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| 応答調節器受信ドメイン | |||||||||
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| シンボル | レスポンス_reg | ||||||||
| パム | PF00072 | ||||||||
| ファム一族 | CL0304 | ||||||||
| エコド | 2007.1.3 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
| 頭いい | 記録 | ||||||||
| プロサイト | PDOC50110 | ||||||||
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分子生物学において、応答調節因子は、2成分調節システムの一部として、環境の変化に対する細胞の応答を仲介するタンパク質である。応答調節因子は、環境変化のセンサーとして機能する特定のヒスチジンキナーゼと結合している。応答調節因子とヒスチジンキナーゼは、2成分シグナル伝達システムが非常に一般的である細菌において最も一般的な2つの遺伝子ファミリーである。また、一部の古細菌、酵母、糸状菌、植物のゲノムには、はるかにまれにしか見られない。2成分システムは後生動物には見られない。[1] [2] [3] [4]
関数
応答調節タンパク質は、通常、レシーバードメインと 1 つ以上のエフェクタードメインから構成されますが、レシーバードメインのみを持ち、タンパク質間相互作用を通じて効果を発揮する場合もあります。2 成分シグナル伝達では、ヒスチジンキナーゼがヒスチジン残基の自己リン酸化によって環境変化に応答し、その後、応答調節タンパク質のレシーバードメインがリン酸基を自身の受容体であるアスパラギン酸残基に転移する触媒作用をします。これにより、エフェクタードメインの機能を変化させる構造変化が誘発され、通常は標的遺伝子の転写が増加します。これが起こるメカニズムは多様であり、エフェクタードメインのアロステリック活性化やリン酸化応答調節タンパク質のオリゴマー化が含まれます。[2]このテーマの一般的なバリエーションはホスホリレーと呼ばれ、ハイブリッドヒスチジンキナーゼが独自のレシーバードメインを持ち、ヒスチジンホスホトランスファータンパク質が応答調節タンパク質への最終的な転移を実行します。[4]
多くの場合、ヒスチジンキナーゼは二機能性であり、ホスファターゼとしても機能し、応答調節因子アスパラギン酸残基からのリン酸の除去を触媒するため、応答調節因子によって伝達されるシグナルはキナーゼとホスファターゼの活性のバランスを反映します。[4]多くの応答調節因子は、幅広い時間スケールで発生する自己脱リン酸化も可能です。[2]さらに、ホスホアスパラギン酸は化学的に比較的不安定で、非酵素的に加水分解される可能性があります。[1]
ヒスチジンキナーゼは、その同族の応答調節因子に対して非常に特異的であり、同じ細胞内の異なる2成分シグナル伝達システム間のクロストークはほとんどありません。[6]
分類
応答調節因子は、エフェクタードメインの特徴に基づいて、少なくとも3つの広いクラスに分類できます。DNA結合エフェクタードメインを持つ調節因子、酵素エフェクタードメインを持つ調節因子、および単一ドメイン応答調節因子です。[3]ドメイン構造のより詳細な分析に基づく、より包括的な分類が可能です。これらの広い分類以外にも、RNA結合エフェクタードメインなど、他のタイプのエフェクタードメインを持つ応答調節因子があります。
DNA結合エフェクタードメインを持つ調節因子は最も一般的な応答調節因子であり、転写に直接影響を及ぼします。[7]これらは、N末端レシーバードメインで同族調節因子と相互作用する傾向があり、C末端に向かってDNA結合エフェクターを含みます。レシーバードメインでリン酸化されると、応答調節因子は二量体化し、DNA結合能力が向上し、転写因子として機能します。[8] DNA結合ドメインの構造は、ヘリックス-ターン-ヘリックスモチーフのバリエーションとして特徴付けられます。EnvZ /OmpR 2成分システムの応答調節因子OmpRおよびその他のOmpR様応答調節因子に見られる1つのバリエーションは、「翼付きヘリックス」構造です。 [9] OmpR様応答調節因子は、応答調節因子の最大のグループであり、翼付きヘリックスモチーフは広く普及しています。DNA結合応答調節因子の他のサブタイプには、FixJ様およびNtrC様調節因子があります。[10] DNA結合応答調節因子は、硝酸塩/亜硝酸塩（NarL、ほとんどの原核生物に見られる）を含むさまざまな取り込みプロセスに関与している。 [11]
マルチドメイン応答調節因子の2番目のクラスは、酵素エフェクタードメインを持つものである。[12]これらの応答調節因子はシグナル伝達に関与し、二次メッセンジャー分子を生成することができる。例としては、応答調節因子が不活性な非リン酸化構造にあるときに阻害されるメチルエステラーゼドメインを持つ走化性調節因子CheBが挙げられる。他の酵素応答調節因子には、c-ジGMPホスホジエステラーゼ（例：コレラ菌のVieA ）、タンパク質ホスファターゼ、ヒスチジンキナーゼなどがある。[12]
比較的少数の応答調節因子、すなわち単一ドメイン応答調節因子は、受容体ドメインのみを含み、下流の生物学的効果を発揮するためにタンパク質間相互作用に依存している。 [13]受容体ドメインは、自己リン酸化ヒスチジンキナーゼと相互作用すると構造変化を起こし、その結果、応答調節因子はシグナル伝達カスケードに沿ってさらなる反応を開始することができる。顕著な例としては、リン酸化状態で直接鞭毛モータータンパク質と相互作用する走化性調節因子CheYが挙げられる。[13]
これまでの配列解析により、異なるクラスの応答調節因子が、ドメイン間を含め、さまざまな分類群全体に不均等に分布していることが示されています[14]。DNA結合ドメインを持つ応答調節因子は細菌で最も一般的ですが、単一ドメインの応答調節因子は古細菌でより一般的であり、他の主要なクラスの応答調節因子は古細菌のゲノムには存在しないようです。
進化
細菌ゲノム中に存在する2成分システムの数は、ゲノムサイズおよび生態学的ニッチと高い相関関係にあり、環境変動の激しいニッチを占める細菌は、より多くのヒスチジンキナーゼおよび応答調節因子を有する。[4] [7]新しい2成分システムは、遺伝子重複または遺伝子水平伝播によって発生する可能性があり、各プロセスの相対速度は細菌種間で大幅に異なる。[15]ほとんどの場合、応答調節遺伝子は、同族ヒスチジンキナーゼと同じオペロンに位置している。 [4]遺伝子水平伝播は、遺伝子重複よりもオペロン構造を保持する可能性が高い。[15]真核生物に存在する少数の2成分システムは、おそらく共生細胞小器官からの遺伝子水平伝播によって発生した。特に、植物に存在するものは、葉緑体に由来する可能性が高い。[4]
参考文献
- ^ ab Stock AM、Robinson VL、 Goudreau PN (2000)。「2成分シグナル伝達」。Annual Review of Biochemistry。69 :183–215。doi :10.1146 / annurev.biochem.69.1.183。PMID 10966457 。
- ^ abc West AH、Stock AM（2001年6月）。「2成分シグナル伝達システムにおけるヒスチジンキナーゼと 応答調節タンパク質」。生化学科学の動向。26 （6）：369–76。doi ： 10.1016 /s0968-0004（01）01852-7。PMID 11406410 。
- ^ ab Galperin MY (2005 年 6 月)。「細菌 の膜結合型および細胞内シグナル伝達タンパク質の調査: 細菌の IQ、外向型および内向型 」。BMC Microbiology。5 : 35。doi : 10.1186 / 1471-2180-5-35。PMC 1183210。PMID 15955239。
- ^ abcdef Capra EJ、Laub MT (2012)。「2成分シグナル伝達システムの進化」。Annual Review of Microbiology。66 :325–47。doi : 10.1146 /annurev- micro -092611-150039。PMC 4097194。PMID 22746333。
- ^ Zhao X、Copeland DM、Soares AS、West AH (2008 年 1 月)。「リン酸リレータンパク質 YPD1 とリン酸化類似体に結合した SLN1 の応答調節ドメインとの複合体の結晶構造」。Journal of Molecular Biology。375 ( 4): 1141–51。doi : 10.1016 / j.jmb.2007.11.045。PMC 2254212。PMID 18076904。
- ^ Rowland MA, Deeds EJ (2014年4月). 「2成分シグナリングにおけるクロストークと特異性の進化」.米国科学アカデミー紀要. 111 (15): 5550–5. Bibcode :2014PNAS..111.5550R. doi : 10.1073/pnas.1317178111 . PMC 3992699. PMID 24706803 .
- ^ ab Galperin MY (2006 年 6 月). 「細菌応答調節因子の構造分類: 出力ドメインとドメインの組み合わせの多様性」. Journal of Bacteriology . 188 (12): 4169–82. doi :10.1128/jb.01887-05. PMC 1482966. PMID 16740923 .
- ^ Barbieri CM、Wu T、Stock AM (2013 年 5 月)。「OmpR のリン酸化、二量体 化、および DNA結合の包括的な分析により 、活性化の標準モデルがサポートされる」。Journal of Molecular Biology。425 ( 10): 1612–26。doi :10.1016/ j.jmb.2013.02.003。PMC 3646996。PMID 23399542。
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- ^ ab Galperin MY (2010年4月). 「応答調節因子出力ドメインの構造と機能の多様性」Current Opinion in Microbiology . 13 (2): 150–9. doi :10.1016/j.mib.2010.01.005. PMC 3086695 . PMID 20226724.
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- ^ 「原核生物の応答調節因子の国勢調査」www.ncbi.nlm.nih.gov 。 2017年10月8日閲覧。
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