucle corto (generalmente alrededor de 12 aminoácidos ) que generalmente se une a los iones de calcio . Las manos EF también aparecen en cada dominio estructural de la proteína de señalización calmodulina y en la proteína muscular troponina-C .

Sitio de unión de iones de calcio

Motivo de unión EF-hand Ca ²⁺ .

• El ion calcio está coordinado en una configuración bipiramidal pentagonal. Los seis residuos implicados en la unión se encuentran en las posiciones 1, 3, 5, 7, 9 y 12; estos residuos se indican mediante X, Y, Z, -Y, -X y -Z. La invariante Glu o Asp en la posición 12 proporciona dos oxígenos para ligando Ca (ligando bidentado).
• El ion calcio está unido tanto por átomos de la cadena principal de proteínas como por cadenas laterales de aminoácidos , específicamente las de los residuos de aminoácidos ácidos aspartato y glutamato . Estos residuos están cargados negativamente y harán una interacción de carga con el ion calcio cargado positivamente. El motivo de la mano EF fue uno de los primeros motivos estructurales cuyos requisitos de secuencia se analizaron en detalle. Cinco de los residuos del bucle se unen al calcio y, por tanto, tienen una fuerte preferencia por las cadenas laterales que contienen oxígeno , especialmente aspartato y glutamato. El sexto residuo en el bucle es necesariamente glicina debido a los requisitos conformacionales del esqueleto. Los residuos restantes son típicamentehidrofóbicos y forman un núcleo hidrofóbico que une y estabiliza las dos hélices.
• Al unirse a Ca ²⁺ , este motivo puede sufrir cambios conformacionales que permiten funciones reguladas por Ca ²⁺ como se ve en los efectores de Ca ²⁺ como calmodulina (CaM) y troponina C (TnC) y Ca ²⁺tampones como calreticulina y calbindina D9k. Si bien la mayoría de las proteínas de unión al calcio (CaBP) de mano EF conocidas contienen motivos de mano EF emparejados, también se han descubierto CaBP con manos EF individuales tanto en bacterias como en eucariotas. Además, se han encontrado "motivos similares a manos EF" en varias bacterias. Aunque las propiedades de coordinación siguen siendo similares con el motivo canónico de mano EF de hélice-bucle-hélice de 29 residuos, los motivos tipo mano EF difieren de las manos EF en que contienen desviaciones en la estructura secundaria de las secuencias flanqueantes y / o variación en la longitud del bucle de coordinación de Ca ²⁺ .
• Las manos EF tienen una selectividad muy alta por el calcio. Por ejemplo, la constante de disociación de alfa parvalbúmina para Ca ²⁺ es ~ 1000 veces menor que la del ion similar Mg ²⁺ . ^[2] Esta alta selectividad se debe a la geometría de coordinación relativamente rígida, la presencia de múltiples cadenas laterales de aminoácidos cargados en el sitio de unión, así como las propiedades de solvatación de iones. ^{[3] [4] [5]}

Predicción

Resumen de firmas de motivos utilizadas para la predicción de manos EF.

• La búsqueda de patrones (firma de motivo) es una de las formas más sencillas de predecir los sitios de unión al Ca ²⁺ continuos de la mano EF en las proteínas. En base a los resultados de alineación de secuencias de motivos canónicos de manos EF, especialmente las cadenas laterales conservadas directamente implicadas en la unión de Ca ²⁺ , se ha generado un patrón PS50222 para predecir los sitios canónicos de manos EF. Se pueden encontrar servidores de predicción en la sección de enlaces externos.

Clasificación

• Desde la delineación del motivo EF-hand en 1973, la familia de proteínas EF-hand se ha expandido para incluir al menos 66 subfamilias hasta el momento. Los motivos de la mano EF se dividen en dos grupos principales:
  • Manos EF canónicas como se ve en la calmodulina (CaM) y la proteína procariota similar a CaM calerythrin. El bucle de mano EF canónico de 12 residuos se une a Ca ²⁺ principalmente a través de carboxilatos de cadena lateral o carbonilos (posiciones de secuencia de bucle 1, 3, 5, 12). El residuo en el eje –X coordina el ion Ca ^{2+ a} través de una molécula de agua con puente. El asa de mano EF tiene un ligando bidentado (Glu o Asp) en el eje –Z.
  • Pseudo manos EF que se encuentran exclusivamente en los extremos N de las proteínas S100 y similares a S100. El pseudo bucle de mano EF de 14 residuos quela el Ca ²⁺ principalmente a través de carbonilos de la cadena principal (posiciones 1, 4, 6, 9).

Puntos adicionales:

Árbol filogenético de la familia de proteínas EF-hand.

• Se han informado en bacterias y virus proteínas similares a las de la mano EF con elementos estructurales flanqueantes diversificados alrededor del bucle de unión de Ca ²⁺ . Estas proteínas procarióticas similares a las de la mano EF están ampliamente implicadas en la señalización y homeostasis de Ca ²⁺ en bacterias. Contienen longitudes flexibles de bucles de unión de Ca ²⁺ que difieren de los motivos de la mano EF. Sin embargo, sus propiedades de coordinación se asemejan a los motivos clásicos de mano EF.
  • Por ejemplo, el sitio de unión a Ca ²⁺ semicontinuo en la proteína de unión a D-galactosa (GBP) contiene un bucle de nueve residuos. El ion Ca ²⁺ está coordinado por siete átomos de oxígeno de la proteína, cinco de los cuales son del bucle que imita el bucle EF canónico, mientras que los otros dos son del grupo carboxilato de un Glu distante.
  • Otro ejemplo es un nuevo dominio llamado Excalibur ( región de unión de Ca ²⁺ extracelular ) aislado de Bacillus subtilis . Este dominio tiene un bucle de unión de Ca ^{2+ de} 10 residuos conservado sorprendentemente similar al bucle de mano EF de 12 residuos canónico.
  • La diversidad de la estructura de la región flanqueante se ilustra mediante el descubrimiento de dominios similares a mano EF en proteínas bacterianas. Por ejemplo, una hélice-bucle-hebra en lugar de la estructura de hélice-bucle-hélice está en la proteína de unión a galactosa periplásmica ( Salmonella typhimurium , PDB : 1gcg ) o proteína de unión al alginato ( Sphingomonas sp ., 1kwh ); falta la hélice de entrada en el antígeno protector ( Bacillus anthracis , 1acc ) o dockerin ( Clostridium thermocellum , 1daq ).
• Entre todas las estructuras informadas hasta la fecha, la mayoría de los motivos de la mano EF están emparejados entre dos motivos canónicos o uno pseudo y uno canónico. Para proteínas con números impares de manos EF, como la calpaína penta-EF-mano, los motivos EF-manos se acoplaron mediante homo o heterodimerización. Se ha demostrado que la mano EF recientemente identificada que contiene la proteína sensora ER Ca ²⁺ , la molécula de interacción estromal 1 y 2 (STIM1, STIM2), contiene un motivo canónico de mano EF que se une a Ca ²⁺ que se empareja con un motivo inmediato, aguas abajo mano EF atípica "oculta" que no se une a Ca ²⁺ . Los motivos de una sola mano EF pueden servir como módulos de acoplamiento de proteínas: por ejemplo, la sola mano EF en las proteínas NKD1 y NKD2 se une a las proteínas Disheveled (DVL1, DVL2, DVL3).
• Funcionalmente, las manos EF se pueden dividir en dos clases: 1) proteínas de señalización y 2) proteínas tampón / transporte. El primer grupo es el más grande e incluye a los miembros más conocidos de la familia, como la calmodulina, la troponina C y la S100B. Estas proteínas experimentan típicamente un cambio conformacional dependiente del calcio que abre un sitio de unión a la diana. El último grupo está representado por calbindina D9k y no experimenta cambios conformacionales dependientes del calcio.

Subfamilias

• Dominio de homología EPS15 (EH) - InterPro :  IPR000261

Ejemplos

Aequorin

La aequorina es una proteína de unión al calcio (CaBP) aislada del celenterado Aequorea victoria. Aequorin pertenece a la familia EF-hand de CaBP, con bucles EF-hand que están estrechamente relacionados con CaBP en mamíferos. Además, la aequorina se ha utilizado durante años como indicador de Ca2 + y se ha demostrado que es segura y bien tolerada por las células. La aequorina se compone de dos componentes: el componente de unión al calcio apoaequorina (AQ) y la molécula quimioluminiscente coelenterazina. La porción AQ de esta proteína contiene los dominios de unión al calcio de la mano EF. ^[6]

Proteínas humanas

Las proteínas humanas que contienen este dominio incluyen:

• ACTN1 ; ACTN2 ; ACTN3 ; ACTN4 ; APBA2BP ; AYTL1 ; AYTL2
• C14orf143 ; CABP1 ; CABP2 ; CABP3 ; CABP4 ; CABP5 ; CABP7 ; CALB1 ; CALB2 ; CALM2 ; CALM3 ; CALML3 ; CALML4 ; CALML5 ; CALML6 ; CALN1 ; CALU ; CAPN1 ; CAPN11 ; CAPN2 ; CAPN3 ; CAPN9 ; CAPNS1 ; CAPNS2 ; CAPS ; CAPS2; CAPSL ; CBARA1 ; CETN1 ; CETN2 ; CETN3 ; CHP ; CHP2 ; CIB1 ; CIB2 ; CIB3 ; CIB4 ; CRNN
• DGKA ; DGKB ; DGKG ; DST ; DUOX1 ; DUOX2
• EFCAB1 ; EFCAB2 ; EFCAB4A ; EFCAB4B ; EFCAB6 ; EFCBP1 ; EFCBP2 ; EFHA1 ; EFHA2 ; EFHB ; EFHC1 ; EFHD1 ; EFHD2 ; EPS15 ; EPS15L1
• FKBP10 ; FKBP14 ; FKBP7 ; FKBP9 ; FKBP9L ; FREQ ; FSTL1 ; FSTL5
• GCA ; GPD2 ; GUCA1A ; GUCA1B ; GUCA1C
• hipocalcina ; HPCAL1 ; HPCAL4 ; HZGJ
• IFPS ; ITSN1 ; ITSN2 ; KCNIP1 ; KCNIP2 ; KCNIP3 ; KCNIP4 ; KIAA1799
• LCP1
• MACF1 ; MRLC2 ; MRLC3 ; MST133 ; MYL1 ; MYL2 ; MYL5 ; MYL6B ; MYL7 ; MYL9 ; MYLC2PL ; MYLPF
• NCALD ; NIN ; NKD1 ; NKD2 ; PNL ; NOX5 ; NUCB1 ; NUCB2
• OCM
• PDCD6 ; PEF1 ; PKD2 ; PLCD1 ; PLCD4 ; PLCH1 ; PLCH2 ; PLS1 ; PLS3 ; PP1187 ; PPEF1 ; PPEF2 ; PPP3R1 ; PPP3R2 ; PRKCSH ; PVALB
• RAB11FIP3 ; RASEF ; RASGRP ; RASGRP1 ; RASGRP2 ; RASGRP3 ; RCN1 ; RCN2 ; RCN3 ; RCV1 ; RCVRN ; REPS1 ; RHBDL3 ; RHOT1 ; RHOT2 ; RPTN ; RYR2 ; RYR3
• S100A1 ; S100A11 ; S100A12 ; S100A6 ; S100A8 ; S100A9 ; S100B ; S100G ; S100Z ; SCAMC-2 ; SCGN ; SCN5A ; SDF4 ; SLC25A12 ; SLC25A13 ; SLC25A23 ; SLC25A24 ; SLC25A25 ; SPATA21 ; SPTA1 ; SPTAN1 ; SRI
• TBC1D9 ; TBC1D9B ; TCHH ; TESC ; TNNC1 ; TNNC2
• USP32
• VSNL1
• ZZEF1

Ver también

• Otro motivo distintivo de unión al calcio compuesto por hélices alfa es el dominio dockerin .

Referencias

1. Ban C, Ramakrishnan B, Ling KY, Kung C, Sundaralingam M (enero de 1994). "Estructura de la calmodulina recombinante de tetraurelia de Paramecium con una resolución de 1,68 A". Acta Crystallogr. D . 50 (Pt 1): 50–63. doi : 10.1107 / S0907444993007991 . PMID  15299476 .
2. Schwaller, B. (13 de octubre de 2010). "Tampones citosólicos de Ca2 +" . Perspectivas de Cold Spring Harbor en biología . 2 (11): a004051 – a004051. doi : 10.1101 / cshperspect.a004051 . PMC 2964180 . PMID 20943758 .  
3. Gifford, Jessica L .; Walsh, Michael P .; Vogel, Hans J. (15 de julio de 2007). "Estructuras y propiedades de unión de iones metálicos de los motivos de mano EF-hélice-bucle-hélice de unión de Ca". Revista bioquímica . 405 (2): 199–221. doi : 10.1042 / BJ20070255 . PMID 17590154 . 
4. Dudev, Todor; Lim, Carmay (16 de septiembre de 2013). "Competencia entre iones metálicos para sitios de unión a proteínas: determinantes de la selectividad de iones metálicos en proteínas". Revisiones químicas . 114 (1): 538–556. doi : 10.1021 / cr4004665 . PMID 24040963 . 
5. Jing, Zhifeng; Liu, Chengwen; Qi, Rui; Ren, Pengyu (23 de julio de 2018). "El efecto de muchos cuerpos determina la selectividad por Ca y Mg en las proteínas" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 115 : 201805049. doi : 10.1073 / pnas.1805049115 . PMC 6094099 . PMID 30038003 .  
6. Detert JA, Adams EL, Lescher JD, Lyons JA, Moyer JR (2013). "El pretratamiento con apoaequorina protege las neuronas CA1 del hipocampo de la privación de oxígeno y glucosa" . PLoS ONE . 8 (11): e79002. doi : 10.1371 / journal.pone.0079002 . PMC 3823939 . PMID 24244400 .  

Lectura adicional

• Branden C, Tooze J (1999). "Capítulo 2: Motivos de la estructura de las proteínas". Introducción a la estructura de las proteínas . Nueva York: Garland Pub. págs. 24-25. ISBN 0-8153-2305-0.
• Nakayama S, Kretsinger RH (1994). "Evolución de la familia de proteínas EF-hand". Annu Rev Biophys Biomol Struct . 23 : 473–507. doi : 10.1146 / annurev.bb.23.060194.002353 . PMID  7919790 .
• Zhou Y, Yang W, Kirberger M, Lee HW, Ayalasomayajula G, Yang JJ (noviembre de 2006). "Predicción de proteínas de unión a calcio de mano EF y análisis de proteínas de mano EF bacterianas". Las proteínas . 65 (3): 643–55. doi : 10.1002 / prot.21139 . PMID  16981205 .
• Zhou Y, Frey TK, Yang JJ (julio de 2009). "Calciomics viral: interacciones entre Ca2 + y virus" . Calcio celular . 46 (1): 1–17. doi : 10.1016 / j.ceca.2009.05.005 . PMC  3449087 . PMID  19535138 .
• Nakayama S, Moncrief ND, Kretsinger RH (mayo de 1992). "Evolución de las proteínas moduladas por calcio de la mano EF. II. Los dominios de varias subfamilias tienen diversas historias evolutivas". J. Mol. Evol . 34 (5): 416–48. doi : 10.1007 / BF00162998 . PMID  1602495 .
• Hogue CW, MacManus JP, Banville D, Szabo AG (julio de 1992). "Comparación de mejora de luminiscencia de terbio (III) en mutantes de proteínas de unión de calcio de mano EF". J. Biol. Chem . 267 (19): 13340–7. PMID  1618836 .
• Bairoch A, Cox JA (septiembre de 1990). "Motivos de mano EF en fosfolipasa C específica de fosfolípidos de inositol" . FEBS Lett . 269 (2): 454–6. doi : 10.1016 / 0014-5793 (90) 81214-9 . PMID  2401372 .
• Finn BE, Forsén S (enero de 1995). "El modelo en evolución de la estructura, función y activación de la calmodulina" . Estructura . 3 (1): 7–11. doi : 10.1016 / S0969-2126 (01) 00130-7 . PMID  7743133 .
• Stathopulos PB, Zheng L, Li GY, Plevin MJ, Ikura M (octubre de 2008). "Conocimientos estructurales y mecanicistas sobre el inicio mediado por STIM1 de la entrada de calcio operada por la tienda". Celular . 135 (1): 110-22. doi : 10.1016 / j.cell.2008.08.006 . PMID  18854159 .
• Nelson MR, Thulin E, Fagan PA, Forsén S, Chazin WJ (febrero de 2002). "El dominio EF-hand: una unidad estructural cooperativa globalmente" . Protein Sci . 11 (2): 198-205. doi : 10.1110 / ps.33302 . PMC  2373453 . PMID  11790829 .

Enlaces externos

• Motivo lineal eucariota clase de motivo de recurso LIG_EH_1
• Motivo lineal eucariota clase de motivo de recurso LIG_IQ
• Motivo lineal eucariota clase de motivo de recurso DOC_PP2B_LxvP_1
• Motivo lineal eucariota clase de motivo de recurso LIG_IQ
• Nelson M, Chazin W. "Biblioteca de datos de proteínas de unión al calcio de la mano EF" . Universidad de Vanderbilt . Consultado el 29 de agosto de 2009 .
• Haiech J. "Base de datos de proteínas EF-hand (EF-handome)" . European Calcium Society y Université Libre de Bruxelles . Consultado el 29 de agosto de 2009 . previa solicitud a [email protected]
• Yang J. "Calciomics" . Universidad Estatal de Georgia. Archivado desde el original el 12 de octubre de 2009 . Consultado el 29 de agosto de 2009 . servidor de predicción para proteínas de unión a calcio de la mano EF