Джемма Архитектура

Nature Communications, том 14, номер статьи: 5190 (2023) Цитировать эту статью

1143 Доступа

9 Альтметрика

Подробности о метриках

Моно- и мультигемовые цитохромы c посттрансляционно созревают за счет ковалентного присоединения гема. Для этого Escherichia coli использует наиболее сложный тип механизмов созревания - систему Ccm (для созревания цитохрома c). Он состоит из двух мембранных белковых комплексов, один из которых переносит гем через мембрану к мобильному шаперону, который затем доставляет кофактор ко второму комплексу, апопротеин:гемлиаза, для ковалентного присоединения. Здесь мы сообщаем о криоэлектронных микроскопических структурах гемотранслокационного комплекса CcmABCD из E. coli, отдельного и связанного с гем-шапероном CcmE. CcmABCD образует гетерооктамерный комплекс, сосредоточенный вокруг транспортера ABC CcmAB, который сам по себе не транспортирует гем. Наши данные показывают, что комплекс перемещает гемовую группу из внутреннего листка во внешний на интерфейсах CcmBC, что обусловлено гидролизом АТФ в CcmA. Консервативный мотив обращения с гемом (WxWD) на периплазматической стороне CcmC поворачивает гем на 90° для ковалентного присоединения к гем-шаперону CcmE, который, как мы обнаружили, взаимодействует исключительно с субъединицей CcmB.

Цитохромы c представляют собой разнообразное и универсальное семейство металлопротеинов, присутствующее во всех царствах жизни1. Они содержат одну или несколько копий тетрапиррольного кофактора Fe-протопорфирина IX, или гема, и их определяющей характеристикой является ковалентное присоединение этого металлоорганического фрагмента к характерным связывающим мотивам последовательности C-Xn-CH (чаще всего n = 2; дополнительные Рис. 1а)2. Цель этой посттрансляционной модификации как минимум двоякая. Во-первых, цитохромы с неизменно размещаются во внецитоплазматической среде, так что ковалентное прикрепление служит для предотвращения потери кофактора. Во-вторых, фиксация гемовых групп к пептидной цепи устраняет необходимость формирования объемных связывающих карманов, обеспечивая очень высокое соотношение кофактор:белок и, вместе с этим, образование плотно упакованных цепей гем-групп внутри одного белка3. Следовательно, типичная роль цитохромов c заключается в переносе электронов или катализе многоэлектронных окислительно-восстановительных реакций4. Наиболее известным членом этого семейства белков, возможно, является моногемовый цитохром c из дыхательной цепи митохондрий, где он переносит электроны от комплекса цитохрома bc1 к цитохром c-оксидазе5. Однако прокариоты развили системы гораздо более высокой сложности6, с несколькими и десятками гемовых групп на одной пептидной цепи. Отдельные организмы, такие как Geobacterulfurreducens, кодируют в своем геноме более ста мультигемовых цитохромов c7. Созревание цитохромов c является сложным. Апоцитохромы содержат сигнальную последовательность для экспорта из цитоплазмы через транслокон Sec, а образующаяся пептидная цепь затем процессируется во экстрацитоплазматическом компартменте с помощью комплекса гемолиазы, который распознает гем-связывающие мотивы и опосредует ковалентное присоединение кофактора посредством добавление двух тиоловых групп цистеина к его виниловым боковым цепям. Самое примечательное, что этот процесс не зависит от общей последовательности белка и работает для апоцитохромов совершенно разного размера. Пептидная цепь сканируется лиазой, которая специфически распознает гем-связывающие мотивы. Во всех известных гемлиазах белки семейства «обработчиков гема» играют решающую роль, и их отличительной чертой является богатый триптофаном мотив, сокращенно «мотив WxWD», с помощью которого кофакторы удерживаются и позиционируются для взаимодействия с белком8. . Поскольку цитохромы c представляют собой эволюционно старое семейство белков, матуразы со временем диверсифицировались, и в современных классификациях перечислены пять различных систем гемолиаз9,10. Наиболее сложной из них является система I, система Ccm (для созревания цитохрома с), которая обнаружена у α- и β-протеобактерий, митохондрий растений, дейнококков, архей и некоторых γ- и δ-протеобактерий. В большинстве случаев он кодируется одним опероном состава ccmABCDEFGHI (дополнительный рисунок 1b), белковые продукты которого образуют два мембранно-интегральных белковых комплекса с различной функциональностью11. Здесь комплекс CcmFHI служит модулем гемолиазы, который сканирует апопептид, восстанавливает дисульфиды, которые могли образоваться в окислительной среде, через тиоредоксиновый модуль и присоединяет кофакторы гема к основной субъединице лиазы CcmF12,13. CcmG представляет собой DsbA-подобный тиоредоксин, который обеспечивает восстанавливающие эквиваленты лиазного комплекса. Второй модуль — CcmABCD, еще один интегральный мембранный белковый комплекс, сосредоточенный на транспортере ABC CcmAB. Он был описан как экспортер гема, который перемещает кофакторы через мембрану, чтобы присоединить их к шаперону гема CcmE в периплазме14. CcmE представляет собой монотопный мембранный белок, который сворачивается в компактный домен β-бочонка и образует ковалентную связь с гемом с остатком гистидина, расположенным в его гибком С-концевом хвосте15,16. CcmE является элементом, который соединяет транслокационный комплекс гема CcmABCD и комплекс гемелиазы CcmFHI17, и хотя CcmF неизменно содержит гемовую группу b-типа, только кофакторы, доставляемые через CcmE, связаны с цепями апоцитохрома (дополнительная рис. 1в).