2개 요소 규제 시스템

Two-component regulatory system
히스티딘키나아제
식별자
기호히스_키나아제
PfamPF06580
인터프로IPR016380
OPM 슈퍼 패밀리281
OPM단백질5iji
히스키나세A(인산-수용체) 영역
PDB 1joy EBI.jpg
다차원 NMR에 의한 대장균으로부터 Envz의 호모디메릭 영역의 해결된 구조.
식별자
기호히스카
PfamPF00512
Pfam 씨CL0025
인터프로IPR003661
스마트히스카
SCOP21b3q / SCOPe / SUPFAM
히스티딘키나아제
식별자
기호HisKA_2
PfamPF07568
Pfam 씨CL0025
인터프로IPR011495
히스티딘키나아제
식별자
기호HisKA_3
PfamPF07730
Pfam 씨CL0025
인터프로IPR011712
신호 변환 히스티딘 키나제, 호모디메릭 도메인
PDB 1i5d EBI.jpg
TNP-ATP 복합체 CheA 도메인 p4 구조
식별자
기호H-키나세_dim
PfamPF02895
인터프로IPR004105
SCOP21b3q / SCOPe / SUPFAM
히스티딘키나제N단자
식별자
기호HisK_N
PfamPF09385
인터프로IPR018984
Osmosensitive K 채널+ His kinase 센서 도메인
식별자
기호KdpD
PfamPF02702
인터프로IPR003852

분자생물학 분야에서 2개 요소 규제 시스템은 유기체가 많은 다른 환경 조건의 변화를 감지하고 반응할 수 있도록 하는 기본적인 자극-반응 커플링 메커니즘의 역할을 한다.[1]2개 성분의 시스템은 일반적으로 특정 환경 자극을 감지하는 막 결합 히스티딘 키나아제와 세포 반응을 매개하는 대응 조절기로 구성되며, 주로 표적 유전자의 차등 발현을 통해 이루어진다.[2]비록 2개의 구성 요소 신호 시스템이 모든 생명체 영역에서 발견되지만, 그것들은 박테리아, 특히 그램 음극과 시아노박테리아에서 가장 흔하다; 히스티딘 키나제스와 반응 조절기 모두 박테리아에서 가장 큰 유전자군에 속한다.[3]그것들은 고고학이나 진핵생물에서는 훨씬 덜 흔하다; 그것들이 효모, 백열성 곰팡이, 슬라임 곰팡이에서 나타나고 식물에서는 흔하지만,[1] 두 가지 성분의 시스템은 동물들로부터 "상당히 없는" 것으로 묘사되어 왔다.[3]null

메커니즘

2개의 구성 요소 시스템은 히스티딘키나아제(HK)에 의한 반응 조절기(RR)의 인산화(phosphorylation)를 통해 신호 전도를 수행한다.히스티딘키나아제는 비정형 HWE와 HisKA2 제품군에서 히스티딘키나아제의 사례가 보고되고 있지만 일반적으로 히스티딘인광환원체 영역과 ATP 결합 영역을 포함하는 동형변환형 투과형 단백질이다.[4]대응 조정기는 수신기 영역으로만 구성될 수 있지만, 일반적으로 수신기 영역과 적어도 하나의 이펙터 또는 출력 영역이 있는 다중 도메인 단백질로, 종종 DNA 결합에 관여한다.[3]세포외 환경의 특별한 변화를 감지하면 HK는 아데노신 삼인산염(ATP)의 인산염 그룹을 특정 히스티딘 잔류물로 전송하는 자가인산화 반응을 수행한다.그런 다음, 코인 반응 조절기(RR)는 반응 조절기의 수신기 영역에 있는 아스파레이트 잔류물로 인광 그룹의 전달을 촉진한다.[5][6]이는 일반적으로 RR의 이펙터 영역을 활성화하는 순응적 변화를 유발하며, 이는 주로 표적 유전자의 발현을 자극(또는 억제)하여 신호에 대한 세포 반응을 생성한다.[3]null

많은 HK는 분기성이며 인지 반응 조절기에 대한 인지 반응 조절기에 대한 인산염 활성도를 가지고 있어 신호 출력이 키나아제와 인산염 활동 사이의 균형을 반영한다.많은 대응 규제 기관 또한 자동 비인산염이며,[7] 상대적으로 미사용 인산염도 비-진산염으로 가수 분해될 수 있다.[1]반응 조절기의 전반적인 인산화 수준은 궁극적으로 그 활동을 통제한다.[1][8]null

인포레일레이스

일부 히스티딘 키나제스는 내부 수신기 도메인을 포함하는 하이브리드다.이 경우, 하이브리드 HK 자인산염은 별도의 RR 단백질이 아닌 자체 내부 수신기 영역으로 인산염 그룹을 전송한다.그런 다음 인광 그룹은 히스티딘 인광탄스페라제(HPT)로 폐쇄되고 이후 원하는 반응을 불러일으킬 수 있는 단자 RR로 폐쇄된다.[9][10]이 체계는 인광체라고 불린다.박테리아 HK의 거의 25%는 혼합형이며, 진핵 HK의 대다수가 그러하다.[3]null

함수

2개의 구성 요소 신호 전달 시스템은 박테리아가 광범위한 환경, 스트레스 요인 및 성장 조건을 감지, 반응 및 적응할 수 있도록 한다.[11]이러한 경로는 영양소, 세포 재독성 상태, 삼투성 변화, 정족수 신호, 항생제, 온도, 화학 반응제, pH 등을 포함한 다양한 자극에 반응하도록 조정되었다.[12][13]박테리아 게놈의 평균 2개 성분의 시스템 수는 30개 정도로 추정되는데,[14] 이는 프로카리오테 게놈의 1~2%에 해당한다.[15]몇몇 박테리아들은 전혀 (일반적으로 내시경검사와 병원균)을 가지고 있지 않으며, 다른 박테리아는 200개 이상을 함유하고 있다.[16][17]그러한 모든 시스템은 체내에서 드물게 일어나는 교차 대화를 방지하기 위해 세밀하게 규제되어야 한다.[18]null

대장균에서는 삼투성 EnvZ/OmpR 2성분 시스템이 외막포린 단백질 OmpF와 OmpC의 차등표현을 제어한다.[19]KdpD 센서 키나아제 단백질은 대장균과 클로스트리디움 아세토부틸리쿰 등 박테리아 내 칼륨 이동을 담당하는 kdpFABC 피연산자를 조절한다.[20]이 단백질의 N단자 영역은 단백질의 세포질 영역의 일부를 형성하며, 이는 터고르 압력 감지를 담당하는 센서 영역일 수 있다.[21]null

히스티딘키나제스

신호 변환 히스티딘 키나아제는 2개의 구성 요소 신호 전달 시스템의 핵심 요소다.[22][23]히스티딘키나아제의 예로는 삼모세포의 중심역할을 하는 EvenZ와 화학축계의 중심역할을 하는 CheA가 있다.[24][25]히스티딘키나아제는 일반적으로 N-단자 리간드 바인딩 도메인과 C-단자키나아제 도메인을 가지지만 다른 도메인도 존재할 수 있다.키나제 영역은 ATP로 히스티딘의 자동인산화, 키나제로부터 반응 조절기의 아스파테이트로 인광산소, 그리고 (이부작성 효소와 함께) 아스파릴 인산염에서 물로 인광산소화를 담당한다.[26]키나제 코어는 세르/Thr/Tyr 키나제 슈퍼 패밀리의 그것과 구별되는 독특한 접힘을 가지고 있다.null

HK는 대략 정통 키나제스와 잡종 키나제 두 종류로 나눌 수 있다.[27][28]대장균 EnvZ 단백질로 대표되는 대부분의 정통 HK는 세포막 수용체로서 기능하며 단백질을 세포막 N-단자 감지 영역과 보존도가 높은 세포질 C-단자 키나아제 코어로 분리하는 신호 펩타이드와 트랜섬브레인 세그먼트를 가지고 있다.그러나 이 계열의 구성원들은 일체형 멤브레인 센서 영역을 가지고 있다.모든 정통 키나아제가 막에 묶여 있는 것은 아니다. 예를 들어 질소 규제 키나아제 NtrB(GlnL)는 수용성 세포질 HK이다.[6]하이브리드 키나아제는 여러 개의 인광도너와 인광수용체 사이트를 포함하고 단일 인광 전달을 촉진하는 대신 다단계 인광릴레이 방식을 사용한다.센서 영역과 키나제 코어 외에도 CheY와 같은 수신기 영역과 HPT(His concenting phosphotransfer) 도메인을 포함하고 있다.null

진화

박테리아 게놈에 존재하는 2개 성분의 시스템의 수는 생태학적 틈새뿐만 아니라 게놈 크기와도 높은 상관관계를 가지고 있다; 환경변동이 잦은 틈새를 점유하는 박테리아는 히스티딘 키나제 및 대응 규제자를 더 많이 보유하고 있다.[3][29]새로운 2개 성분의 시스템은 유전자 복제나 측면 유전자 전달에 의해 발생할 수 있으며, 각 과정의 상대적 비율은 박테리아 종에 따라 극적으로 다르다.[30]대부분의 경우, 반응 조절기 유전자는 그들의 인지된 히스티딘 키나아제와 동일한 피연산자에 위치한다;[3] 측면 유전자 전달은 유전자 중복보다 피연산자 구조를 보존할 가능성이 더 높다.[30]null

eukaryotes에서

eukaryotes에서는 2개의 구성 요소 시스템이 드물다.효모, 백열성 곰팡이, 슬라임 곰팡이 등에 나타나며 식물에서는 비교적 흔하지만 동물에서는 '원래 결석'으로 묘사되어 왔다.[3]eukaryotes의 2개 구성 요소 시스템은 종종 내합성 생물학적 유기체로부터 측면 유전자 전달에서 유래될 가능성이 있으며, 일반적으로 하이브리드 키나아제 인광레이 타입이다.[3]예를 들어 효모 칸디다 알비칸스에서는 핵 게놈에서 발견된 유전자가 내시경증에서 비롯되어 미토콘드리아를 대상으로 남아 있을 가능성이 높다.[31]2개의 구성 요소 시스템은 식물에서 발달 신호 경로에 잘 통합되어 있지만, 유전자는 아마도 엽록체로부터 횡방향 유전자가 전이된 데서 유래되었을 것이다.[3]아라비도피스탈리아나에 있는 엽록체 센서키나아제(CSK) 유전자가 그 예로서, 엽록체에서 파생되었으나 현재 핵 게놈에 통합되어 있다.CSK 함수는 엽록체 유전자 발현에 광합성을 결합하는 리독스 기반의 규제 시스템을 제공한다. 이 관찰은 내생생물학적 오르간젤에 의해 암호화된 유전자의 보존을 설명하는 것을 목표로 하는 CoRR 가설의 핵심 예측으로 설명되어 왔다.[32][33]null

세린, 트레오닌 또는 티로신 키나제를 기반으로 하는 신호 시스템에 의해 많은 유사한 기능이 인수되어 온 진핵생물에서는 왜 표준적인 2성분 시스템이 드물게 나타나는지는 불분명하다; 인광분산염의 화학적 불안정성이 원인이 되고 있으며, 그 결과 진핵분열에서 신호를 변환하는 데 안정성이 증가되어야 한다고 추측되어 왔다.더 복잡한 [3]진핵 세포특히, 신호 메커니즘 사이의 교차 대화는 진핵 신호 시스템에서는 매우 흔하지만 박테리아 2성분 시스템에서는 드물다.[34]null

생물정보학

시퀀스 유사성과 피연산자 구조 때문에 많은 2개 구성요소 시스템(특히 히스티딘 키나제)은 생물정보학 분석을 통해 비교적 쉽게 식별할 수 있다.( 대조적으로 진핵 키나아제는 일반적으로 쉽게 식별되지만, 기판과 쉽게 결합되지 않는다.)[3]알려진 예를 문서화하고 분류하기 위해 P2CS라고 불리는 원핵성 2성분 시스템의 데이터베이스를 편집했으며, 어떤 경우에는 파트너와 유전적으로 연결되지 않은 "오페란" 히스티딘 키나아제나 반응 조절기 단백질의 인지에 대한 예측을 하기 위해 편집되었다.[35][36]null

참조

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