S-Layer糖蛋白和鞭毛蛋白:记者的热点转译后的修改

文摘

许多古细菌的蛋白质进行转译后的修改。S-layer蛋白质和鞭毛蛋白已被成功地用于研究各种各样的这些修改,包括N-linked糖基化,去除信号肽和脂质修饰。使用这些特征明显的记者蛋白质的基因易处理的生物模型,Haloferax volcanii,产甲烷球菌属voltae和产甲烷球菌属maripaludis,使得解剖的途径和描述的许多酶负责这些修改。这样的研究已经确定了archaeal-specific信号肽酶活性变化没有找到在生活的其他领域,以及酶负责组装和小说N-linked聚糖的生物合成。这些酶在体外实验中已经开发了。N-linked糖基化也不是必不可少的Hfx。volcanii或者是产甲烷球菌属物种,一个观察,允许研究人员分析糖基化所扮演的角色在S-layers和鞭毛蛋白的功能,通过生成突变体拥有这些记者只有部分附加聚糖或完全缺乏多糖。在未来的研究中,可以考虑相关问题给出的异质性与修改,如微分或调制糖基化。

1。介绍

卡尔伍斯最初定义第三的生命形式,古生菌,这部小说的基础上寡核苷酸签名的小RNA(核糖体亚基1- - - - - -3]。具体来说,通过生成基于16 s rRNA序列的进化树,伍斯清楚地表明,古生菌形成一个独特的群体,不同于细菌或真核生物。但是,早期的分析还表明,这种不同寻常的微生物群共享的各种特征,尤其是ether-linked膜脂质,各种不同寻常的细胞壁(没有包含胞壁质),非典型和RNA聚合酶后,自己的变异鞭毛(4,5]。事实上,细胞壁组成的第一古生菌的表型特征认为允许分化从细菌6),被认为是在早期研究的热点是“唯一有用的系统标准,除了直接的分子系统发育测量”来区分这两个原核域(7]。许多属古生菌的一个常见特性,发现在所有主要的代表血统,面前是一个细胞被膜的外层组件称为表面(S)层,通常蛋白质或糖蛋白亚基组成,定期形成一个结构化数组。

除了独特的细胞壁,古生菌的细胞表面结构也不同寻常的(8]。虽然很多,如插管(9和哈密10古生菌)是独一无二的,甚至更常见鞭毛和菌毛与细菌保守党[11,12]。古细菌鞭毛是研究古细菌的附属物,是不寻常的在许多方面,包括初始组件鞭毛蛋白的生物合成氨基端第三类信号肽裂解的prepilin peptidase-like酶。如下考虑,这些特征都是类似于细菌中发现IV型菌毛系统但是没有细菌鞭毛系统。

S-layer蛋白质和鞭毛蛋白都是由古细菌细胞中最丰富的蛋白质合成,可以相对轻松地隔离大量的生化和结构研究。古生菌,大多数的这些蛋白质似乎糖蛋白,主要包含N-linked聚糖,但有时也含有聚糖O-linked苏氨酸残基。事实上,古S-layer蛋白质,尤其是来自极端嗜盐菌,用来确定一个小说类原核糖蛋白(13- - - - - -16]。最近,S-layer蛋白质和鞭毛蛋白被广泛用作记者蛋白质研究各种各样的转译后的修改在古菌(17- - - - - -20.),包括我类和III类信号肽、N - O-glycosylation和脂质修饰。尽管取得了这些进步,只有在一个非常小的古生菌的数量,包括Haloferax volcanii和产甲烷球菌属物种,基因研究特定基因与一个特定的转译后的修改已经完成。

2。的S-layer Haloarchaea Methanoarchaea

虽然在众多热点,发现S-layers haloarchaea保持最好的研究。事实上,第一个描述S-layer古生菌被报道在1956年电子显微镜检查Halobacterium halobium(salinarum)细胞显示表面呈现形态单位组织六角模式(21]。后来检查薄片haloarchaeal细胞显示17 nm厚的细胞壁的存在之外的质膜(22- - - - - -24]。Blaurock et al。25)后依靠x射线衍射演示一种蛋白质层铺设haloarchaeal以外的质膜的距离8纳米,periplasmic-like空间形成的形态单元假设一个“inverted-parabola形状”。酶的碘化Hbt。salinarum表面蛋白和蛋白水解处理,发现这个表面(S)层包含S-layer糖蛋白(13]。Kessel et al。26接下来提出的三维重建Halobacterium(后来更名为Haloferax)volcaniiS-layer糖蛋白和细胞信封后考虑的主要序列Hbt。salinarumS-layer糖蛋白(14早些时候],以及x射线衍射数据和电子显微镜的图像负染色细胞信封。在这个模型中,基于重建2纳米的分辨率,六S-layer糖蛋白组成一个4.5 nm厚的圆孔,与开放的中心扩张膜作为一个方法。每个S-layer糖蛋白的推断c端跨膜域被认为锚定膜的结构,而一个O-glycosylated域S-layer糖蛋白躺上游的跨膜域作为间隔单元,提出了支撑的拱形结构。而部队负责维护这些组件的完整性仍然未知,二价阳离子已被证明是重要的(13,26]。鉴于完整细胞的使用维护的生长介质和高度的样品保存提供快速冻结,重建的Hbt。salinarumS-layer通过使用电子断层扫描该结构提出了一个更为现实的观点(27]。从而表明,Hbt。salinarum细胞被膜假设相同的基本架构一样Hfx。volcaniiS-layer。尽管他们的相似性S-layer架构,Hbt。salinarum和Hfx。volcanii细胞呈现出截然不同的形状,与前一样棒,后者出现缩进磁盘,指着S-layer之外的其他因素影响细胞的形状。

嗜盐的同行一样,无数metha-noarchaeal物种,如属的成员产甲烷球菌属,也包围glycoprotein-based S-layer [28]。对于许多产甲烷菌,研究S-layer已经相对有限的识别主要S-layer组件,其响应糖蛋白染色过程和决心晶格对称性的电子显微镜(29日- - - - - -31日]。在的情况下m . voltae,S-layer形成从76 kDa蛋白质排列成一个六角晶格的中心间距10 nm (32]。虽然S-layer蛋白不积极与高碘酸希夫试剂染色,表明缺乏蛋白质糖基化的情况下,后续的质谱分析表明它含有N-linked多糖相同的发现在这个物种的鞭毛蛋白(33]。方法是创建的原生质体m . voltae的去除和再生S-layer [34]。质粒DNA的原生质体可用于转换直接或通过电穿孔(35]。

在某些情况下,如Methanothermus fervidus(36],S-layer围绕pseudomurein的小囊,肽聚糖某些methanoarchaeal特有物种,不同于细菌胞壁质。在一些甲烷八叠球菌属物种,蛋白质的细胞被膜被认为是由S-layer包围刚性methanochondroitin组成的细胞壁,杂多糖让人想起真核软骨素(37]。

一个S-layer的模型Methanolobus limicola由糖蛋白亚基形成,使用各种显微技术决定的。使用标准电子晶体技术,这是确定S-layer p6对称晶格常数为14.7 nm和4.5纳米的厚度38]。后来考试通过扫描隧道显微镜导致厚度测定6.5 nm (39]。就像在Hbt。salinarum,子单元组装成穹顶结构。此外,尽管没有间隔元素已确定连接S-layer细胞质膜,负染法揭示一个狭小的空间之间的约5 - 10海里两层(38]。

Methanospirillum hungatei细胞呈现出非常复杂的信封。单个细胞组成的细胞壁包围一个S-layer [40),然后第二个不寻常的亚晶状的外层称为鞘(41),由个人和离散hoop-like组件(42]。然后放入鞘中细胞与周围环境或邻近细胞分离复杂的结束或隔离插头(42]。

最后,在Methanocorpusculum sinense,考试的作用在细胞形状S-layer维护和细胞分裂透露,晶格缺陷在正常p6对称似乎S-layer网站的整合新的子单元和细胞分裂的起始点(43]。

3所示。古细菌鞭毛组装和组成

生化、遗传结构研究进行鞭毛来自几个不同热点过去2年已经证明了这种能动性装置的独特性质5,44]。鞭毛已报告在所有可耕种的古生菌的主要再分组,包括极端嗜盐菌的物种,haloalkaliphiles,产甲烷菌,超嗜热菌,thermoacidophiles [45,46]。详细的生化、结构和/或基因研究在各种不同的热点已报告属,包括产甲烷球菌属(47- - - - - -49),Methanospirillum(50- - - - - -52),Halobacterium(53- - - - - -56),Haloarcula(57),Haloferax(58),硫化叶菌(59),Natrialba(60,61年),Thermococcus(62年),而海床(63年]。然而,发表的大部分古细菌鞭毛专注于工作Halobacterium和产甲烷球菌属;Euryarchaeota成员,不确定,结果在一个有机体,甚至在一个热点领域的适用于所有古生菌或者其他主要成员古域(即。crenarchaeotes)。可能有两个域之间的根本差异;例如,基因已知必不可少的鞭打产甲烷球菌属没有发现在crenarchaeotes [46,64年),甚至一些基本如钩的存在可能是变量,作为crenarchaeote钩子没有被观察到硫化叶菌(65年]。

古细菌鞭毛运动结构参与游泳,在这一直是研究的一个例子在任何细节(例如,Hbt。salinarum),鞭毛可以切换他们的旋转方向66年- - - - - -68年]。除了这个肤浅的共性,古细菌鞭毛细菌同行不承担其他相似之处。例如,没有同系物的细菌鞭毛结构或生物合成的基因包含在任何古细菌基因组测序(67年,69年]。另一个重要区别这两个原核的鞭毛细胞器可能在鞭毛旋转的动力。质子或更很少,梯度是钠用于细菌鞭毛运动(70年),而在一个实例,这是古菌检查,再次Hbt。salinarum,鞭毛马达旋转取决于ATP (71年]。从结构上看,古细菌鞭毛类似于细菌IV型菌毛,表面结构参与一种能动性在固体表面称为抽搐(72年],至关重要的是,缺乏一个中央通道,可以通过通过日益增长的结构单元组装在远端提示(73年- - - - - -75年]。事实上,古细菌鞭毛被称为“细菌螺旋桨pilus-like结构”(75年]。因此,古细菌鞭毛与细菌IV型菌毛分享一些共性。最引人注目的是,古细菌鞭毛的主要单元,鞭毛蛋白,是与不寻常,preproteins IV型pilin-like信号肽(第三类信号肽)被一个特定的IV型prepilin信号肽酶同系物(防弹/ PibD;(见下文)47,48,76年]。此外,古细菌鞭毛系统和IV型菌毛系统包含一个同源atp酶和守恒的膜组件,可以作为结构的组装平台(77年,78年]。这些相似之处IV型菌毛和缺乏一个中央通道表明组装的古细菌鞭毛发生的子单元的基础结构,也就是这样在pili增长45,从根本上不同于细菌鞭毛的增长,新单元添加到远端后通过中央通道(79年]。

一个单一的佛罗里达州操纵子包含多达13 flagella-associated基因已被确定在各种鞭毛古生菌,尽管基因的核心成分鞭打和他们安排在不同的生物体基因组中可以改变(44]。与大多数细菌种类不同,几乎所有的鞭毛热点包含多个(即。2 - 6)鞭毛蛋白的基因,一个罕见的例外硫化叶菌spp,只有一个鞭毛蛋白基因被发现。研究表明,每个鞭毛蛋白都有自己的功能,删除单个鞭毛蛋白通常会导致nonflagellated细胞(64年,80年,81年]。有趣的是,鞭毛蛋白形成钩的地区之一产甲烷球菌属物种(49,64年,82年),Hbt。salinarum(82年]。的佛罗里达州操纵子通常始于多个鞭毛蛋白基因,其次是守恒的佛罗里达州相关的基因,佛罗里达州C -flaJ,或者一个子集。preflagellin肽酶基因通常以外这个主要的轨迹。删除分析表明,所有的成功删除佛罗里达州相关基因是必不可少的鞭打,尽管其中一些基因是没有发现在所有鞭毛古生菌(64年]。的佛罗里达州相关的基因,flaHIJ保存在所有鞭毛古生菌(5]。FlaI和FlaJ同源atp酶(即。,PilT/PilB) and conserved membrane protein (i.e., PilC/TadB) of type IV pili systems. FlaI has been shown to possess ATPase activity [83年]。FlaH也可能atp酶活性,因为它包含一个守恒沃克盒子,虽然沃克框B没有被确定(84年]。因此,由于其普遍存在在所有鞭毛古生菌及其关系IV型pili-related蛋白质,FlaHIJ最有可能出口的关键组件和装配的鞭毛蛋白亚基。删除这些基因导致nonflagellated细胞(56,59,64年,84年,85年]。其他的角色佛罗里达州相关基因通常是未知的,尽管最近的报告表明FlaCE和FlaDHbt。salinarum与各种切趋化性系统的蛋白质(86年]。

最后,除了信号肽清除,古细菌鞭毛蛋白也接受第二个转译后的修改,因为他们大多数都是糖蛋白。尽管有时包含糖化鞭毛蛋白、细菌鞭毛蛋白聚糖总是发现在一个O-linkage [87年]。古生菌,迄今为止多糖总是发现N-linked鞭毛蛋白(33,88年,89年]。如下考虑,和完整性的多糖有显著影响装配和古细菌鞭毛的函数。

在细菌鞭毛不函数只作为游泳但也可以参与的细胞器等多样化的活动聚集在表面能动性,传感湿润和生物膜的形成起到了一定的作用,例如[90年- - - - - -92年]。同样,古细菌的鞭毛最近显示参与其他重要生物功能除了大概主要作用在游泳。在海床furiosus鞭毛,能形成cable-like粘附细胞之间的联系Methanopyrus kandleri细胞表面(63年]。的相互作用p . furiosus与Methanopyrus细胞可以通过鞭毛发生,导致双组分古细菌生物膜(93年]。在硫化叶菌除了中介游泳和群集,鞭毛,连同pili都被证明参与表面粘附[94年]。另一方面,Hfx。volcanii鞭毛是显示不明显参与表面粘附[58]。相反,附件是由其他类型IV pilin-like蛋白质由IV型处理prepilin peptidase-like酶。游泳没有鞭毛可以通过不同的机制发生在细菌(12),但到目前为止,没有这样的nonflagellar-driven游泳模式在古生菌已报告。

4所示。转译后的修改S-Layer糖蛋白和鞭毛蛋白

除了提供重要的结构和生理作用,S-layer糖蛋白和鞭毛蛋白,尤其是从嗜盐的产烷生物古菌是重要的记者的转译后的修改,包括信号序列的乳沟,糖基化和脂质附件(图1)。

4.1。信号肽的乳沟

细菌可以包含多达三个不同信号肽酶,对于消除氨基端信号肽这一目标preproteins出口从细胞质中95年]。信号肽酶(SPI)我是管家信号肽酶,负责从大多数preproteins裂开信号肽分泌的细胞通过证交会或答通路。信号肽酶II (SPII)删除信号肽专门从脂蛋白。最后,IV型prepilin肽酶(TFPP,有时称为信号肽酶III, SPIII)是必要的为第三类信号肽的乳沟IV型菌毛蛋白及相关分子。在古菌,只有SPI和TFPP已确定(18]。

信号肽酶我
我是首次发现的古细菌信号肽酶产甲烷球菌属voltae基因克隆和表达的蛋白的生化特性和研究在体外,使用不同的表达,截断S-layer蛋白质底物(96年]。定点诱变产烷生物研究酶的Hfx。volcanii得出了同样的结论;即古细菌酶依赖于不同分组的必需氨基酸比典型的酶原核(p型)中发现的细菌或真核(ER-type)酶97年,98年]。细菌p型spi,发现在线粒体和叶绿体,利用Ser-Lys双催化。定点诱变研究显示,爵士^90年和赖氨酸^145年的大肠杆菌SPI是酶活性的关键(99年),而随后的诱变研究,基于晶体结构分析,导致Ser的识别^278年作为最优活动所必需的(One hundred.]。在ER-type spi的情况下,没有赖氨酸残基是必不可少的活动,反映出不同的催化机制的使用。事实上,守恒的赖氨酸的p型SPI替代的守恒的组氨酸ER-type SPI (101年]。进一步的诱变研究确定了守恒的丝氨酸,组氨酸和两个天冬氨酸残基eukaryal酶的重要活动,显示一个潜在的催化机理依靠Ser-His-Asp催化三分子或他催化双(101年,102年]。古细菌SPI保持守恒ER-type酶的氨基酸,特别是由组氨酸守恒的赖氨酸的替代。然而,定点诱变再次显示archaeal-specific特性。而保守的丝氨酸和组氨酸残基的基本性质证明,只有一个守恒的天冬氨酸残基的证明是必要的,不像酵母SPI,两者都是必不可少的(97年,98年]。几乎所有的古spi包含这四个保守氨基酸(18),这种催化作用的机理可能涉及Ser-His-Asp三和弦,ER-type酶。
在Hfx。volcanii,两个功能spi, Sec11a Sec11b,,虽然两者都表示,只有Sec11b被认为是至关重要的103年]。自两种酶裂解底物不同的在体外试验,他们可能提供不同的生理作用。

批评/ PibD:古IV型Prepilin-Like肽酶
最好的研究热点信号肽酶TFPPs,代表主要由批评/ PibD [48,76年,104年),以及EppA [105年]。这些酶被首次发现TFPP同系物,能够打通第三类古细菌鞭毛蛋白的信号肽。与细菌鞭毛蛋白,古细菌鞭毛蛋白合成preproteins包含异常短IV型pilin-like信号肽。这样的处理是一个重要的一步组装的热点鞭毛,防弹突变体是nonflagellated [76年]。
定点诱变的酶和底物的极大地促成了我们的知识的作用机制和底物范围的热点TFPPs。初步研究涉及的保守氨基酸突变模型底物的信号肽,如鞭毛蛋白和sugar-binding蛋白质,发现一般IV型菌毛系统相似,甘氨酸在−1的位置信号肽(即。,位置立即上游的裂解位点)强烈首选,与丙氨酸是一个可接受的替代品。−2−3位置的信号肽通常基本氨基酸和,的情况产甲烷球菌属赖氨酸的抨击,−2衬底对解理(至关重要的位置106年]。硫化叶菌PibD更严格的在这方面,符合大量潜在的基质处理这种酶(104年]。显示最初的信号肽分析潜在的基板(104年),后来直接显示在体外化验(107年),PibD也能够容纳极短信号肽不批评处理。的确,有人建议PibD是在古细菌TFPPs当中比较罕见的一个范围的底物(46),因为,在产甲烷球菌属例如,没有sugar-binding蛋白质和IV型菌毛蛋白由不同处理专用TFPP EppA [105年]。活动的关键EppA似乎是谷氨酰胺残留在位置1发现菌毛蛋白而不是鞭毛蛋白,由于鞭毛蛋白改性包括菌毛蛋白−2 + 2氨基酸地区裂解(105年]。符合他们的IV型处理prepilin-like分子,定点诱变的抨击(76年]和PibD [108年)透露,一双守恒的天冬氨酸残基结合两个天冬氨酸残基是必不可少的细菌类型IV prepilin古细菌酶肽酶活动也是必不可少的。其他守恒的天冬氨酸残基并不是必要的。因此,细菌和古细菌酶依靠相同的催化机理和属于同一家族小说的天冬氨酸蛋白酶。
在产甲烷球菌属maripaludis鞭毛和类型IV-like pili组成的主要结构蛋白具有第三类信号肽。有趣的是,这个物种表达两个TFPPs,抨击专门处理鞭毛蛋白的信号肽和EppA专一性酶切prepilins [105年]。情况并非如此硫化叶菌solfataricus,PibD更广泛的底物范围,裂开鞭毛蛋白和IV型菌毛蛋白,以及许多的糖结合蛋白已假设形成pilus-like扩展从细胞表面,称为bindosome [8,109年]。此外,Iho670纤维Ignicoccus hospitalis代表一种新的热点表面结构,也由子单元包含第三类信号肽裂解的TFPP [110年]。看来组装整个古细菌的表面结构域可能严重依赖IV型pilus-like模型。

5。N-Glycosylation

而glycoprotein-based组成的Halobacterium细胞被膜先前建议(111年,112年),这是梅斯和Strominger13)纯化和特征Hbt。salinarumS-layer糖蛋白,与此同时提出的第一个例子noneukaryal N-glycosylated蛋白质。最初的努力在描述过程的热点N-glycosylation平行eukaryal过程显示相似之处。在这两种情况下,低聚糖组装多萜醇脂质载体和交付后转移到目标蛋白质跨膜;也就是说,ER膜在真核生物和古菌的质膜(cf。113年])。然而,只有30年后,描述的完整基因组序列的可用性,古细菌的生化途径N-glycosylation正式开始。几乎同时,榴弹炮(一个rchaealglycosylation)基因转译后的修改被确定Hfx。volcanii(114年),m . voltae(115年]。随后,榴弹炮基因参与产甲烷球菌属maripaludisN-glycosylation通路被确定(116年,117年]。

Haloferax volcanii
在Hfx。volcanii,榴弹炮基因的组装和附件pentasaccharide选择Asn残留S-layer糖蛋白的已知的基础上首次发现其同源性N-glycosylation组件在真核生物和细菌(例如,空肠弯曲杆菌),唯一的细菌的完整N-glycosylation通路被定义(cf。118年])。随后,额外的榴弹炮基因被确定基于他们接近之前确定榴弹炮基因组的序列或在reannotation地区所有但之前的确认榴弹炮序列集群(119年- - - - - -123年]。以这种方式,AglJ AglG、AglI AglE, AglD,糖基转移酶负责组装S-layer glycoprotein-modifying pentasaccharide,由己糖,两个hexuronic酸,methylester hexuronic酸和己糖,被确定(123年,124年]。AglB显示是pentasaccharide oligosaccharyltransferase负责交付,显然其前体,至少两个S-layer糖蛋白的残留物;即Asn-13和asn - 83 (123年]。此外,AglF、AglM AglP也被证明参与装配的pentasaccharide120年,122年,124年]。
虽然这些基因产物参与S-layer糖蛋白N-glycosylation已被证明通过基因缺失和质谱分析方法的结合,在一些情况下,生化特性进行了。对于AglF AglM,蛋白质纯化和分析开发兼容高盐度条件。因此,AglF被证实是一个glucose-1-phosphate uridyltransferase,能够产生从glucose-1-phosphate UDP-glucose UTP河畔⁺端依赖的方式,而AglM透露作为UDP-glucose脱氢酶,从UDP-glucose生成UDP-glucuronic酸(122年]。事实上,包含AglF偶联反应、AglM glucose-1-phosphate, UTP,河畔⁺导致的外观UDP-glucuronic酸,因此代表的体外重组的第一步Hfx。volcaniiN-glycosylation过程。对于AglP、净化和后续的发展在体外试验测试的功能蛋白质证实AglP是S-adenosyl-L-methionine-dependent甲基转移酶(124年),正如之前预测的生物信息学分析(121年]。具体来说,AglP行为pentasaccharide装饰的第四单元Hfx。volcaniiS-layer糖蛋白,添加甲基一半hexuronic酸产量190 Da hexuronic酸甲酯发现在这个位置124年]。这些结果总结表1。

产甲烷球菌属voltae
描述的N-linked聚糖m . voltaePS是一个三糖组件结构β男人pNAcA6Thr - (1 - 4)β、相关pNAc3NAcA - (1 - 3)β、相关p南京汽车(33),虽然应变窝藏的四糖变体(三糖一样附加额外的220年或260年达一半以上)据报道(125年]。多糖与选择天冬酰胺残留在鞭毛蛋白和通过一个N-acetylglucosamine S-layer组件,而不是己糖观察到Hfx。volcanii。相结合的技术,包括插入目标基因的失活,免疫印迹,不等的表达研究和质谱分析纯化鞭毛已经确定了所需的糖基转移酶和oligosaccharyltransferase组装和多糖的附件。AglH和AglA负责的第一个和最后一个糖残基三糖,分别,115年,126年]。AglH被阐明的角色的能力成功地补充条件致死突变alg7在酵母(N-acetylglucosamine-1-phosphate转移酶)。AglC和AglK涉及第二个糖残基的转移(125年]。突变体在oligosaccharyltransferase (aglB)包含S-layer糖蛋白和鞭毛蛋白呈现分子质量比在任何其他小榴弹炮突变体,符合这种酶负责N-glycan的转移。菌株携带干扰的可行性aglB表明N-linked糖基化途径并不是必不可少的m . voltae(115年]。

产甲烷球菌属maripaludis
随着先进的遗传工具的发展(127年),说明N-linked糖基化途径在产甲烷古菌仍在继续m . maripaludis一个四糖多糖是N-linked鞭毛蛋白亚单位(88年]。的报告结构N-linked多糖是Sug-4 -β-ManNAc3NAmA6Thr-4 -β-GlcNAc3NAcA-3 -β-GalNAc,见sub以前未报告的(5年代)2-acetamido-2 4-dideoxy-5 -O甲基-α- l -erythro-hexos-5-ulo-1 5-pyranose,代表第一个例子的天然diglycoside aldulose [88年]。虽然聚糖的两个产甲烷球菌属物种是相关的,一个明显的区别在于m . maripaludis使用N-acetylgalactosamine作为连接糖,N-acetyglucosamine相比m . voltae。此外,第三糖两种是一样的,除了3-acetamidino集团之外m . maripaludis这是由的产物MMP1081(k . f . J。,unpublished results). Interestingly, a strong homologue of MMP1081 is also found in the sequenced genome ofm . voltaeA3。这个基因也应该出现在吗m . voltaePS;即应变用于多糖结构研究中,目前还不清楚为什么一个acetamidino集团还将不会被添加。
的基因MMP1079,MMP1080和MMP1088,指定aglO,aglA和aglL分别被删除/牵连互补分析和质谱作为糖基转移酶负责转移的第二,第三和第四糖多糖结构,分别,116年]。就像在m . voltae但不同的情况Hfx。volcanii,但其中的一个榴弹炮基因被发现在一个大集群,一个glB坐落在吗m . maripaludis染色体。它的缺失导致的外观nonglycosylated鞭毛蛋白(116年]。糖基转移酶负责第一个糖残基的转移尚未确定。有趣的是,突变体窝藏在基因缺失,导致nonflagellated表型(例如,aglB和aglO)最初合成正常水平的鞭毛蛋白和其他cotranscribed佛罗里达州基因产品。然而,在持续的实验室文化,这些菌株出现停止整个转录佛罗里达州操纵子。其他基因确定为参与多糖合成包括MMP0350,可能负责的产品添加的两个乙酰基发现第二糖(117年),MMP1085编码一个蛋白质负责附件甲基的终端糖(k . f . j .未发表的结果)。N-glycosylation的可用信息产甲烷球菌属物种是总结表2。
除了描述的基因研究,不同的表达和体外生化和酶的研究蛋白质预测描述的糖基化途径帮助参与acetamido糖单元的生物合成前体methanococci [128年]。

6。O-Glycosylation

除了N-glycosylation,Hbt。salinarum和Hfx。volcaniiS-layer糖蛋白也接受O-glycosylation。在每种情况下,Thr-rich地区上游的预测membrane-spanning域galactose-glucose蛋白质是装饰在许多位置的二糖,通过半乳糖与亚基(13,129年]。基本上没有什么是目前已知的热点O-glycosylation过程。

7所示。脂质修饰

除了信号肽的乳沟和糖基化,haloarchaeal S-layer糖蛋白也经历共价转译后的附件的脂质。这是第一次当Hbt。salinarum细胞培养与³H]甲羟戊酸和其他氚化脂质示踪剂,导致选择性整合radiolabel进入S-layer糖蛋白(130年]。有关放射性一半后来揭示了质谱是一个小说diphytanylglycerol磷酸盐。尽管准确的位置高度脂质尚未定义,一个28 kDa trypsin-generated片段来自蛋白质的c端地区(残留731 - 816)被证明包含集团有关。附件的脂质,要么是认为phosphodiester-based连杆S-layer糖蛋白对丝氨酸或苏氨酸残基是负责任的。因此,似乎,除了单一membrane-spanning域靠近糖基的haloarchaeal S-layer糖蛋白,从初级序列分析,推导出脂质一部分也锚蛋白膜。此外,鉴于序列相似性的c端区域相同Hbt。salinarum,Hfx。volcanii和Haloarcula粳稻S-layer糖蛋白(14,129年,131年),后两个同样很可能经历脂质修饰(130年]。事实上,这种脂质修饰已经证明了的Hfx。volcaniiS-layer糖蛋白(132年,133年]。

8。鞭毛蛋白的重要性和S-Layer糖蛋白转译后的修改

产生缺失突变体的能力Hfx。volcanii,m . voltae和m . maripaludis以及其他分子的可用性工具允许记者蛋白质转译后的修改的重要性在这些物种需要解决。

Haloferax volcanii
在Hfx。volcanii使用删除菌株提供了相当大的洞察N-glycosylation到单元的重要性。执行N-glycosylation菌株缺乏能力,由于缺乏oligosaccharyltransferase, AglB,或只能部分招募N-glycosylation通路,由于没有其他的榴弹炮蛋白质,存在不同的表型,包括S-layer修改架构显示增加易感性蛋白水解消化、增强S-layer糖蛋白释放生长介质,和增长放缓增加盐的媒介119年,120年,122年,123年]。事实上,微分转录的各种蛋白质Agl为了应对不同的生长条件,反映在反转录或实时PCR,指向N-glycosylation作为一个适应的过程Hfx。volcanii。
研究解决生物起源的Hfx。volcaniiS-layer糖蛋白也提供了洞察脂改性的重要性。代谢(³⁵S]脉冲追踪radiolabelling,连同ribosome-targeted抗生素的使用,茴香霉素,揭示了S-layer糖蛋白进行转译后的成熟一步质膜的外表面,反映了疏水性的增加和表观分子量的蛋白质(133年]。支持脂质修饰是负责S-layer糖蛋白成熟来自实验表明增长的存在(³H]甲羟戊酸导致radiolabel被纳入S-layer糖蛋白,mevinolin 3-HMG-CoA还原酶抑制剂(负责将乙酰辅酶a转化为甲羟戊酸),阻止了成熟的S-layer糖蛋白(132年]。
而且,这种脂质modification-based成熟并不发生在Mg的缺失^{2 +}(133年),所需维护haloarchaeal S-layer完整性(13,26]。随着Hbt。salinarumS-layer糖蛋白也经历了类似的lipid-based成熟一步(132年),这转译后的修改可能会共同S-layer糖蛋白在其他haloarchaea生源论。

产甲烷球菌属voltae和产甲烷球菌属maripaludis
表达的鞭毛蛋白m . voltae和m . maripaludis接受两个主要的转译后的修改必要的正确组装成鞭毛,即信号肽的乳沟和N-linked糖基化。信号肽酶基因的破坏或删除(批评)导致细胞不再能够组装鞭毛,剩下的未加工的鞭毛蛋白在细胞质膜(76年]。在的情况下m . maripaludis,这些细胞,然而,仍然piliated,自从IV型pilin-like蛋白质是由一个单独的处理prepilin peptidase-like酶,EppA [105年]。删除eppA在一个单元中已经删除防弹导致nonflagellated的外观和nonpiliated细胞(k . f . J。未发表的结果)。
早期研究指出,糖基化在鞭毛结构的重要作用产甲烷球菌属。当孵化与杆菌肽、糖基化的一个已知的抑制剂,产甲烷球菌属deltae细胞成为nonflagellated,伴随着鞭毛蛋白的表观分子量下降,暗示under-glycosylation [134年]。最近,在这两种m . voltae和m . maripaludis,结果表明:至少两个sugar-member多糖必须连接到正确的组装的鞭毛蛋白亚基蛋白到鞭毛丝(115年,116年]。删除N-glycosylation通路中的基因m . voltae和m . maripaludis结果在sds - page鞭毛蛋白亚基,迁移速度,增强相应的逐步迁移到截断的多糖的程度115年,116年]。运动性化验使用半固体琼脂表明菌株窝藏缺失的基因通路仍然能够组装鞭毛显示受损的游泳能力,相比细胞能够产生本机N-linked多糖(116年]。最后,删除单个基因,也就是说,MMP0350所必需的,分配作为乙酰转移酶生物合成的二糖m . maripaludisN-linked多糖,导致缺陷的鞭打和毛发生成。由于多糖包括只有一个糖在这种突变,这一事实细胞nonflagellated并不意外。然而,进一步检查发现,虽然这些突变体是一般nonpiliated,显然完整pili被发现在文化上层清液,表明一个缺陷在pili锚固发生(117年]。

9。结论

为研究焦点开始从基因组转移到蛋白质组,越来越清楚的是,众多的古细菌蛋白质转译后的经验修改(135年- - - - - -139年]。如这里所讨论的,特征明显的可用性蛋白质处理事件的记者,如haloarchaeal和methanoarchaeal S-layer糖蛋白和鞭毛蛋白,提供优秀的模型等研究试图解剖路径负责修改。连同其他记者蛋白质的识别,可以考虑问题相关的异质性与给定的修改,如微分或调制糖基化。此外,随着适当的发展在体外化验这些小说的记者,未来的努力可以解决的重要性转译后的修改功能的酶,稳定性等特征。

确认

j .为支持由以色列科学基金会(格兰特30/07)和美国陆军研究办公室(格兰特w911nf - 07 - 1 - 0260)。k . f .贾雷尔发现拨款支持加拿大自然科学和工程研究理事会(NSERC)。

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