Введение
Группа белков, связанных с небольшими белками GTP, ADP-рибозилирующие факторы (ARF), являются представителями семейства ARF белков, связывающих GTP, из суперсемейства Ras. Белки семейства ARF широко распространены в эукариотических клетках, и в клетках млекопитающих идентифицировано шесть высококонсервативных членов этого семейства. Несмотря на то, что ARF растворимы, они обычно ассоциированы с мембранами из-за N-концевого миристоилирования. Они функционируют как регуляторы везикулярного транспорта и ремоделирования актина. Небольшие белки, связывающие ADP-рибозилирующий фактор (Arf) с GTP, являются основными регуляторами биогенеза везикул при внутриклеточном транспорте. Они являются основоположниками растущего семейства, включающего Arl (подобные Arf), Arp (белки, связанные с Arf) и более отдаленно родственные Sar (связанные с секрецией и Ras) белки. Белки Arf циклируют между неактивными формами, связанными с GDP, и активными формами, связанными с GTP, которые селективно связываются с эффекторами. Классический структурный переключатель GDP/GTP характеризуется конформационными изменениями в так называемых областях «переключатель 1» и «переключатель 2», которые прочно связываются с гамма-фосфатом GTP, но слабо или вообще не связываются с нуклеотидом GDP. Структурные исследования Arf1 и Arf6 показали, что, хотя эти белки демонстрируют конформационные изменения в «переключателях 1» и «2», они отличаются от других небольших белков, связывающих GTP, тем, что используют дополнительный, уникальный переключатель для распространения структурной информации с одной стороны белка на другую. GDP/GTP структурные циклы человеческих Arf1 и Arf6 характеризуются уникальным конформационным изменением, которое влияет на бета2-бета3 нити, соединяющие «переключатель 1» и «переключатель 2» (межпереключательный участок), а также на амфипатическую спиральную N-терминальную область. В Arf1 и Arf6, связанных с GDP, межпереключательный участок втягивается и образует карман, к которому связывается N-терминальная спираль, последняя выполняет функцию молекулярной защелки для поддержания неактивной конформации. В форме этих белков, связанных с GTP, межпереключательный участок претерпевает сдвиг на два остатка, который поднимает «переключатели 1» и «2» вверх, восстанавливая активную конформацию, способную связывать GTP. В этой конформации межпереключательный участок выступает из белка и выталкивает N-концевую защелку, блокируя ее связующий карман.
a small GTP binding protein
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.
Регулирующие белки
АРФ регулярно взаимодействуют с двумя типами белков: с белками, участвующими в катализе обмена GTP на GDP, и с белками, выполняющими другие функции. АРФ выступают в роли регуляторной субъединицы, контролирующей сборку оболочки в комплексе белка покрытия I (COPI) и клатриновых везикулах.
Обменные белки GTP/GDP
ARF связывается с двумя формами гуанозинового нуклеотида – трифосфатом гуанозина (GTP) и дифосфатом гуанозина (GDP). Форма молекулы ARF зависит от того, к какой форме она связана, что позволяет ей выполнять регуляторную функцию. Для переключения между связыванием с GTP и GDP ARF нуждается в помощи других белков. Белки, активирующие GTPазу (GAP), стимулируют гидролиз связанного GTP до GDP, а факторы обмена гуанозиновых нуклеотидов способствуют замещению связанного GDP новой молекулой GTP.
Другие белки
Другие белки взаимодействуют с ARF в зависимости от того, связан ли он с GTP или GDP. Активная форма, ARF*GTP, связывается с белками оболочки везикул и адапторами, включая белок оболочки I (COPI) и различные фосфолипиды. Неактивная форма, насколько известно, связывается только с определенным классом трансмембранных белков. Различные типы ARF специфически связываются с разными типами эффекторных белков.
Структура
АРФ – это небольшие белки размером около 20 кД. Они содержат два переключающих домена, которые изменяют взаимное расположение в циклах связывания ВВП/ГТП. АРФ часто миристоилируются в N-концевой области, что способствует их связыванию с мембранами.