Белок, который был собран на рибосоме, редко является готовым продуктом. Часто его нужно «доводить до ума», это называется «посттрансляционная модификация».
Один из способов посттрансляционной модификации — присоединение остатков фосфорной кислоты (фосфорилирование). Фосфорилируются остатки аминокислот (серин, треонин, тирозин). Ферменты, которые занимаются фосфорилированием, называются протеинкиназы.
Фосфорилирование меняет заряд белковой молекулы и тем самым приводит к изменению конформации белка. А конформация — форма белка в пространстве — имеет ключевое значение для того, передаст ли гормон сигнал клетке, проведёт ли фермент биохимическую реакцию.
Существуют семейства белков, которые узнают определённые участки фосфорилированных белков и взаимодействуют с ними. Одно из таких семейств — белки 14-3-3.
Белки 14-3-3 есть практически во всех эукариотических клетках. Проще говоря, во всех организмах, кроме бактерий и вирусов. Почти у каждого вида есть как минимум 2 изоформы белка. Вероятно, только у гриба Candida albicans и простейшего Dictyostelium discoideum имеется по одной изоформе.
История открытия
Белки 14-3-3 были обнаружены в 1967 году, когда пытались систематизировать белки нервной ткани. Они составляли более 1% протеома. Своё название получили по номеру фракции при ионообменной хроматографии экстракта головного мозга крупного рогатого скота и по положению белков при электрофорезе в крахмальном геле.
В 1987 году было обнаружено, что белки 14-3-3 активируют ключевые ферменты синтеза серотонина и катехоламинов — триптофан- и тирозинмонооксигеназы. Я на них как раз и наткнулась, когда читала о синтезе мелатонина.
В 1995 году была установлена трёхмерная структура дзета- и тета-изоформ белков 14-3-3 млекопитающих.
Зачем нужны белки 14-3-3
Описано более 300 белков-мишеней, с которыми взаимодействуют белки 14-3-3.
У человека больше всего белков 14-3-3 обнаружено в головном мозге и кишечнике. Меньше всего — в почках. Все 7 изоформ есть в роговице и слизистой оболочке глаза, изоформы дзета и гамма — в слёзной жидкости.
Белки 14-3-3 вездесущи. Они контролируют:
- апоптоз (запрограммированную гибель клеток);
- клеточный цикл;
- деление клетки;
- транскрипцию (считывание информации с ДНК);
- репликацию (удвоение ДНК);
- функцию ионных каналов;
- организацию цитоскелета;
- участвуют в синтезе серотонина и катехоламинов.
Строение и характеристики
Белки 14-3-3 существуют в виде димеров, такая структура нужна для нормального функционирования белка. Мономеры белка могут легко обмениваться, таким образом возможно образование гомо- и гетеродимеров белка. Дестабилизация димеров ослабляет их взаимодействие с мишенями (Raf киназа, белок p53).
Классификация белков 14-3-3 у человека
Изоформы отличаются друг от друга по структуре коротких вариабельных участков, каждая изоформа кодируется отдельным геном. Существуют также много псевдогенов, которые не участвуют в экспрессии функциональных белков.
В тканях человека обнаружены 7 изоформ белков 14-3-3:
- альфа — это на самом деле фосфорилированная по Ser184 бета-изоформа;
- бета (ген на 20 хромосоме);
- гамма (ген на 7 хромосоме);
- дельта — не отличима от фосфорилированной по Ser184 дзета-изоформы;
- эпсилон (ген на 17 хромосоме, псевдогены на 2 и 7 хромосомах);
- эта (ген на 22 хромосоме);
- сигма (ген на 1 хромосоме, псевдоген повторяется более 1 раза);
- тау/тэта (ген на 2 хромосоме);
- дзета — та же дельта (ген на 8 хромосоме, псевдогены на 5, 6, 9, 11, 15 хромосомах).
Псевдогены — это тема отдельной статьи. Проще говоря, этот ген не работает. Но очень редко в процессе эволюции псевдоген «просыпается». Эти псевдогены, вероятно, получились из-за ретровирусов. У ретровирусов есть фермент обратная транскриптаза, она синтезирует ДНК на базе РНК.
Обратная транскриптаза на базе мРНК 14-3-3 могла сформировать фрагмент ДНК, который встроился в ДНК. Однако такой ген не будет «рабочим», это псевдоген.
Эволюция
Белки 14-3-3 разных видов похожи друг на друга. Например дзета-изоформа шпорцевой лягушки Xenopus tropicalis и человека гомологичны (похожи) примерно на 90%.
Также дзета-изоформа человека на 82% совпадает по своей последовательности со своим гомологом из тутового шелкопряда Bombyx mori и на 81% с аналогичной формой дрозофилы.
Омега изоформа из растения Arabidopsis thaliana и его ближайший гомолог человека идентичны на 75%.
