ParM

ParM
ParM급
식별자
기호?
PfamPF06406
인터프로IPR042051
SCOP21mwm / SCOPe / SUPFAM
CDDCD10227

ParM은 R1 플라스미드의 복사본을 사이토키네시스 이전에 로드 모양의 박테리아의 반대쪽 끝으로 구동시키는 힘을 제공하는 원핵 액틴 호몰로뉴이다[1].

ParM은 R1 플라스미드의 DNA로 암호화되어 있고 숙주세포의 리보솜에 의해 제조된 단층체다. 세포질에서 그것은 ParR에 결합하거나 가수 분해하는 짧은 가닥을 형성하는 자연적으로 중합된다. ParR은 ParM을 안정시키고 그것이 가수분해되는 것을 방지한다. 일단 양쪽 끝에서 ParR에 의해 구속되면, 모노머 유닛은 ParM의 끝에 계속 부착되며, 그 결과 발생하는 반응은 R1 플라스미드를 세포의 반대쪽 끝으로 밀어낸다.[2] 다른 박테리아 플라스미드의 ParMs는 두 가닥 또는[3][4] 네[5] 가닥으로 구성된 놀라울 정도로 다양한 나선 구조를 형성하여 충실한 플라스미드 유산을 유지할 수 있다.

액션

시험관내에서는 ParM 모노머가 ATP와 GTP로 중합되는 것이 관찰되었지만, Popp 외 연구진의 실험은 반응이 GTP를 "프리퍼"하며 GTP가 세포에서 중요한 기여를 할 가능성이 가장 높은 뉴클레오티드라는 것을 나타낸다.[6] 많은 실험이 ATP 대신 ATP를 사용했음에도 불구하고 이 글의 나머지 부분에 대해 GTP는 활성 뉴클레오티드로 가정될 것이다.

ParM은 중합하면서 GTP를 결합하고 가수 분해한다. 현재의 지배적인 믿음은 ParM 폴리머 스트랜드의 끝단에 GTP의 "캡"이 요구되어 그것들이 가수 분해되는 것을 방지한다. 부착 후 ParM 유닛에 의해 GTP가 가수 분해되지만, 플라스미드를 구동하는 에너지는 GTP 가수분해에서 방출되는 에너지가 아니라 ParM 단량체 농도의 Gibbs 자유 에너지에서 유래된 것으로 생각된다. ParM 모노머와 폴리머의 농도는 부착이 발생하는 끝부분에서 평형을 유지하여 GTP 농도와 무관하게 반응이 진행되도록 해야 한다.

일단 ParM이 플라스미드를 세포의 반대쪽 끝으로 밀어넣으면, 폴리머는 빠르게 고화하여 모노머 단위를 세포질로 되돌린다.[7]

구조

ParM 단위는 GTP 뉴클레오티드를 결합하기 전에 작동하지 않는다. 일단 GTP가 구속되면 성장하는 필라멘트 끝에 부착할 수 있다. 부착 후 어느 시점에 ParM은 GTP를 가수분해하여 GDP가 되며 폴리머 가닥이 그대로 유지되는 한 ParM 서브유닛에 남아 있다. ParM은 왼손 나선 구조를 형성한다.[6]

가너와 캠벨의 연구에 따르면 ParM Strand의 끝에 있는 유닛은 폴리머의 안정성을 유지하기 위해 GTP를 결합해야 한다. 만약 끝 중 하나가 GDP 바운드 버전을 가지고 있다면 폴리머 스트랜드가 그것의 구성 단위의 단량체로 매우 빠르게 분해된다. 이는 ADP 결합 끝을 노출하는 성장하는 ParM 폴리머 가닥을 절단한 실험에서 제안된다. 일단 가닥을 자르면 빠르게 가수분해된다.[7]

동적 불안정성

동적 불안정성은 지속적인 연장과 빠른 단축의 단계들 사이에서 폴리머의 전환으로 설명된다. 이 과정은 진핵 미세관 기능에 필수적이다. ParM에서는 동적 불안정성 "구제" 또는 단축 단계부터 연장 단계까지의 스위치는 거의 관찰되지 않았으며, 오직 ATP 뉴클레오티드를 사용할 때만 관찰되었다. Unbound ParM 필라멘트는 ParM 모노머 농도가 2μM 이상일 때 일반적으로 평균 길이가 1.5~2μm인 것으로 확인된다. ParM과 진핵 미세관의 동적 불안정성은 수렴 진화의 한 예라고 생각된다.[8] L ParM은 세포질에 존재할 때 자연적으로 짧은 고분자 세그먼트를 형성한다. 이러한 세그먼트는 R1 플라스미드를 매우 효율적으로 "검색"하는 역할을 하며, 또한 중합에 대한 ParM 모노머 유닛의 양호한 농도를 유지한다.[6]

참조

  1. ^ Gunning PW, Ghoshdastider U, Whitaker S, Popp D, Robinson RC (June 2015). "The evolution of compositionally and functionally distinct actin filaments". Journal of Cell Science. 128 (11): 2009–19. doi:10.1242/jcs.165563. PMID 25788699.
  2. ^ Hoischen C, Bussiek M, Langowski J, Diekmann S (February 2008). "Escherichia coli low-copy-number plasmid R1 centromere parC forms a U-shaped complex with its binding protein ParR". Nucleic Acids Research. 36 (2): 607–15. doi:10.1093/nar/gkm672. PMC 2241845. PMID 18056157.
  3. ^ Popp D, Xu W, Narita A, Brzoska AJ, Skurray RA, Firth N, et al. (March 2010). "Structure and filament dynamics of the pSK41 actin-like ParM protein: implications for plasmid DNA segregation". The Journal of Biological Chemistry. 285 (13): 10130–40. doi:10.1074/jbc.M109.071613. PMC 2843175. PMID 20106979.
  4. ^ Popp D, Narita A, Ghoshdastider U, Maeda K, Maéda Y, Oda T, et al. (April 2010). "Polymeric structures and dynamic properties of the bacterial actin AlfA". Journal of Molecular Biology. 397 (4): 1031–41. doi:10.1016/j.jmb.2010.02.010. PMID 20156449.
  5. ^ Popp D, Narita A, Lee LJ, Ghoshdastider U, Xue B, Srinivasan R, et al. (June 2012). "Novel actin-like filament structure from Clostridium tetani". The Journal of Biological Chemistry. 287 (25): 21121–9. doi:10.1074/jbc.M112.341016. PMC 3375535. PMID 22514279.
  6. ^ a b c Popp D, Narita A, Oda T, Fujisawa T, Matsuo H, Nitanai Y, et al. (February 2008). "Molecular structure of the ParM polymer and the mechanism leading to its nucleotide-driven dynamic instability". The EMBO Journal. 27 (3): 570–9. doi:10.1038/sj.emboj.7601978. PMC 2241650. PMID 18188150.
  7. ^ a b Garner EC, Campbell CS, Weibel DB, Mullins RD (March 2007). "Reconstitution of DNA segregation driven by assembly of a prokaryotic actin homolog". Science. 315 (5816): 1270–4. Bibcode:2007Sci...315.1270G. doi:10.1126/science.1138527. PMC 2851738. PMID 17332412.
  8. ^ Garner EC, Campbell CS, Mullins RD (November 2004). "Dynamic instability in a DNA-segregating prokaryotic actin homolog". Science. 306 (5698): 1021–5. Bibcode:2004Sci...306.1021G. doi:10.1126/science.1101313. PMID 15528442. S2CID 14032209.