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Proteína procariota similar a la ubiquitina

La proteína procariota similar a la ubiquitina (Pup) es un análogo funcional de la ubiquitina que se encuentra en el procariota Mycobacterium tuberculosis . [ 1 ] Al igual que l...

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La proteína procariota similar a la ubiquitina (Pup) es un análogo funcional de la ubiquitina que se encuentra en el procariota Mycobacterium tuberculosis . [ 1 ] Al igual que la ubiquitina, Pup sirve para dirigir las proteínas al proteasoma para su degradación en el sistema Pup-proteasoma ( PPS ). Sin embargo, la enzimología de la ubiquitinación y la pupilación es diferente, debido a sus distintos orígenes evolutivos. A diferencia de la reacción de tres pasos de la ubiquitinación, la pupilación requiere solo dos pasos, y por lo tanto, solo dos enzimas están involucradas en la pupilación. Las enzimas involucradas en la pupilación descienden de la glutamina sintetasa .

De forma similar a la ubiquitina, Pup se une a residuos de lisina específicos de las proteínas sustrato mediante enlaces isopeptídicos ; este proceso se denomina pupilación . Posteriormente, es reconocida por la proteína ATPasa del proteasoma de Mycobacterium (Mpa), en un mecanismo que induce el plegamiento de Pup. [ 2 ] Mpa transporta la proteína sustrato al proteasoma para su degradación mediante el acoplamiento de la hidrólisis de ATP.

El descubrimiento de Pup indica que, al igual que los eucariotas , las bacterias pueden utilizar un modificador de proteínas pequeñas para controlar la estabilidad de las proteínas.

El gen Pup codifica una proteína de 64 aminoácidos con un tamaño molecular de aproximadamente 6,9 ​​kDa . [ 3 ]

Pup es una proteína intrínsecamente desordenada . [ 4 ] En 2010, científicos del Laboratorio Nacional de Brookhaven determinaron la estructura cristalina por rayos X del complejo entre Pup y su enzima de entrega Mpa 3M9D y descubrieron que la unión de Pup a Mpa induce el plegamiento de una hélice alfa única. [ 2 ]

En 2017, se informó de la presencia de homólogos de Pup en especies bacterianas fuera del grupo de bacterias grampositivas . [ 5 ] Los homólogos de Pup se denominaron UBact (por Ubiquitin Bacterial), aunque la distinción no ha sido probada como filogenéticamente respaldada por un origen evolutivo separado y carece de evidencia experimental. [ 5 ] UBact es un homólogo de Pup y se encuentra en varios filos de bacterias gramnegativas (Pup se encuentra predominantemente en el filo bacteriano grampositivo Actinomycetota ).

Ubiquitina bacteriana

Figura 1. Diagrama del homólogo de UBact Pup . Se utilizó el servidor Phyre2 para predecir la estructura del homólogo de UBact Pup de la bacteria Methylacidiphilum infernorum . Dada la similitud con Pup, la predicción de una estructura es dudosa, ya que se ha demostrado que Pup es intrínsecamente desordenado en solución (véase el texto para referencias).

La ubiquitina bacteriana (UBact) es una proteína homóloga a la proteína similar a la ubiquitina procariota (Pup). UBact fue descrita recientemente por el grupo del profesor Aaron Ciechanover en el Technion , Israel . [ 5 ]

La ubiquitina recibió su nombre por su presencia ubicua entre los eucariotas , mientras que la UBact ('ubiquitina bacteriana') tiene una presencia muy limitada entre la gran cantidad de especies bacterianas. [ 5 ] Los términos 'ubiquitina bacteriana' y 'proteína procariota similar a la ubiquitina' sugieren una similitud molecular entre la ubiquitina y la UBact/Pup que en gran medida no existe. [ 6 ] Mientras que la ubiquitina adopta una estructura tridimensional altamente estable en solución, [ 7 ] se ha demostrado que la Pup pertenece al grupo de proteínas intrínsecamente desordenadas . [ 8 ] [ 9 ]

El establecimiento del término UBact es controvertido, ya que hasta la fecha no se ha presentado evidencia experimental que justifique la distinción de UBact de Pup. [ 5 ] El término UBact se denotó porque varias especies bacterianas del filo Nitrospirae (donde se identificó inicialmente UBact; p. ej., Leptospirillum ferriphilum ) contienen tanto el sistema Pup-proteasoma [ 10 ] como un nuevo sistema ORF-proteasoma que necesitaba ser abordado [ 11 ] y por lo tanto se denominó UBact. [ 5 ] Los componentes del proteasoma de conjugación vecinos a los loci UBact y Pup en estas bacterias Nitrospirae muestran una débil similitud y probablemente no son completamente redundantes. La Figura 2 ilustra las diferencias entre los loci UBact y Pup en la bacteria representativa de Nitrospirae Leptospirillum ferrodiazotrophum . Análisis posteriores del locus UBact (y no del locus Pup) en Leptospirillum ferrodiazotrophum revelaron su existencia y extrema conservación en varios filos bacterianos gramnegativos, como se ilustra en la figura 3.

Figura 2. Alineación de UBact (EES53751) y Pup (EES52728) de la bacteria Leptospirillum ferrodiazotrophum para evaluar su similitud .
Figura 3. Demostración de la conservación del extremo C-terminal de UBact a través de una enorme distancia evolutiva.

A pesar de la gran diferencia en la secuencia, UBact es homólogo a Pup y comparte varias características con él: (i) misma ubicación genómica dentro de un grupo de genes homólogos a Mpa -> Dop -> Pup/UBact -> PrcB -> PrcA -> PafA , (ii) secuencia C-terminal que termina exclusivamente con glutamina o glutamato en todas las especies bacterianas, (iii) tamaño corto (similar al de la ubiquitina) y, (iv) alta conservación de secuencia a través de una enorme distancia evolutiva (una característica también común con la ubiquitina). Las diferencias entre UBact y Pup son su distribución taxonómica y secuencias de aminoácidos. Mientras que Pup se encuentra predominantemente en el filo grampositivo Actinomycetota , UBact se identificó solo en bacterias gramnegativas de los siguientes cinco filos: Nitrospirota , Verrucomicrobiota , Armatimonadota , Nitrospinota y Planctomycetota . UBact también se identificó en los genomas de varias bacterias candidatas , y específicamente de las divisiones candidatas " Acetothermia ", " Handelsmanbacteria ", " Fraserbacteria ", " Terrybacteria ", " Poribacteria ", " Parcubacteria " y " Yanofskybacteria ". [ 5 ] Con respecto a la secuencia de aminoácidos, a diferencia de Pup y Ubiquitina , UBact no contiene un motivo de diglicina en su extremo C. Más bien, generalmente termina con la secuencia R[T/S]G[E/Q] (ver figura 3).

Transcurrieron casi diez años desde el descubrimiento de Pup en 2008, [ 1 ] hasta la identificación de UBact. Esto probablemente se deba a la diferencia entre las secuencias de aminoácidos de Pup y UBact, y a que se han secuenciado muy pocas bacterias de los cinco filos en los que se encuentra UBact. [ 5 ]

Las bacterias de los filos donde se encuentra UBact interactúan con los humanos, [ 12 ] [ 13 ] y se encuentran en la microbiota intestinal humana. [ 14 ] En los sistemas marinos, las bacterias oxidantes de nitrógeno que se encuentran con mayor frecuencia están relacionadas con Nitrospina gracilis que codifica UBact [ 15 ] A partir del conocimiento acumulado sobre el sistema Pup-proteasoma y su importancia en la durabilidad bacteriana y la capacidad de causar enfermedades, [ 16 ] [ 17 ] se espera que el sistema homólogo UBact-proteasoma tenga un impacto similar en las bacterias gramnegativas donde se encuentra. Además de los humanos, se espera que animales como el ganado y los peces que se alimentan del suelo o nadan en el agua estén constantemente expuestos a bacterias que contienen UBact en el suelo y el agua respectivamente.

Desde una perspectiva evolutiva, el hallazgo del sistema UBact-proteasoma en bacterias gramnegativas sugiere que los sistemas Pup/UBact-proteasoma evolucionaron en bacterias antes de la división en clados grampositivos y gramnegativos hace más de 3000 millones de años [ 18 ] o que estos sistemas fueron adquiridos por diferentes linajes bacterianos a través de transferencia horizontal de genes de un tercer organismo, aún desconocido. En apoyo de la segunda posibilidad, se encontraron dos loci UBact en el genoma de una arquea metanotrófica anaeróbica no cultivada (ANME-1; locus CBH38808.1 y locus CBH39258.1 ). Existen más posibilidades.

Actualización: UBact también se encuentra en el filo de bacterias gramnegativas Gemmatimonadota (por ejemplo, A0A2E8WA32 , A0A2E3J6F7 , A0A2E7JSE3 ) en el filo candidato " Latescibacteria " (anteriormente conocido como WS3; por ejemplo, A0A3D2RHP4 , A0A3D5FTR6 , A0A3D4H075 y A0A3B8MMW3 ), en el filo " Abditibacteriota " (anteriormente filo candidato FBP; por ejemplo, A0A2S8SU03 ), y en el filo Candidatus Bipolaricaulota (por ejemplo, H5SEU7 y H5SQ95 ).

Véase también

Referencias

  1. 1 2 Pearce, MJ; Mintseris, J.; Ferreyra, J.; Gygi, SP; Darwin, KH (2008). "Proteína similar a la ubiquitina involucrada en la vía del proteasoma de Mycobacterium tuberculosis" . Science . 322 ( 5904): 1104– 1107. Bibcode : 2008Sci...322.1104P . doi : 10.1126/science.1163885 . PMC 2698935. PMID 18832610 .  
  2. 1 2 Wang T, Darwin KH, Li H (noviembre de 2010). "El plegamiento inducido por la unión de la proteína similar a la ubiquitina procariota en la ATPasa del proteasoma de Mycobacterium dirige los sustratos para su degradación" . Nature Structural & Molecular Biology . 17 (11): 1352– 7. doi : 10.1038/nsmb.1918 . PMC 2988878. PMID 20953180 .  
  3. ↑ Número de acceso al recurso universal de proteínas P9WHN4 para "Proteína similar a la ubiquitina procariota Pup" en UniProt .
  4. ↑ Liao S, Shang Q, Zhang X, Zhang J, Xu C, Tu X (2009). "Pup, una proteína procariota similar a la ubiquitina, es una proteína intrínsecamente desordenada". Biochemical Journal . 422 (2): 207– 215. doi : 10.1042/BJ20090738 . PMID 19580545 . 
  5. 1 2 3 4 5 6 7 8 Lehmann G, Udasin RG, Livneh I, Ciechanover A (febrero de 2017). "Identificación de UBact, una proteína similar a la ubiquitina, junto con otros componentes homólogos de un sistema de conjugación y el proteasoma en diferentes bacterias gramnegativas". Biochemical and Biophysical Research Communications . 483 (3): 946– 950. doi : 10.1016/j.bbrc.2017.01.037 . PMID 28087277 . 
  6. ^ Delley CL, Müller AU, Ziemski M, Weber-Ban E (noviembre de 2017). "Proteína procariótica similar a la ubiquitina y sus enzimas ligasa/deligasa [sic] ". Revista de biología molecular . 429 (22): 3486– 3499. doi : 10.1016/j.jmb.2017.04.020 . hdl : 20.500.11850/191988 . PMID 28478282 . 
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  9. ↑ Liao S, Shang Q, Zhang X, Zhang J, Xu C, Tu X (agosto de 2009). "Pup, una proteína procariota similar a la ubiquitina, es una proteína intrínsecamente desordenada". The Biochemical Journal . 422 (2): 207– 15. doi : 10.1042/BJ20090738 . PMID 19580545 . 
  10. ↑ "Proteína similar a la ubiquitina Pup [ Leptospirillum ferriphilum ] - Proteína - NCBI" .
  11. ↑ "Proteína similar a la ubiquitina UBact [ Leptospirillum ferriphilum ] - Proteína - NCBI" .
  12. ↑ Kowarsky M, Camunas-Soler J, Kertesz M, De Vlaminck I, Koh W, Pan W, et al. (septiembre de 2017). "Numerosos microbios no caracterizados y altamente divergentes que colonizan a los humanos son revelados por el ADN libre circulante" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 114 (36): 9623– 9628. doi : 10.1073/pnas.1707009114 . PMC 5594678. PMID 28830999 .   
  13. ↑ Drancourt M, Prebet T, Aghnatios R, Edouard S, Cayrou C, Henry M, et al. (septiembre de 2014). "ADN de Planctomycetes en pacientes febriles aplásicos con leucemia, erupción cutánea, diarrea y neumonía micronodular" . Journal of Clinical Microbiology . 52 (9): 3453–5 . doi : 10.1128/JCM.01207-14 . PMC 4313204. PMID 24920769 .   
  14. ↑ Dubourg G, Lagier JC, Armougom F, Robert C, Audoly G, Papazian L, Raoult D (febrero de 2013). "Colonización de alto nivel del intestino humano por Verrucomicrobia tras tratamiento con antibióticos de amplio espectro". International Journal of Antimicrobial Agents . 41 (2): 149– 55. doi : 10.1016/j.ijantimicag.2012.10.012 . PMID 23294932 . 
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  • PupDB , una base de datos de proteínas pupiladas y sitios de pupilación.