코일 코일

Coiled coil
다른 용도는 코일(동음이의)을 참조하십시오.
그림 1: 코일 코일의 전형적인 예로는 GCN4 레우신 지퍼(PDB 접근 코드 1zik)가 있는데, 이 지퍼는 평행한 왼손 호모디머이다.그러나 다른 많은 종류의 코일 코일이 존재한다.

코일(coiled coil)은 2~7개의[1] 알파헬리콥이 밧줄의 가닥처럼 함께 꼬여 있는 단백질에서 구조적인 모티브를 이룬다. (다이머와 트리머가 가장 흔한 유형이다.)많은 코일형 단백질은 유전자 발현 조절과 같은 중요한 생물학적 기능(예: 전사 요인)에 관여한다.주목할 만한 예로는 종단백질인 c-Fos와 c-Jun과 근육단백질인 트로포미오신 등이 있다.null

디스커버리

α-케라틴의 코일 가능성은 처음에는 다소 논쟁의 여지가 있었다.리너스 폴링과 프란시스 크릭은 독립적으로 이것이 거의 동시에 가능하다는 결론에 도달했다.1952년 여름, 폴링은 크릭이 일하는 영국의 연구소를 방문했다.폴링과 크릭은 만나서 다양한 주제에 대해 이야기 했다; 어느 순간, 크릭은 폴링이 "코일 코일"을 고려했는지를 물었다. (크릭은 그 용어를 생각해냈다) 폴링이 말했다.폴링은 미국으로 돌아오자마자 이 주제에 대한 연구를 재개했다.그는 코일 코일이 존재한다고 결론지었고, 10월에 네이처지에 장문의 원고를 제출했다.Pauling의 아들 Peter Pauling은 Crick과 같은 연구소에서 일했고, 그에게 그 보고서를 언급했다.크릭은 폴링이 자신의 생각을 도용했다고 믿었고, 폴링의 원고가 도착한 지 며칠 후 더 짧은 쪽지를 네이처에 제출했다.결국 크릭의 연구소는 일부 논란과 잦은 서신 왕래가 있은 후, 이 아이디어는 양쪽 연구자에 의해 독자적으로 도달했으며, 지적 도용은 일어나지 않았다고 선언했다.[2]크릭은 노트(길이가 짧아 먼저 발표)에서 코일 코일(Coiled Coil)과 그 구조를 결정하는 수학적 방법을 제안했다.[3]놀랍게도 이는 1951년 리누스 폴링과 동료들에 의해 알파 나선의 구조가 제안된 직후였다.[4]이 연구들은 케라틴 서열에 대한 지식이 없는 상태에서 발표되었다.최초의 케라틴 염기서열은 1982년 하누코글루와 푸치에 의해 결정되었다.[5][6]null

시퀀스 및 이차 구조 예측 분석에 기초하여 케라틴의 코일 영역을 식별했다.[6]이러한 모델은 케라틴의 코일 영역 구조 분석을 통해 확인되었다.[7]null

분자구조

코일 처리된 코일은 일반적으로 헵타드 반복이라고 하는 소수성(h)과 충전된 (c) 아미노산 잔류물의 반복 패턴인 hxxhcxc를 포함한다.[8]헵타드 반복에 있는 위치는 대개 abcdefg라는 레이블이 붙는데, 여기서 a와 d는 소수성 위치로서 종종 이솔레우신, 류신 또는 발레린에 의해 점유된다.이런 반복 패턴의 수열을 알파헬리컬 2차 구조로 접으면 소수성 잔여물이 왼손 방식으로 나선 주위를 부드럽게 감아 암페타틱 구조를 형성하는 '스트라이프'로 나타나게 된다.그러한 나선형 두 개가 세포질의 수분이 가득 찬 환경에서 스스로를 정리하는 가장 유리한 방법은 소수성 아미노산 사이에 끼어 있는 소수성 가닥을 서로 감싸는 것이다.따라서 과점화의 열역학적 추진력을 제공하는 것이 소수성 표면의 매장이다.코일 코일 인터페이스의 패킹은 a와 d 잔여물의 측면 체인 사이에 거의 완전한 반 데르 발스와의 접촉으로 매우 단단하다.이 팽팽한 패킹은 원래 프랜시스[3] 크릭이 1952년에 예측한 것으로, 구멍 패킹에 노브스라고 한다.null

α-헬리크는 평행 또는 반병렬일 수 있으며, 보통 왼손잡이 슈퍼 코일을 채택한다(그림 1).비록 바람직하지 않지만, 몇몇 오른손 코일 코일은 자연과 설계된 단백질에서도 관찰되었다.[9]null

생물학적 역할

HIV 감염에 대한 역할

HIV를 대상 셀에 입력하기 시작하는 gp41 헥사머의 측면도.

CD4 양성세포로의 바이러스 유입은 당단백질 120(gp120)의 3개 서브유닛이 CD4 수용체와 코어셉터에 결합하면 시작된다.당단백질 gp120은 반 데르 발스 상호작용을 통해 gp41의 트리머와 밀접한 관련이 있다.CD4 수용체 및 코어셉터에 gp120을 바인딩한 후, 구조물의 여러 가지 순응적 변화는 gp120의 분리와 gp41의 노출을 유발하며 동시에 gp41 N단자 융접 펩타이드 시퀀스를 숙주 셀에 고정시킨다.스프링이 장착된 메커니즘은 바이러스 및 세포막을 융합할 수 있을 정도로 근접하게 만드는 역할을 한다.스프링 장착 메커니즘의 기원은 노출된 gp41 안에 있으며, 단백질 N 종단부에서 퓨전 펩타이드에 이어 두 번의 연속 헵타드 반복(HR1 및 HR2)을 포함하고 있다.HR1은 HR2 영역이 코일 위에 평행한 트리머 코일 코일을 형성하여 트리머-of-Hairpin(또는 6-helix 번들) 구조를 형성함으로써 막이 서로 가까이 접근하여 막 융합을 촉진한다.그리고 나서 그 바이러스는 세포로 들어가서 복제를 시작한다.최근에는 GP41에서 Fuzeon(DP178, T-20) Bind와 HR1 영역에 결합하는 등 HR2에서 파생되는 억제제가 개발되고 있다.그러나 HR1에서 도출된 펩타이드의 경우 이러한 펩타이드들이 용액에 응집되는 경향이 있기 때문에 바이러스 억제효과는 거의 없다.GCN4 레우신 지퍼와 함께 이러한 HR1 유래 펩타이드의 키메라가 개발되어 푸젠보다 활동성이 높은 것으로 나타났으나 아직 클리닉에 들어가지 않았다.null

과점 태그로 지정

그들의 특정한 상호작용 때문에 코일 코일은 특정한 과점 상태를 안정시키거나 강제하기 위한 "태그"로 사용될 수 있다.[10]BBSome의 BBS2와 BBS7 하위 단위의 과점화를 추진하기 위해 코일 교호작성된 코일 상호작용은 BBSome의 BBS2와 BBS7 서브유닛의 과점화를 촉진한다.[11] [12]

디자인

아미노산 시퀀스(일명 단백질 폴딩 문제)를 부여했을 때 단백질의 접힌 구조를 결정하는 일반적인 문제는 해결되지 않았다.그러나 코일형 코일은 비교적 적은 수의 접기 모티브 중 하나로서, 수열과 최종 접힌 구조물의 관계가 비교적 잘 이해된다.[13][14]Harbury 등은 펩타이드 순서가 과두 상태에 영향을 미치는 방법(즉, 최종 조립체에서 알파헬리크의 수)을 지배하는 규칙이 확립된 원형 코일 GCN4를 사용하여 획기적인 연구를 수행했다.[15][16]GCN4 코일(coiled coil)은 평행인 31-아미노산(즉, 두 개의 알파-헬리크로 구성됨) 코일(i, 단문자 코일로 구성됨)이며, 각각 a 및 d 위치에 이솔루신(i, 단문자 코일로 구성됨)과 류신(L)이 반복적으로 있으며, 아미노 코일 코일 코일을 형성한다.a와 d 위치에 있는 아미노산이 a의 I와 l의 I에서 a의 I로, d의 I로 바뀌었을 때 trimeric (3개의 알파-헬리스크) 코일 코일이 형성되었다.나아가 L의 위치를 a로, I에서 d로 바꾸면 사선(알파헬리 4개) 코일(코일)이 형성된다.이것들은 코일 과점 상태를 결정하기 위한 일련의 규칙을 나타내며, 과학자들이 과점 행동을 효과적으로 "접속"할 수 있도록 한다.적어도 조광 코일 코일의 경우 비교적 잘 이해되는 코일 어셈블리의 또 다른 측면은 코일 코일의 평행 조립에 힘을 가하는 위치에 극성 잔류물(특히 아스파라긴, N)을 배치하는 것이다.이 효과는 이러한 잔류물들 사이의 자가 보완 수소 결합에 기인하는데, 예를 들어 N이 반대 나선의 L과 짝을 이룬다면 만족하지 못할 것이다.[17]null

코일 코일은 랑타니드(III) 이온을 템플릿으로 사용해 자체 조립해 새로운 영상제를 만들 수 있다는 것이 최근 피코크, 피크라메노우, 동료들에 의해 입증됐다.[18]null

참조

  1. ^ Liu J, Zheng Q, Deng Y, Cheng CS, Kallenbach NR, Lu M (Oct 2006). "A seven-helix coiled coil". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103 (42): 15457–62. Bibcode:2006PNAS..10315457L. doi:10.1073/pnas.0604871103. PMC 1622844. PMID 17030805.
  2. ^ Hager, Thomas. "Narrative 43, Coils Upon Coils". Linus Pauling and the Structure of Proteins. Oregon State University Special Collections and Archives Research Center. Retrieved May 15, 2013.
  3. ^ a b Crick FH (Nov 1952). "Is alpha-keratin a coiled coil?". Nature. 170 (4334): 882–3. Bibcode:1952Natur.170..882C. doi:10.1038/170882b0. PMID 13013241. S2CID 4147931.
  4. ^ Pauling L, Corey RB, Branson HR (Apr 1951). "The structure of proteins; two hydrogen-bonded helical configurations of the polypeptide chain". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 37 (4): 205–11. Bibcode:1951PNAS...37..205P. doi:10.1073/pnas.37.4.205. PMC 1063337. PMID 14816373.
  5. ^ Hanukoglu I, Fuchs E (Nov 1982). "The cDNA sequence of a human epidermal keratin: divergence of sequence but conservation of structure among intermediate filament proteins". Cell. 31 (1): 243–52. doi:10.1016/0092-8674(82)90424-X. PMID 6186381. S2CID 35796315.
  6. ^ a b Hanukoglu I, Fuchs E (Jul 1983). "The cDNA sequence of a Type II cytoskeletal keratin reveals constant and variable structural domains among keratins". Cell. 33 (3): 915–24. doi:10.1016/0092-8674(83)90034-X. PMID 6191871. S2CID 21490380.
  7. ^ Hanukoglu I, Ezra L (Jan 2014). "Proteopedia entry: coiled-coil structure of keratins". Biochemistry and Molecular Biology Education. 42 (1): 93–4. doi:10.1002/bmb.20746. PMID 24265184. S2CID 30720797.
  8. ^ Mason JM, Arndt KM (Feb 2004). "Coiled coil domains: stability, specificity, and biological implications". ChemBioChem. 5 (2): 170–6. doi:10.1002/cbic.200300781. PMID 14760737. S2CID 39252601.
  9. ^ Harbury PB, Plecs JJ, Tidor B, Alber T, Kim PS (Nov 1998). "High-resolution protein design with backbone freedom". Science. 282 (5393): 1462–7. doi:10.1126/science.282.5393.1462. PMID 9822371.
  10. ^ Deiss S, Hernandez Alvarez B, Bär K, Ewers CP, Coles M, Albrecht R, Hartmann MD (June 2014). "Your personalized protein structure: Andrei N. Lupas fused to GCN4 adaptors". Journal of Structural Biology. 186 (3): 380–5. doi:10.1016/j.jsb.2014.01.013. PMID 24486584.
  11. ^ Chou, Hui-Ting; Apelt, Luise; Farrell, Daniel P.; White, Susan Roehl; Woodsmith, Jonathan; Svetlov, Vladimir; Goldstein, Jaclyn S.; Nager, Andrew R.; Li, Zixuan; Muller, Jean; Dollfus, Helene; Nudler, Evgeny; Stelzl, Ulrich; DiMaio, Frank; Nachury, Maxance V.; Walz, Thomas (3 September 2019). "The Molecular Architecture of Native BBSome Obtained by an Integrated Structural Approach". Structure. 27 (9): 1384–1394. doi:10.1016/j.str.2019.06.006. PMC 6726506. PMID 31303482.
  12. ^ Ludlam, WG; Aoba, T; Cuéllar, J; Bueno-Carrasco, MT; Makaju, A; Moody, JD; Franklin, S; Valpuesta, JM; Willardson, BM (17 September 2019). "Molecular architecture of the Bardet-Biedl syndrome protein 2-7-9 subcomplex". The Journal of Biological Chemistry. 294 (44): 16385–16399. doi:10.1074/jbc.RA119.010150. PMC 6827290. PMID 31530639.
  13. ^ Bromley EH, Channon K, Moutevelis E, Woolfson DN (Jan 2008). "Peptide and protein building blocks for synthetic biology: from programming biomolecules to self-organized biomolecular systems". ACS Chemical Biology. 3 (1): 38–50. doi:10.1021/cb700249v. PMID 18205291.
  14. ^ Mahrenholz CC, Abfalter IG, Bodenhofer U, Volkmer R, Hochreiter S (May 2011). "Complex networks govern coiled-coil oligomerization--predicting and profiling by means of a machine learning approach". Molecular & Cellular Proteomics. 10 (5): M110.004994. doi:10.1074/mcp.M110.004994. PMC 3098589. PMID 21311038.
  15. ^ Harbury PB, Zhang T, Kim PS, Alber T (Nov 1993). "A switch between two-, three-, and four-stranded coiled coils in GCN4 leucine zipper mutants". Science. 262 (5138): 1401–7. Bibcode:1993Sci...262.1401H. doi:10.1126/science.8248779. PMID 8248779. S2CID 45833675.
  16. ^ Harbury PB, Kim PS, Alber T (Sep 1994). "Crystal structure of an isoleucine-zipper trimer". Nature. 371 (6492): 80–3. Bibcode:1994Natur.371...80H. doi:10.1038/371080a0. PMID 8072533. S2CID 4319206.
  17. ^ Woolfson, DN (2005). "The design of coiled-coil structures and assemblies". Adv. Protein. Chem. Advances in Protein Chemistry. 70 (4): 79–112. doi:10.1016/S0065-3233(05)70004-8. ISBN 9780120342709. PMID 15837514.
  18. ^ Berwick MR, Lewis DJ, Jones AW, Parslow RA, Dafforn TR, Cooper HJ, Wilkie J, Pikramenou Z, Britton MM, Peacock AF (Jan 2014). "De novo design of Ln(III) coiled coils for imaging applications". Journal of the American Chemical Society. 136 (4): 1166–9. doi:10.1021/ja408741h. PMC 3950886. PMID 24405157.

추가 읽기

외부 링크

코일 관련 소프트웨어

예측, 탐지 및 시각화

데이터베이스

  • 스피리코일은 단백질 영역 주석을 사용하여 코일 코일 존재와 완전히 서열화된 모든 유기체의 과두 상태를 예측한다.
  • CC+는 PDB에서 발견된 코일 코일의 관계형 데이터베이스임
  • 전문적으로 큐레이션된 SCOP 코일 코일 클래스에 기반하여 완전히 시퀀싱된 모든 생물에 대한 SUPERFY 단백질 도메인 주석