Siden sidst: Mange spændende artikler

Publiceret Januar 2005

Blandt periodens mange spændende artikler har vi denne gang valgt at give plads til et eksempel på redox reguleret aktivitet af et protein; en mekanisme, der stadigt hyppigere ses eksempler på og som udover det her beskrevne eksempel blandt andet omfatter aktivering af proteiner involveret i reparation af DNA skader, regulering af kerne/cytoplasmalokalisering af transkriptionsfaktorer samt reguleret binding af ubiquitin ligaser til deres specifikke substrater. 

Redox-reguleret enzym

α-Glucan, water dikinase (GWD): A plastidic enzyme with redox-regulated and coordinated catalytic activity and binding affinity

Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102: 1785-1790 (2005)
René Mikkelsen, Kudzai E. Mutenda, Alexandra Mant, Peter Schürmann, and Andreas Blennow, Den Kongelige Veterinær- og Landbohøjskole, Syddansk Universitet og Universite de Neuchatel (Schweiz)

Dannelsen af disulfid broer og cis-trans isomeriseringer af peptid bindinger ved en prolin rest opfattes ofte som et nødvendigt onde under foldningen af visse proteiner. Mange proteiner kan kun folde til deres korrekte native tilstand hvis deres peptid bindinger har den korrekte cis-trans isomeri, og andre proteiner er kun stabile hvis det korrekte disulfid mønster er tilstede. For at få disse processer til at foregå effektivt har cellen derfor udviklet enzymer – peptidyl cis-trans isomeraser og thiol-disulfid oxidoreductaser – der katalyserer henholdsvis cis-trans isomeriseringer og redox reaktioner for par af cystein rester.

Nyere forskning viser dog at billedet beskrevet ovenfor i mange tilfælde er for simpelt. Istedet for bare at være en hæmsko for foldning bliver den reversible dannelse af svovlbroer og peptid cis-trans isomeriseringer udnyttet til at regulere komplicerede cellulære processer. Og det et eksempel på denne type af regulering i enzymet ”α-Glucan, water dikinase” (GWD) fra kartofler som forskergruppen fra KVL beskriver i deres artikel i PNAS. GWD katalyserer phosphoryleringen af stivelse og er dermed er med til at regulere stivelsesmetabolismen. GWD findes i chloroplasterne og forskergruppen gav sig derfor til at undersøge om aktiviteten af GWD er lysreguleret ligesom andre chloroplast-regulerede enzymer. Disse enzymer reguleres nemlig blandt andet gennem en lys-reguleret elektron-transport, der overfører reducerende ækvivalenter til thiol-disulfid oxidoreductaser af thioredoxin-typen. Disse thioredoxiner katalyserer omdannelsen mellem cystein og cystin i enzymerne, hvis aktiviteter igen er afhængige af redox tilstanden af disse aminosyrer. Forskergruppen viser derfor at GWD kun er aktiv i sin reducerede (dithiol) form, mens den oxiderede (disulfid) form ikke er aktiv. Ved en kombination af peptid-mapping og mutations analyse viser de tydeligt hvordan det er et aminosyre sekvensen CFATC, der står for den reversible regulering af GWD. Denne sekvens findes i en række homologer af kartoffel GWD, og det er derfor sandsynligt at også disse proteiner reguleres på samme måde. Ydermere viser de at thioredoxiner kan katalysere reduktionen af GWD og dermed aktivere enzymet. Overraskende finder de at GWD er lokaliseret forskelligt i plantecellerne alt efter om det er i den aktive (reducerede) form eller i den inaktive (oxiderede) form. Mens den aktive form findes frit i opløsning findes den inaktive form bundet til stivelseskorn i kartoflerne, omend mekanismen for denne forskel i lokalisering er uklar.

Resultaterne i artiklen er derfor endnu et eksempel på at svovl-broer i proteiner kan meget mere end bare at stabilisere det native protein. Ikke alene kan den reversible omdannelse mellem en oxideret og en reduceret form regulere aktiviteten af enzymet, den kan også påvirke bindingen til andre makromolekyler og dermed lokaliseringen. Det bliver interessant at forstå de strukturelle mekanismer der ligger bag denne reguleringsmekanisme.

Andre artikler

Nucleolar proteome dynamics

Nature 433, 77 - 83 (2005)
Jens S. Andersen, Yun W. Lam, Anthony K. L. Leung, Shao-En Ong, Carol E. Lyon, Angus I. Lamond, Matthias Mann. Syddansk Universitet, Odense; University of Dundee,  UK; Massachusetts Institute of Technology, USA.

The cell-cycle checkpoint kinase Chk1 is required for mammalian homologous recombination repair

Nature Cell Biology  7, 195 – 201 (2005)
Claus Storgaard Sørensen, Lasse Tengbjerg Hansen, Jaroslaw Dziegielewski, Randi G. Syljuåsen, Cecilia Lundin, Jiri Bartek, Thomas Helleday. Kræftens Bekæmpelse; Københavns Universitet; Stockholm Universitet, Sverige; University of Sheffield, UK.

Identification of the versatile scaffold protein RACK1 on the eukaryotic ribosome by cryo-EM

Nat Struct Mol Biol. 11, 957-62 (2004)
Sengupta J, Nilsson J, Gursky R, Spahn CM, Nissen P, Frank J. Aarhus Universitet; Health Research Inc, New York, USA; Howard Hughes Medical Institute, New York, USA; State University of New York at Albany, USA; Humboldt Universität zu Berlin, Tyskland.

Dephosphorylation of the Calcium Pump Coupled to Counterion Occlusion

Science 306: 2251-2255 (2004)
Claus Olesen, Thomas Lykke-Møller Sørensen, Rikke Christina Nielsen, Jesper Vuust Møller, and Poul Nissen. Aarhus Universitet.

Human Asf1 Regulates the Flow of S Phase Histones during Replicational Stress

Molecular Cell 17: 301-311 (2005)
Anja Groth, Dominique Ray-Gallet, Jean-Pierre Quivy, Jiri Lukas, Jiri Bartek, Geneviève Almouzni. Kræftens Bekæmpelse; Institut Curie, Paris, Frankrig.

Uncovering transcriptional regulation of metabolism by using metabolic network topology

PNAS 102: 2685-2689 (2005)
Kiran Raosaheb Patil, Jens Nielsen. Danmarks Tekniske Universitet.

Metabolic engineering of dhurrin in transgenic Arabidopsis plants with marginal inadvertent effects on the metabolome and transcriptome

PNAS 102: 1779-1784 (2005)
Charlotte Kristensen, Marc Morant, Carl Erik Olsen, Claus T. Ekstrøm, David W. Galbraith, Birger Lindberg Møller, Søren Bak. Den Kongelige Veterinær- og Landbohøjskole; University of Arizona, USA.