АРФ ақуыздары: құрылысы, функциясы және қатысушылары

Кіріспе

Ақуыз тобы
кішкентай ГТП байланысатын ақуыз

ADP рибозилирлеу факторлары (АРФ) – Ras суперотбасының АРФ ақуыздары тобының мүшелері. АРФ отбасы ақуыздары эукариоттық жасушаларда кең таралған, ал сүтқоректілер жасушаларында отбасының алты жоғары сақталған мүшесі анықталды. АРФ ерігіш болғанымен, N-терминал миристоилденуінің нәтижесінде әдетте мембраналармен байланысады. Олар көпіршіктік тасымалды және актиннің қайта құрылуын реттейді. Кішкентай ADP рибозилирлеу факторы (Arf) ГТП байланысатын ақуыздары – жасушаішілік тасымалда мембраналық биогенездің маңызды реттеушілері. Олар Arl (Arf сияқты), Arp (Arf-қа қатысты ақуыздар) және Sar (Секрециямен байланысты және Ras-қа қатысты) ақуыздарын қамтитын, кеңейіп келе жатқан отбасының бастапқы мүшелері болып табылады. Arf ақуыздары белсенді емес ЖДТ байланысқан және белсенді ГТП байланысқан түрлер арасында цикл жасайды, олар эффекттерге таңдамалы түрде байланысады. GDP/GTP классикалық құрылымдық ауыстырғышы, GTP гамма-фосфатына берік, бірақ ЖДТ нуклеотидіне нашар немесе мүлдем байланыспайтын, «1-ші ауыстырғыш» және «2-ші ауыстырғыш» деп аталатын аймақтардағы конформациялық өзгерістермен сипатталады. Arf1 және Arf6 құрылымдық зерттеулер осы ақуыздардың 1-ші және 2-ші ауыстырғыштарда конформациялық өзгерістерге ие болғанына қарамастан, олар басқа кішкентай ГТП байланысатын ақуыздардан ерекшеленеді, себебі олар ақуыздың бір жағынан екінші жағына құрылымдық ақпаратты тарату үшін қосымша, бірегей ауыстырғышты пайдаланады. Адамның Arf1 және Arf6 ЖДТ/ГТП құрылымдық циклдері 1-ші және 2-ші ауыстырғыштарды байланыстыратын бета2-бета3 жіптері арасындағы (аралық ауыстырғыш) және амфипатиялық спиральді N-терминальды бөлігінде бірегей конформациялық өзгеріске ие. ЖДТ байланысқан Arf1 және Arf6 түрінде аралық ауыстырғыш кері тартылып, N-терминалды спираль байланған қуысты құрайды, соңғысы белсенді емес конформацияны сақтау үшін молекулалық құлып ретінде қызмет етеді. Осы ақуыздардың ГТП байланысқан түрінде аралық ауыстырғыш екі қалдыққа қадамдық ығысуға ұшырайды, бұл 1-ші және 2-ші ауыстырғыштарды жоғары көтеріп, ГТП байланыса алатын белсенді конформацияны қалпына келтіреді. Бұл конформацияда аралық ауыстырғыш ақуыздан сыртқа шығып, байланыстыру қуысын жауып, N-терминалды құлыпты сығып шығарады.

ADP ribosylation factors (ARFs) are members of the ARF family of GTP binding proteins of the Ras superfamily. ARF family proteins are ubiquitous in eukaryotic cells, and six highly conserved members of the family have been identified in mammalian cells. Although ARFs are soluble, they generally associate with membranes because of N terminus myristoylation. They function as regulators of vesicular traffic and actin remodelling. The small ADP ribosylation factor (Arf) GTP binding proteins are major regulators of vesicle biogenesis in intracellular traffic. They are the founding members of a growing family that includes Arl (Arf like), Arp (Arf related proteins) and the remotely related Sar (Secretion associated and Ras related) proteins. Arf proteins cycle between inactive GDP bound and active GTP bound forms that bind selectively to effectors. The classical structural GDP/GTP switch is characterised by conformational changes at the so called switch 1 and switch 2 regions, which bind tightly to the gamma phosphate of GTP but poorly or not at all to the GDP nucleotide. Structural studies of Arf1 and Arf6 have revealed that although these proteins feature the switch 1 and 2 conformational changes, they depart from other small GTP binding proteins in that they use an additional, unique switch to propagate structural information from one side of the protein to the other. The GDP/GTP structural cycles of human Arf1 and Arf6 feature a unique conformational change that affects the beta2beta3 strands connecting switch 1 and switch 2 (interswitch) and also the amphipathic helical N terminus. In GDP bound Arf1 and Arf6, the interswitch is retracted and forms a pocket to which the N terminal helix binds, the latter serving as a molecular hasp to maintain the inactive conformation. In the GTP bound form of these proteins, the interswitch undergoes a two residue register shift that pulls switch 1 and switch 2 up, restoring an active conformation that can bind GTP. In this conformation, the interswitch projects out of the protein and extrudes the N terminal hasp by occluding its binding pocket.

Регуляторлық ақуыздар

АРФ-тар екі түрдегі ақуыздармен үнемі байланысады: бірі – GTP/GDP алмасуын катализдеуге қатысатын ақуыздар, екіншісі – басқа функцияларды атқаратын ақуыздар. АРФ-тар I (COPI) белдеу ақуызы және клатринмен қапталған көпіршіктердегі қаптама құрастыруды бақылайтын реттегіш кішібірлік ретінде жұмыс істейді.

GTP/GDP алмасу ақуыздары

АРФ гуанозин нуклеотидінің екі түріне – гуанозин трифосфатына (GTP) және гуанозин дифосфатына (GDP) – байланысады. АРФ молекуласының пішіні, оған байланысқан түріне байланысты өзгереді, бұл оған реттеуші рөл атқаруға мүмкіндік береді. АРФ-қа GTP-ге және GDP-ге байланысу арасында ауысу үшін басқа ақуыздардың көмегі қажет. GTPазаны белсендіретін ақуыздар (GAP) АРФ-ті байланысқан GTP-ді GDP-ге гидролиздеуге итермелейді, ал гуанин нуклеотидтерін алмастыру факторлары АРФ-ті байланысқан GDP орнына жаңа GTP молекуласын қабылдауға итермелейді.

Басқа ақуыздар

Басқа ақуыздар ARF-пен өзара әрекеттеседі, оның GTP немесе GDP-ге байланысқандығына қарай. Белсенді түрі – ARF*GTP – қапшық қабықшасының ақуыздарымен және адапторлармен, соның ішінде қабықша ақуызы I (COPI) және әртүрлі фосфолипидтермен байланысады. Белсенді емес түрі тек трансмембраналық ақуыздар класына байланысатыны белгілі. ARF-тың әртүрлі түрлері әртүрлі эффектор ақуыздарды ерекше байлайды.

Құрылымы

АРФ-тар шамамен 20 кД салмақты кішкентай белоктар. Олардың құрамында ЖІӨ/ЖТБ байланысының циклдары арасында өзара орналасуын өзгертетін екі «ауысу аймағы» бар. АРФ-тар көбінесе N-терминал аймағында миристоилденеді, бұл олардың мембранамен байланысуына көмектеседі.