Описание тубулин-подобного белка CetZ2

Функции белка в сравнении с гомологами

Данный белок был выделен из археи Haloferax volcanii и представляет собой гомолог эукариотического тубулина и бактериального FtsZ [1]. Тубулин участвует в процессах направленного внутриклеточного транспорта, жгутикового движения и поддержания полярности субклеточных структур у эукариот [5]. FtsZ, найденный у большинства бактерий, формирует кольцевую структуру под мембраной при делении клетки. Данная кольцевая структура может самопроизвольно стягиваться, как показано в исследовании, проведённом на липосомах [6]. В исследовании [1] было установлено, что белок CetZ2 играет роль в контроле формы клетки археи, что в свою очередь важно для нормального её передвижения. В случае мутации Е212А, нарушающей функцию белка, были получены малоподвижные клетки с сильно неровными краями. Таким образом, CetZ2 вместе со своим близким гомологом CetZ1 являются перспективными белками для установления функциональной гомологии между цитоскелетными системами бактерий, архей и эукариот.

белочек
Рисунок 1: 3D-модель белка, закристаллизованного с негидролизуемым аналогом ГТФ гуанозиндифосфомонотиофосфатом, полученная из базы данных PDB (4B45)
Изображение получено при помощи программы PyMOL
ГТФазная активность
лигандек
Рисунок 2: Сайт связывания аналога ГТФ, жёлтым показаны водородные связи, бирюзовым - параллельный стекинг со смещением
Изображение получено при помощи программы PyMOL

Как видно из поля GO текстовой версии страницы белка CetZ на UniProt [3], он имеет ГТФазный домен, подобный таковому у тубулина и FtsZ [4]. Анализируя структуру комплекса CetZ2 с негидролизуемым аналогом ГТФ гуанозиндифосфомонотиофосфатом [2] можно заметить, что основную роль в связывании субстрата играют водородные связи между остовными и амидными атомами азота белка с атомами кислорода фосфатных групп, а также параллельный стекинг между боковым радикалом тирозина и ароматической структурой гуанина, что проиллюстрировано на рисунке 2. Гидролиз ГТФ нужен для обеспечения самопроизвольной сборки белковых субъединиц в филаменты.

Источник белка CetZ1

Haloferax volcanii - галофильная архея, живущая в тёплых горько-солёных водоёмах (Мёртвое море, Большое Солёное озеро, некоторые части Мирового океана). Аэроб, но способна к анаэробному образу жизни. В отличие от многих архей нормально культивируется в лаборатории, что делает её ценным модельным объектом [7]. Клеточной стенки не имеет, однако клетки окружены S-слоем - характерным для архей слоем одинаковых белков, заякоренных в мембране и экспонированных наружу [8]. Клетки уплощённо-цилиндрические, 1-3 мкм в диаметре, накапливают ликопин в мембранах, что придаёт им алую окраску [9].

архейки
Рисунок 3: фазовоконтрастное изображение Haloferax volcanii
Фото взято с Wikimedia, автор - Yejineun
Таблица с данными белка
Позиция Значение
Раздел UniProtKB Swiss-Prot
UniProt ID CETZ2_HALVD
UniProt AC D4GTC1
EMBL AC нуклеотидной записи CP001956; AOHU01000097
PDB ID 4B45
Длина 360 AA
Молекулярная масса 37109 Дa
Рекомендуемое UniProt название Tubulin-like protein CetZ2
Фрагменты с известной структурой Chain A = 1-349AA, chain B = 350-360AA
Интересные факты из UniProt

Как видно из истории изменений записи, в феврале-марте 2015 года она была перенесена из TrEMBL в Swiss-Prot, то есть вручную проверена. Семейство CetZ не представлено в эукариотических организмах, зато в бактериях членов этого семейства много. В семейство CetZ также входит множество ГТФаз, участвующих в делении клеток. Помимо белков данного семейства в контроль формы клеток архей вовлечены кренактин и MreB. Интересно заметить, что всего 3 белка из семейства CetZ были зарегистрированы в экспериментах.

Кластерный анализ белка CetZ2 из Haloferax volcanii показал его малую распространённость среди других видов живых организмов. Так, в кластер UniRef100_D4GTC1 входит только сам изучаемый белок и полностью содержащаяся в нём последовательность из UniParc, относящаяся к той же архее. Кластер UniRef90_D4GTC1 содержит 32 белка из разных архей рода Haloferax, сгруппированных по двум семействам: собственно CetZ и белки, принимающие участие в делении клетки. Кластер UniRef50_D4GTC1 содержит 372 белка из различных видов архей, сгруппированные по тем же двум семействам. Во всех кластерах изучаемый белок является репрезентативным, а в UniRef100 и UniRef90 - ещё и сидом.

Протеом археи Haloferax volcanii - референсный для группы Halobacteria. В качестве протеома сравнения я взял референсный для группы Stenosarchaea, родительской для Halobacteria. Этот протеом принадлежит архее Methanosarcina acetivorans.
Организм Haloferax volcanii Methanosarcina acetivorans
Cluster ID UP000008243 UP000002487
Число белков, в том числе: 3911 4468
из Swiss-Prot 183 519
трансмембранные 288 937
ферменты 964 517
вовлечены в контроль формы клетки 6 1

Как видно, в архее Haloferax volcanii намного шире, чем в Methanosarcina acetivorans, представлены белки, вовлечённые в контроль формы клетки. Скорее всего, это связано с тем, что изучаемая архея имеет довольно сложную блюдцевидную форму [9]. Что примечательно, все обнаруженные белки принадлежат к семейству CetZ.

Список источников
  1. Duggin I G et al, "CetZ tubulin-like proteins control archaeal cell shape", Nature, 2014
  2. Структура в базе данных PDB
  3. Страница белка на UniProt
  4. Тубулиновый/FtsZ-подобный ГТФазный домен в базе данных InterPro
  5. Альбертс, Брей, Льюис, "Молекулярная биология клетки", том 2, глава 11
  6. Osawa M, Anderson D, Erickson H, "Reconstitution of Contractile FtsZ Rings in Liposomes", Science, 2009
  7. Zaigler A, Schuster S C, Soppa J, "Construction and usage of a onefold-coverage shotgun DNA microarray to characterize the metabolism of the archaeon Haloferax volcanii", Molecular Microbiology, 2003
  8. Albers S-V, Meyer B H, "The archaeal cell envelope", Nature Reviews Microbiology, 2011
  9. Гэррити, Буне, Кастенхольц, "Справочник Берджи по бактериологической систематике", том 1