Peptidylprolyl-Isomerase

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Einführung

Peptidylprolylisomerase (PPI) ist in prokaryotischen und eukaryotischen Zellen ubiquitär. Sie sind hauptsächlich verantwortlich für die Katalyse der cis-trans Isomerisierung der Peptidbindung N-terminal zu Prolin-Resten in der Polypeptidkette. Basierend auf der Arzneimittelspezifität kann PPI in drei verschiedene Kategorien unterteilt werden: Cyclosporin A (CsA) bindende Cyclophilin; FK506 bindendes Protein (FKBP); und Parvulin-ähnliche PPI, diese drei Typen von PPI unterscheiden sich auch in ihrer Struktur. Cyclophilin ist durch das Vorhandensein einer hydrophoben Tasche gekennzeichnet, die von einem achtsträngigen β-Fass gebildet wird, das an CsA bindet. FKBPs bestehen aus einem amphipathischen fünfsträngigen β-Faltblatt, mit einer einzelnen, kurzen α-Helix in der Mitte der Struktur. Mitglieder der Parvulin-Familie bestehen aus der Hälfte eines β-Fasses, und ihre vier antiparallelen Stränge sind von vier α-Helices umgeben. Derzeit wurde nachgewiesen, dass eukaryotische parvulin-ähnliche PPI für den Zellzyklusfortschritt unerlässlich sind, und es gibt zuverlässige Beweise, die parvulin-ähnliche PPI mit bestimmten Aspekten der Genregulation verbinden. In beiden Fällen scheinen sie in Zusammenarbeit mit Proteinkinasen zu arbeiten, um die Aktivität oder Stabilität von Schlüsselregulationskomponenten zu steuern.

Abbildung 1. Peptidyl-prolyl Isomerisation. Cis/trans Isomerisation der Peptidbindung (Pfeil) vor Prolin (in Rot) im Tripeptid pSer-Pro-Ala (Shaw, P.E. 2002)

Rollen der PPIs in Transkription und Genstilllegung

Die ersten Daten, die die Funktion von PPI mit der transkriptionalen Kontrolle verbinden, sind die, die Cyclophilinen bei der Regulation des cMyb-Proteins betreffen. Die intramolekulare Wechselwirkung zwischen der N-terminalen DNA-bindenden Domäne und der C-terminalen regulatorischen Domäne von cMyb hemmt dessen DNA-Bindung. In vitro Studien zu diesem hemmenden Effekt zeigen, dass er die Cyclophilin Cyp-40 erfordert und an der PPI-Aktivität beteiligt ist, da der hemmende Effekt durch CsA blockiert werden kann. Es wurde auch festgestellt, dass FKBP an Transkriptionsereignissen beteiligt ist, und die Assoziation des Interferon-regulierenden Faktors 4 (IRF-4) mit FKBP52 kann die DNA-Bindung auf eine Weise blockieren, die von der Aktivität der PPI abhängt. Der genetische Screen von Hefe, der an der prä-mRNA-Verarbeitung beteiligt ist, weist auf parvulin-ähnliche PPI in der Genexpression hin. Die Expression von Ess1 rettete zwei temperaturempfindliche Mutanten, die in der 3'-Endbildung defekt waren. Es wurde festgestellt, dass diese beiden Mutanten konservative Restsubstitutionen im PPI-Domänen von Ess1 aufwiesen, die die katalytische Aktivität des Proteins reduzierten. Es gibt wenig Beweise dafür, dass Pin1 direkt am Transkriptionsprozess von Wirbeltier-Zellen beteiligt ist. Tatsächlich ist in einer Studie, die in vitro Transkription und in vivo Assay umfasst, der einzige Beweis, dass Pin1 an der Hemmung der Bildung des Präinitiationskomplexes durch Juglone, ein Naphthoquinon mit fragwürdiger Spezifität für parvulin-ähnliche PPIs, beteiligt ist.

Pin1 wird auch durch WW-Domänen-Phosphorylierung reguliert

Pin1 selbst ist ein Substrat der Proteinkinase. Die Phosphorylierung von Ser16 in der WW-Domäne scheint auf zellzyklusabhängige Weise reguliert zu sein, sodass Zellen in G2/M unphosphoryliertes Pin1 enthalten. Da phosphoryliertes Pin1 oder Pin1-Mutanten, bei denen Ser16 durch Glutamat ersetzt wurde, nicht an mitotische Phosphoproteine binden können, wird spekuliert, dass die Phosphorylierung die Auswirkungen von Pin1 auf nukleare Proteine, die später im Zellzyklus phosphoryliert werden, begrenzen kann. Pin1-Kinase und Phosphatase wurden nicht eindeutig identifiziert. Die Konformation des Polypeptid-Rückgrats kann die anfängliche Phosphorylierungsrate des Ser-Pro-Motivs bestimmen. Zum Beispiel zeigt ERK2 eine klare Präferenz für die cis Form der Ser-Pro-Peptidbindung in kurzen Peptidsubstraten in vitro. Diese Erkenntnis zeigt, dass in einem Protein mit mehreren Ser-Pro/Thr-Pro-Motiven (wie Cdc25) das anfängliche Phosphorylierungsevent eine Reihe von abwechselnden Phosphorylierungs-Isomerisierungs-Schritten auslösen kann, von denen jeder ein weiteres Ziel für die Modifikation offenbart, um die gesamte konformationale Veränderung vorzuschreiben.

Zusätzlich kann die Konformation der peptidyl-prolyl-Bindung auch die Spezifität anderer Proteine beeinflussen, einschließlich anderer WW-Domänen-Proteine oder Proteinphosphatasen wie PP2A, die mit p Ser-Pro/ p Thr-Pro-Motiven interagieren, wodurch die Halbwertszeiten der Zielphosphoproteine beeinflusst werden.

Abbildung 2. Zwei-Schritt-Tag- und Drehmechanismus, der eine Proteinkinase und PPI umfasst (Shaw, P.E. 2002)