Costruzione di una subunità

Scientific Reports volume 6, numero articolo: 19183 (2016) Citare questo articolo

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I metallochaperoni sono proteine ​​che legano i metalli progettate per fornire il metallo appropriato a una proteina bersaglio. Il metallo viene solitamente trasferito tra diverse proteine. In questo studio, abbiamo scoperto che il metallo veniva trasferito tra la stessa subunità di una nitrile idratasi mutante (NHase). Varie "proteine ​​​​attivatrici" mediano il traffico di ioni metallici nelle NHasi. Abbiamo costruito NHasi di fusione fondendo le subunità β e α e/o le "proteine ​​attivatrici" della NHasi di Pseudomonas putida. Le NHasi di fusione hanno mostrato una maggiore termostabilità e tolleranza ad alte concentrazioni del prodotto ammide. Il meccanismo di incorporazione del cobalto è cambiato da un modello di scambio di subunità autonome a un modello di chaperone molecolare specifico per l'apoproteina in vivo e a un modello di metallochaperone in vitro. In particolare, il trasferimento del cobalto è avvenuto tra la stessa subunità α nel modello metallochaperone. Questi risultati non solo hanno dimostrato la superiorità delle NHasi di tipo fusione, ma hanno anche rivelato un modello innovativo di trasferimento degli ioni metallici nella biosintesi delle metalloproteine.

Le metalloproteine ​​sono state caratterizzate in modo approfondito per decenni e più di un terzo di tutte le proteine ​​sono metalloproteine1. I ruoli mediati dagli ioni metallici nelle proteine ​​includono il trasferimento di elettroni, il trasporto di ossigeno, la regolazione genica e la stabilizzazione della struttura2. Diversi meccanismi generali della biosintesi dei metallocentri sono stati riportati in una revisione3; uno di questi è il rilascio di metallochaperoni di uno ione metallico o di molecole contenenti metalli. I metallochaperoni sono proteine ​​che legano i metalli progettate per fornire gli ioni metallici appropriati o le molecole contenenti metalli a una proteina bersaglio. La proteina bersaglio e il metallochaperone sono solitamente proteine ​​diverse e la proteina bersaglio presenta specificità del ligando e maggiore affinità per lo ione metallico.

La nitrile idratasi (NHase, EC 4.2.1.84)4 è un enzima che catalizza l'idratazione di un'ampia gamma di nitrili nelle corrispondenti ammidi5. L'enzima è composto da subunità α e β e contiene ferro non eme (Fe-NHasi)6 o cobalto non corrina (Co-NHasi)7,8. Il traffico degli ioni metallici nelle NHasi è mediato dalle corrispondenti "proteine ​​attivatrici"9. È stato dimostrato che gli attivatori dei Fe-NHasi agiscono come metallochaperoni10, mentre le "proteine ​​attivatrici" agiscono come "chaperoni che scambiano auto-subunità" per l'incorporazione del cobalto nella maggior parte dei Co-NHasi9,11,12.

Lo scambio di auto-subunità è uno dei passaggi di maturazione post-traduzionale della famiglia Co-NHase11. La proteina attivatrice esiste come complesso con la subunità α della NHasi e l'incorporazione del cobalto nella NHasi dipende dallo scambio della subunità α tra la subunità α priva di cobalto della NHasi e la subunità α del complesso contenente cobalto9. Lo scambio di auto-subunità è abbastanza diverso dai meccanismi generali attualmente conosciuti della biosintesi dei metallocentri9,11,13, che sono stati riportati in una revisione di Kuchar e Hausinger3, come segue: (i) legame reversibile di ioni metallo; (ii) rilascio di metallochaperone di uno ione metallico o di un cofattore; (iii) modifica post-traduzionale che crea un sito di legame metallico; (iv) legame sinergico di un metallo con un altro componente; (v) sintesi di cofattori contenenti metalli; (vi) incorporazione di metalli accoppiata con trasferimento di elettroni; e (vii) requisito di uno chaperone molecolare specifico per l'apoproteina e così via14. Lo scambio di auto-subunità è stato scoperto per la prima volta nella L-NHasi di Rhodococcus rhodochrous J19 e successivamente, nella H-NHasi dello stesso ceppo11 e si ipotizza che avvenga in vari altri Co-NHasi e in un enzima della famiglia delle NHasi, la tiocianato idrolasi, che contiene anche un esclusivo centro di cobalto non corrino con due ligandi di cisteina modificati post-traduzionalmente12,15. Gli "chaperoni che scambiano auto-subunità" mostrano una sorprendente funzione proteica in contrasto con i metallochaperoni nella biosintesi dei metallocentri e con gli chaperoni molecolari nel ripiegamento delle proteine9,11.