Construção de uma subunidade

Scientific Reports volume 6, Artigo número: 19183 (2016) Citar este artigo

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Metalochaperonas são proteínas de ligação a metais projetadas para fornecer o metal apropriado a uma proteína alvo. O metal geralmente é transferido entre diferentes proteínas. Neste estudo, descobrimos que o metal foi transferido entre a mesma subunidade de uma nitrila hidratase mutante (NHase). Várias “proteínas ativadoras” medeiam o tráfego de íons metálicos para NHases. Construímos NHases de fusão fundindo as subunidades β e α e/ou as “proteínas ativadoras” da NHase de Pseudomonas putida. As NHases de fusão exibiram maior termoestabilidade e tolerância a altas concentrações do produto amida. O mecanismo de incorporação de cobalto mudou de um padrão de troca de subunidades próprias para um padrão de chaperona molecular específico de apoproteína in vivo e um padrão de metalochaperona in vitro. Notavelmente, a transferência de cobalto ocorreu entre a mesma subunidade α no padrão metalochaperona. Estes resultados não apenas demonstraram a superioridade das NHases do tipo fusão, mas também revelaram um padrão inovador de transferência de íons metálicos na biossíntese de metaloproteínas.

As metaloproteínas têm sido intensamente caracterizadas há décadas e mais de um terço de todas as proteínas são metaloproteínas1. As funções mediadas por íons metálicos nas proteínas incluem transferência de elétrons, transporte de oxigênio, regulação gênica e estabilização de estrutura2. Vários mecanismos gerais de biossíntese de metalocentros foram relatados em uma revisão3; um deles é a entrega de metalochaperona de um íon metálico ou moléculas contendo metal. Metalochaperonas são proteínas de ligação a metais projetadas para fornecer o íon metálico apropriado ou moléculas contendo metal a uma proteína alvo. A proteína alvo e a metalochaperona são geralmente proteínas diferentes e a proteína alvo exibe especificidade do ligante e mais afinidade pelo íon metálico.

A nitrila hidratase (NHase, EC 4.2.1.84)4 é uma enzima que catalisa a hidratação de uma ampla gama de nitrilas nas amidas correspondentes5. A enzima é composta por subunidades α e β e contém um ferro não-heme (Fe-NHase)6 ou um cobalto não-corrina (Co-NHase)7,8. O tráfego de íons metálicos para NHases é mediado pelas correspondentes “proteínas ativadoras”9. Demonstrou-se que os ativadores para Fe-NHases atuam como metalochaperonas , enquanto as “proteínas ativadoras” atuam como “acompanhantes de troca de subunidades próprias” para incorporação de cobalto na maioria das Co-NHases .

A troca de auto-subunidades é uma das etapas de maturação pós-tradução da família Co-NHase . A proteína ativadora existe como um complexo com a subunidade α da NHase e a incorporação de cobalto na NHase depende da troca da subunidade α entre a subunidade α livre de cobalto da NHase e a subunidade α do complexo contendo cobalto . A troca de auto-subunidades é bastante diferente dos mecanismos gerais atualmente conhecidos de biossíntese de metalocentros9,11,13, que foram relatados em uma revisão de Kuchar e Hausinger3, como segue: (i) ligação reversível de íons metálicos; (ii) entrega de metalochaperona de um íon metálico ou cofator; (iii) modificação pós-tradução criando um sítio de ligação ao metal; (iv) ligação sinérgica de um metal com outro componente; (v) síntese de cofatores contendo metais; (vi) incorporação metálica acoplada à transferência de elétrons; e (vii) exigência de um acompanhante molecular específico para apoproteína e assim por diante . A troca de auto-subunidades foi descoberta pela primeira vez na L-NHase de Rhodococcus rhodochrous J19 e posteriormente, na H-NHase da mesma cepa e especula-se que ocorra em várias outras Co-NHases e em uma enzima da família NHase, a tiocianato hidrolase, que também contém um centro único de cobalto não-corrina com dois ligantes de cisteína modificados pós-tradução . “Acompanhantes de troca de subunidades próprias” exibem uma função proteica surpreendente em contraste com metalochaperonas na biossíntese de metalocentro e chaperonas moleculares no dobramento de proteínas .