GO

Белок H8M323

H8M323 - Sec-независимый белок транслоказы TatB патогенной Грам-отрицательной аэробной бактерии Salmonella enterica (subsp. enterica serovar Typhimurium) [штамм 798]. Существование белка предположено по гомологии. На странице UniProt имеется информация о том, какие термины GO (Gene onthology)относятся к данному белку (отображены в табл. 1).

Таблица 1. Термины GO, связанные с H8M323.
Онтология ID Название Определение
Биологический процесс GO:0009306 Секреция белков Контролируемое выведение белка из клетки
Биологический процесс GO:0043953 Транспорт белков с помощью комплекса Tat Процесс, в котором свернувшиеся белки транспортируются через плазмалемму бактерии или мембраны хлоропластов и митохондрий с помощью комплекса Tat
Клеточный компонент GO:0033281 TAT-комплекс транспорта белков Комплекс 3 белков, интегрированных в плазмалемму бактерий или мембрану хлоропластов и митохондрий, вовлечён в мембранный транспорт свернувшихся белков.
Клеточный компонент GO:0005887 Интегральный компонент плазмалеммы Компонент плазмалеммы, состоящий из продуктов генов и комплексов белков, некая часть которых входит как минимум в 1 слой мембранного бислоя. Этот компонент включает в себя продукты гена, которые погружены в бислой так, что не подвергаются воздействию снаружи мембраны.
Молукулярная функция GO:0008320 Активность трансмембранного транспортёра белков Катализирует транспорт белков с одной стороны мембраны на другую

Полученная и информация на странице UniProt позволяют понять, что белок является частью TAT-системы секреции (twin-arginine translocation).

Tat-система секреции

Tat - путь транспорта белков, существующий у архей, бактерий и растителных хлоропластов. У бактерий таким образом экспортируются белки через клеточную мембрану, что важно для многих процессов, включая образование клеточной оболочки, образование бактериальных биоплёнок, устойчивость к тяжёлым металлам и др. Эта система примечательна тем, что позволяет транспортировать большие белки, и даже димеры в нативном (свёрнутом) состоянии. К тому же такой транспорт не требует энергии АТФ и основан только на движущей силе, создаваемой протонами.

Tat-комплекс формируют 3 субъединицы: TatA, TatB и TatC, которые кодируются одним опероном tatABC. TatB и TatC формируют связывающий комплекс, а TatA расположена отдельно. Сигнальный пептид для этого комплекса имеет особую структуру (см. рис. 1) и очень консервативный SRRxFLK мотив (содержит 2 аргинина подряд), из-за чего комплекс и получил своё название [1].


Рис.1 Структура сигнального пептида Tat-комплекса. На N-конце субстратов имеются следующие домены: полярный, богатый амино-группами N-регион, гидрофобное ядро (H-регион) и полярный карбоксильный С-регион. С-регион имеет A-x-A мотив, узнаваемый сигнальными пептидазами [1].

Механизм работы комплекса до конца не изучен, но имеются экспериментальные доказательства модели, изображённой на рис. 2 [2]. Насколько я понимаю, сигнальный пептид не зря имеет гидрофобный домен, т.к. он "просачивается" сквозь мембрану, пока субстрат проходит через комплекс белков TatA.


Рис.2 Модель работы Tat-комплекса у E.Coli и хлоропластов. PMF - proton-motive force, движущая сила, создаваемая протонами [2].

Функциональная роль H8M323 в системе Tat

Белок H8M323 является субчастицей TatB комплеса TatBC системы секреции Tat. TatB и TatC формируют стабильный комплекс, узнающий и связывающий сигнальный пептид (см. рис. 3).


Рис.3 TatBC-комплекс. А: TatA состоит из 6 трансмембранных субъединиц и способна связывать сигнальный пептид. В: TatB способен связываться с TatA в 3 местах, обозначенных звёздочкой ★ [1].

SEED

На сервере SEED (FIG) был найден ген tatB в бактерии Salmonella enterica subsp. enterica serovar Typhimurium, после чего были найдены его 15 ортологов из разных организмов (нет одинаковых видов). На рис. 4 приведены карты окрестностей гена tatB у найденных ортологов.


Рис.4 Карты окрестностей гена tatB (обозначен как 1). Рядом, как и положено, находятся гены tatA (3) и tatC (2).

На сервере SEED также было построено выравнивание и сохранено в clustalW-файл, которое также представлено в проекте Jalview и на рис. 5.


Рис.5 Выравнивание последовательностей белка H8M323 с его ортологами.

Также с сервера SEED загружена таблица всех генов окрестностей, по которой построена сводная таблица Excel, отражающая, какие гены (точнее их номера) встречаются в каких геномах (1-ый лист), а также отражает встречаемость некоторых подсистем (2-ой лист).

Выводы

  1. Согласно системе SEED, для всех 15 ортологов гена tatB верно, что он идёт только в группе с tatA и tatC (образуют секреторный комплекс), причём в одном и том же порядке (что совсем не удивительно). Интересно, что для некоторых карт в группе с этой тройкой идёт ген tatD (11) - дезоксирибонуклеаза, которая относится к той же подсистеме согласно SEED. Однако про эту субчастицу нигде больше не говорится.
  2. Примечательно, что с этой тройкой почти всегда (14 случаев из 15) ко-локализуются гены белка Ubiquinone biosynthesis monooxygenase UbiB и белка YigP (связанный с генами биосинтеза убихинона). Я не смог найти причин такой колокализации. Однако могу предположить следующее: Tat-комплекс для своей работы использует движущую силу, создаваемую протонами. Убихинон же может иметь восстановленную форму (Co QH2), протоны которой могут быть использованы для полимеризации TatA.
  3. Ортологичность генов на удалённых от tatB областях сохраняется только для близкородственных организмов (первые 11 хитов запроса на картинке), а потом резко сходит на нет.

Колокализация генов Tat-системы

Попытки найти организм, в котором tatB не был бы колокализован с tatA и tatC, увенчались неуспехом. Как следствие, Tat-комплекс может работать только при участии всех 3 субъединиц. Однако при E-value cut off = 1*E-6 для исследуемого гена и выборке в 1000 организмов нашёлся такой (Syntrophomonas wofei subsp. wolfei str. Goettingen), в котором ген tatA расположен без tatB и tatC - ссылка.

Источники:

[1] "Protein transport by the bacterial Tat pathway"; Patel R, Smith SM, Robinson C; Biochim Biophys Acta. 2014 Feb 26
[2] "The twin-arginine translocation (Tat) protein export pathway"; Palmer T, Berks BC; Nat Rev Microbiol. 2012 Jun 11