Proteína procariota similar a la ubiquitina
Familia de proteínas parecidas a las de los cachorros
Tres proteínas procariotas similares a la ubiquitina (azul) unidas a la ATPasa proteasomal Mpa (rojo)
Identificadores
SímboloCachorro
PfamPF05639
InterprofesionalIPR008515
Estructuras de proteínas disponibles:
Pfam  estructuras / ECOD  
APPDB RCSB; PDBj
PDBsumaResumen de la estructura
AP3M91 , 3M9D

La proteína similar a la ubiquitina procariota (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 . [ cita requerida ]

De manera similar a la ubiquitina, Pup se une a residuos de lisina específicos de proteínas sustrato mediante enlaces isopeptídicos ; esto se denomina pupilación . Luego, es reconocida por la proteína ATPasa proteasomal de Mycobacterium (Mpa), en un mecanismo que induce el plegamiento de Pup. [2] Mpa entrega la proteína sustrato al proteosoma 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 proteína pequeña para controlar la estabilidad de la proteína.

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, los científicos del Laboratorio Nacional de Brookhaven determinaron la estructura cristalina de rayos X del complejo entre Pup y su enzima transportadora Mpa 3M9D​ y descubrieron que la unión de Pup a Mpa induce el plegamiento de una hélice alfa única. [2]

En 2017, se informó 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 no se ha demostrado que la distinción esté respaldada filogenéticamente por un origen evolutivo separado y no existe 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

Proteína procariota similar a la ubiquitina
Identificadores
SímboloActo UB
InterprofesionalIPR037543
Figura 1. Diagrama del homólogo de Pup de UBact . Se utilizó el servidor Phyre2 para predecir la estructura del homólogo de Pup de UBact de la bacteria Methylacidiphilum infernorum . Dada la similitud con Pup, la predicción de una estructura es dudosa, ya que se ha demostrado que Pup está intrínsecamente desordenado en solución (consulte el texto para ver las referencias).

La ubiquitina bacteriana (UBact) es una proteína homóloga a la proteína procariota similar a la ubiquitina (Pup). La 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 UBact/Pup que está en gran parte ausente. [6] Mientras que la ubiquitina asume una estructura tridimensional altamente estable en solución, [7] se ha demostrado que 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 entre UBact y Pup. [5] El término UBact se denotó porque varias especies bacterianas del filo Nitrospirae (donde se identificó inicialmente a UBact; por ejemplo, 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 de conjugación-proteasoma vecinos a los loci UBact y Pup en estas bacterias Nitrospirae muestran una similitud débil y probablemente no sean completamente redundantes. La Figura 2 ilustra las diferencias entre los loci UBact y Pup en la bacteria representativa Nitrospirae Leptospirillum ferrodiazotrophum . Análisis posteriores del locus UBact (y no Pup) en Leptospirillum ferrodiazotrophum revelaron su existencia y conservación extrema en varios filos de bacterias gramnegativas, 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 de UBact a lo largo de una enorme distancia evolutiva.

A pesar de la gran diferencia en la secuencia, UBact es homólogo de 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 la secuencia a lo largo de una enorme distancia evolutiva (una característica también en 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 candidatus , 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 Ubiquitin , UBact no contiene un motivo de di-glicina en su extremo C. En cambio, generalmente termina con la secuencia R[T/S]G[E/Q] (ver figura 3).

Pasaron casi diez años desde el descubrimiento de Pup en 2008 [1] para identificar UBact. Esto se debe probablemente 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 los animales como el ganado y los peces que comen 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 negativos 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 un Archaeon metanotrófico anaeróbico no cultivado (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. ^ ab Pearce, MJ; Mintseris, J.; Ferreyra, J.; Gygi, SP; Darwin, KH (2008). "Proteína similar a la ubiquitina implicada 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. ^ ab Wang T, Darwin KH, Li H (noviembre de 2010). "El plegamiento inducido por unión de la proteína similar a la ubiquitina procariota en la ATPasa proteasomal de Mycobacterium selecciona 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 proteico universal P9WHN4 para "Proteína procariota similar a ubiquitina 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". Revista bioquímica . 422 (2): 207–215. doi :10.1042/BJ20090738. PMID  19580545.
  5. ^ abcdefgh 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". Comunicaciones de investigación bioquímica y biofísica . 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.
  7. ^ Vijay-Kumar S, Bugg CE, Cook WJ (abril de 1987). "Estructura de la ubiquitina refinada a una resolución de 1,8 A". Journal of Molecular Biology . 194 (3): 531–44. doi :10.1016/0022-2836(87)90679-6. PMID  3041007.
  8. ^ Chen X, Solomon WC, Kang Y, Cerda-Maira F, Darwin KH, Walters KJ (septiembre de 2009). "La cría de proteína procariótica similar a la ubiquitina está intrínsecamente desordenada". Revista de biología molecular . 392 (1): 208-17. doi :10.1016/j.jmb.2009.07.018. PMC 2734869 . PMID  19607839. 
  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 ubiquitina Pup [Leptospirillum ferriphilum] - Proteína - NCBI".
  11. ^ "Proteína similar a 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 humanos son revelados por el ADN libre de células 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 planctomicetos en pacientes aplásicos febriles con leucemia, exantema, 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 un tratamiento antibiótico de amplio espectro". Revista internacional de agentes antimicrobianos . 41 (2): 149–55. doi :10.1016/j.ijantimicag.2012.10.012. PMID  23294932.
  15. ^ Lücker S, Nowka B, Rattei T, Spieck E, Daims H (2013). "El genoma de Nitrospina gracilis ilumina el metabolismo y la evolución del principal oxidante marino de nitrito". Frontiers in Microbiology . 4 (27): 27. doi : 10.3389/fmicb.2013.00027 . PMC 3578206 . PMID  23439773. 
  16. ^ Becker SH, Darwin KH (marzo de 2017). "Proteasomas bacterianos: perspectivas mecanicistas y funcionales". Microbiology and Molecular Biology Reviews . 81 (1): e00036–16. doi :10.1128/MMBR.00036-16. PMC 5312241 . PMID  27974513. 
  17. ^ Elharar Y, Roth Z, Hecht N, Rotkopf R, Khalaila I, Gur E (marzo de 2016). "Regulación postraduccional de actividades enzimáticas coordinadas en el sistema Pup-proteasoma". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 113 (12): E1605-14. Bibcode :2016PNAS..113E1605E. doi : 10.1073/pnas.1525185113 . PMC 4812726 . PMID  26951665. 
  18. ^ Marin J, Battistuzzi FU, Brown AC, Hedges SB (febrero de 2017). "El árbol del tiempo de los procariotas: nuevos conocimientos sobre su evolución y especiación". Biología Molecular y Evolución . 34 (2): 437–446. doi : 10.1093/molbev/msw245 . PMID  27965376.
  • PupDB, una base de datos de proteínas pupiladas y sitios de pupilación.
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