evolucija i sistematika mikroorganizama · raznovrsne procese: signalni put, morfologija...

17
PSEUDOENZIMI DEAD ENZYMES SHOW SIGNS OF LIFE"

Upload: lytu

Post on 26-Aug-2018

219 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA · raznovrsne procese: signalni put, morfologija mitohondrija, invazija parazita, translokacija proteina ... EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA

PSEUDOENZIMI

“DEAD ENZYMES SHOW SIGNS OF LIFE"

Page 2: EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA · raznovrsne procese: signalni put, morfologija mitohondrija, invazija parazita, translokacija proteina ... EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA

Većina enzimskih familija ima “dead” srodnike

Za razliku od pseudogena oni se eksprimiraju i funkcionalni su

Da li su “dead” enzimi više od evolutivnog ćorsokaka?

OSNOVNI POJMOVI

Pseudogeni su nefunkcionalni srodnici gena koji su

izgubili sposobnost da eksprimiraju funkcionalan

protein.

Page 3: EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA · raznovrsne procese: signalni put, morfologija mitohondrija, invazija parazita, translokacija proteina ... EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA

1967. godina – α-laktalbumin i lizozim

1974 – 1980. godine – protein seruma haptoglobin i himotripsinogen

1988. godine δ1-kristalin i argininosukcinat liazaε–kristalin je laktat dehidrogenaza B τ–kristalin je α–enolazaEnzimska diversifikacija – enzimi mogu da obavljaju dodatne neenzimske funkcije i taj se fenomen zove “gene sharing”.

ISTORIJA “DEAD” ENZIMA

Page 4: EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA · raznovrsne procese: signalni put, morfologija mitohondrija, invazija parazita, translokacija proteina ... EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA

Adrain & Freeman, Nature Reviews, 2012

Page 5: EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA · raznovrsne procese: signalni put, morfologija mitohondrija, invazija parazita, translokacija proteina ... EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA

2002. godine prvi put uočeno koliko su stvarno zastupljeni pseudoenzimi – protein kinazeGerard Manning: “We thought we must got it wrong”.

Njihovi geni nisu “junk” DNK, ćelije proizvode ove protene zato što su im potrebni:- pomažu “pravim” enzimima da zauzmu nativnu konformaciju i budu katalitički aktivni- regulišu aktivnost “pravih” enzima- obezbeđuju sredinu za proteinsku interakciju- pomažu u ćelijskoj komunikaciji- prate proteine do nove lokacije i štite ih da ne budu degradovani na tom putu, itd.

ISTORIJA “DEAD” ENZIMA

Page 6: EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA · raznovrsne procese: signalni put, morfologija mitohondrija, invazija parazita, translokacija proteina ... EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA

FUNKCIJE PSEUDOENZIMA

Page 7: EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA · raznovrsne procese: signalni put, morfologija mitohondrija, invazija parazita, translokacija proteina ... EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA

Modes of pseudoenzyme function. Pseudoenzymes (green) exert their effects on signal transduction or metabolism through interactions with other proteins, including client enzymes(grey),or substrates (yellow). Allosteric binding of a pseudoenzyme can positively or negatively regulate the catalytic activity of a client protein. This client is classically a related enzyme, however it could be an unrelated, potentially non-enzyme, protein.(b) Pseudoenzyme domains can act as receivers for post-translationalmodifications (star), such as (de)ubiquitylation, (de)phosphorylation or proteolytic cleavage, which can promote conformational switching and effector functions. (c) As protein interaction domains, pseudoenzymes can nucleate the assembly of protein complexes to bring enzyme and substrate pairs into proximity (top), or regulate protein localization, stability or quality control in a particular trafficking pathway or organelle (bottom). (d) Pseudoenzymes can compete with conventional (active) enzymes to prevent assembly of higher order protein complexes (top), or sequester substrates to protect them from enzymatic processing (bottom). Murphy et al., Curr. Opin. Biol. 2017

Page 8: EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA · raznovrsne procese: signalni put, morfologija mitohondrija, invazija parazita, translokacija proteina ... EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA

PSEUDOKINAZE

PSEUDOFOSFATAZE

Adrain & Freeman,Nature Reviews, 2012

Page 9: EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA · raznovrsne procese: signalni put, morfologija mitohondrija, invazija parazita, translokacija proteina ... EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA

Procenat zastupljenosti pseudoenzima kod različitih organizama je različit, od 10–30%

MERPOS i Degradome baze

Neki od pretpostavljenih pseudoenzima to nisu već imaju atipičan mehanizam delovanja. Naime,aminokiselinska seq daje prvu informaciju, zatim se pravi nativna konformacija i testira aktivnost(Ca-kalmodulin zavisna serin kinaza i Integrin vezujuća kinaza)

Mnogi pseudoenzimi su konzervirani što ukazuje na selektivan pritisak i funkcionalni značaj

RASPROSTRANJENOST I EVOLUCIJAPSEUDOENZIMA

Page 10: EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA · raznovrsne procese: signalni put, morfologija mitohondrija, invazija parazita, translokacija proteina ... EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA

Često zadrže sposobnost da vežu iste supstrate i kofaktore kao “pravi” enzimi i imaju istu lokaciju u ćeliji

Više neaktivnih srodnika imaju enzimi uključeni u sekreciju proteina i signalne puteve nego enzimi jedra

Pseudoenzimi mogu da dobiju nove enzimske funkcije što je način da se stari proteini prilagode novim funkcijama

Dva objašnjenja za evoluciju ovih gena i oba obuhvataju duplikaciju gena

RASPROSTRANJENOST I EVOLUCIJAPSEUDOENZIMA

Page 11: EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA · raznovrsne procese: signalni put, morfologija mitohondrija, invazija parazita, translokacija proteina ... EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA

NOVI ŽIVOT ZA STARE ROMBOIDALNE PROTEINZE

Intramembranske serin proteinaze, konzervirane u sva tri domena, regulišu raznovrsne procese: signalni put, morfologija mitohondrija, invazija parazita, translokacija proteina

“iRhoms” – inactive rhomboids – izgubile su glavne aminokiseline u aktivnom mestu

Deo su dva veoma različita fiziološka procesa, odbrana od patogena i spavanje

Page 12: EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA · raznovrsne procese: signalni put, morfologija mitohondrija, invazija parazita, translokacija proteina ... EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA

KARAKTERISTIKE iRhoms

▪ EGF – epidermal growthfactor kod Drosophilamelanogaster

▪ TACE – tumor necrosisfactor (TNFα) converingenzyme kod sisara

Adrain & Freeman, Nature Reviews, 2012

Page 13: EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA · raznovrsne procese: signalni put, morfologija mitohondrija, invazija parazita, translokacija proteina ... EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA

BOLESTI I iRhoms

Mutacije u genu za iRhom2 su povezane sa: tioloza i tumor jednjaka, tumor jajnika, epitelijalnih ćelija, poremećaj kontrole rasta

Možda je TACE zajednički faktor za sve ove poremećaje

Pseudoenzimi povezani sa bolestimamogu da posluže kao ciljni molekluliza nove lekove

Page 14: EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA · raznovrsne procese: signalni put, morfologija mitohondrija, invazija parazita, translokacija proteina ... EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA

MODEL EVOLUCIJE SUPERFAMILIJEROMBOIDALNIH PROTEINA

Adrain & Freeman, Nature Reviews, 2012

Page 15: EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA · raznovrsne procese: signalni put, morfologija mitohondrija, invazija parazita, translokacija proteina ... EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA

ODGOVARA I NEPRIJATELJU

Trypanosoma brucei – bolest spavanjaPseudoenzimi 3000 puta povećavaju aktivnost dva ključna enzima ovog parazita.

Toxoplasma gondii – toksoplazmozaPseudoenzim ROP5 i aktivni anzim ROP18 koje sintetiše parazit se aktivno bore protiv proteinaiz IRG familije koji inaktiviraju delovanje parazita. Među sekvenciranim genomima u genomu Toxoplasma je pronđena najveći procenata pseudokinaza.

Page 16: EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA · raznovrsne procese: signalni put, morfologija mitohondrija, invazija parazita, translokacija proteina ... EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA

UMESTO ZAKLJUČKA

Pseudoenzimi su široko rasprostranjeni

Regulišu različite važne procese

Evolucija je ekonomična tako da pseudoenzimi nisu nus proizvodi evolucije

Slučajno su otkriveni, ali su postali fokus mnogih istraživanja jer pružaju uvid u mnoge biohemijske puteve i regulatorne procese

Ciljni molekuli za nove lekove – Glivek

Page 17: EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA · raznovrsne procese: signalni put, morfologija mitohondrija, invazija parazita, translokacija proteina ... EVOLUCIJA I SISTEMATIKA MIKROORGANIZAMA

Kada se izučavaju enzimi treba raditi i na “pravim”i na “dead” da bi se shvatio molekularni mehanizam

ili fundamentalan biološki proces. Pseudoenziminas teraju da se pitamo koliko enzim mora da bude

aktivan da bi ga smatrali pravim.