Введение

Белки семейства AAA (ATPases Associated with diverse cellular Activities) представляют собой большую группу белков, имеющих общий консервированный модуль, состоящий примерно из 230 аминокислотных остатков. Это большое и функционально разнообразное семейство белков, принадлежащее к суперсемейству AAA+ белков – кольцеобразных NTPаз с P-петлей, которые осуществляют свою активность посредством энергозависимой реорганизации или транслокации макромолекул. Белки AAA используют химическую энергию, высвобождаемую при гидролизе АТФ, для осуществления конформационных изменений, которые преобразуются в механическую силу, воздействующую на макромолекулярный субстрат. Представители семейства AAA обнаружены во всех организмах и обладают общими чертами с другими P-петлевыми NTPазами, суперсемейством, в которое входит и семейство AAA. Большинство белков AAA имеют дополнительные домены, используемые для олигомеризации, связывания субстрата и/или регуляции. Эти домены могут располагаться N- или C-концево по отношению к AAA-модулю.

Классификация

Некоторые классы белков AAA имеют N-терминальный домен, не являющийся АТФазой, за которым следует один или два домена AAA (D1 и D2). В некоторых белках с двумя доменами AAA оба эволюционно хорошо сохранены (как в Cdc48/p97). В других либо домен D2 (как в Pex1p и Pex6p), либо домен D1 (в Sec18p/NSF) лучше сохранены в ходе эволюции. Хотя классическое семейство AAA определялось по мотивам, семейство было расширено с использованием структурной информации и теперь называется семейством AAA. Центральный канал может быть вовлечен в обработку субстрата. В гексамерной конфигурации сайт связывания АТФ расположен на границе между субъединицами. При связывании и гидролизе АТФ ферменты AAA претерпевают конформационные изменения как в доменах AAA, так и в N-терминальных доменах. Эти изменения могут передаваться белку-субстрату.

Молекулярный механизм

Гидролиз АТФ ААА-АТФазами, как предполагается, включает нуклеофильную атаку активированной молекулы воды на гамма-фосфат АТФ, что приводит к перемещению N-концевых и C-концевых поддоменов ААА относительно друг друга. Это перемещение обеспечивает приложение механической силы, которая усиливается другими АТФазными доменами в той же олигомерной структуре. Дополнительные домены в белке позволяют регулировать или направлять эту силу для достижения различных целей.

Молекулярные движения

Динеины, один из трех основных классов моторных белков, являются ААА-белками, которые связывают свою АТФазную активность с молекулярным движением вдоль микротрубочек. АТФаза типа ААА Cdc48p/p97, пожалуй, является наиболее изученным ААА-белком. Неправильно свернутые секреторные белки экспортируются из эндоплазматической сети (ER) и деградируют посредством пути деградации, связанного с ER (ERAD). Нефункциональные мембранные и люминальные белки извлекаются из ER и деградируют в цитозоле протеасомами. Ретротранслокация и извлечение субстрата облегчаются комплексом Cdc48p(Ufd1p/Npl4p) на цитозольной стороне мембраны. На цитозольной стороне субстрат подвергается убиквитинированию ферментами E2 и E3, локализованными в ER, перед деградацией протеасомой 26S.

Нацеливание на многостворчатые тела

Многовезикулярные тела — это эндосомные компартменты, которые сортируют убиквитинированные мембранные белки, инкорпорируя их в везикулы. Этот процесс включает последовательное действие трех мультибелковых комплексов ESCRT I–III (ESCRT расшифровывается как «эндосомные сортировочные комплексы, необходимые для транспорта»). Vps4p — это АТФаза ААА-типа, участвующая в этом пути сортировки многовезикулярных тел. Изначально он был идентифицирован как мутант vps («вакуолярной сортировки белков») класса E, а впоследствии было показано, что он катализирует диссоциацию комплексов ESCRT. Vps4p закрепляется на эндосомной мембране посредством Vps46p. Сборке Vps4p способствует консервативный белок Vta1p, который регулирует его олигомеризационное состояние и АТФазную активность.

Другие функции

ААА-протеазы используют энергию, высвобождающуюся при гидролизе АТФ, для перемещения белка внутрь протеасомы с целью его деградации.