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3.4:

Conservazione dei domini proteici tra proteine diverse

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Molecular Biology
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Conservation of Protein Domains Over Different Proteins

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Un dominio proteico è una sezione autonoma di una proteina capace di ripiegarsi in modo indipendente, nella sua struttura tridimensionale. Esistono modalità limitate in cui i domini proteici possono ripiegarsi, poiché alcune disposizioni tridimensionali specifiche come eliche alfa, fogli beta, e anse sono più energeticamente più favorevoli di altri. Esistono decine di migliaia di proteine diverse, ma ci sono meno di 1, 500 domini conosciuti, perché domini simili appaiono in molte proteine.Le proteine con sequenze amminoacidiche corte probabilmente avranno un solo dominio, ma la maggior parte delle proteine contiene domini multipli con funzioni distinte. I domini multipli di una proteina lavorano insieme per permetterle di svolgere il suo ruolo. Spesso un dominio agisce per regolare la funzione di un altro dominio;ad esempio, quando un ligando si lega al dominio legante il ligando di un recettore, ciò può innescare la funzione enzimatica del dominio catalitico da potenziare.I domini proteici si sono evoluti come moduli che possono essere riorganizzati per creare nuove proteine con funzioni uniche in un processo chiamato domain shuffling. Queste unità si combinano in diversi orientamenti a seconda della posizione delle code N e C-terminali della catena aminoacidica. Se il terminale N e il terminale C del dominio sono nelle immediate vicinanze, la proteina avrà una struttura globulare e compatta, 00:01:30.940 00:01:34.810 mentre se i terminali N e C sono su estremità opposte del dominio, la struttura complessiva sarà di forma allungata e lineare.Src è una proteina contenente tre domini proteici distinti;due di questi domini, chiamati domini di omologia Src SH2 e SH3, permettono alle proteine che contengono questo dominio di legarsi a sequenze specifiche di catene amminoacidiche. Ciascuno di questi domini è conservato attraverso diverse proteine. Il dominio SH2 si lega alle tirosine fosforilate e si trova in oltre 115 proteine diverse.Il dominio SH3 si lega a sequenze ricche di prolina ed è stato trovato 300 volte nel genoma umano. Questi domini proteici ed altri sono costruzioni genetiche per la creazione di proteine che combinano funzioni multiple in modi unici.

3.4:

Conservazione dei domini proteici tra proteine diverse

Protein domains are small structurally independent units that are part of a single amino acid chain.  Although these domains are often structurally independent, they may rely on synergistic effects to perform their functions as part of a larger protein. Protein domains may be conserved within the same organism, as well as across different organisms.

A limited set of protein domains often duplicate and recombine during evolution. These domains can be organized in different combinations to form functionally distinct molecules in a process known as domain shuffling. The tertiary protein structure of evolutionarily related proteins is often more similar than the primary amino acid sequence; therefore, analyzing the three-dimensional structure of a protein domain, in addition to its sequence, is essential to study protein domain conservation.

The Argonaute protein family has three essential, conserved domains – PAZ, MID, and PIWI. These proteins have highly specialized binding modules that associate with small RNA components, including microRNAs, short interfering RNAs, and Piwi-interacting RNAs, to participate in gene silencing regulation. These small RNAs silence gene function only when they associate with Argonaute proteins. The PAZ domain’s characteristic feature is the binding pocket for the 3’-protruding end of the small RNAs. The PIWI domain, a domain that exhibits slicer activity, is structurally similar to bacterial RNase H, a protein responsible for hydrolyzing RNA in an RNA-DNA complex. The MID domain is present between the PAZ and PIWI domain and has a binding pocket for 5′ phosphate of the small RNA. One of the conserved motifs in these domains is the aspartic acid-aspartic acid-histidine (DDH) motif that participates in its catalytic function.

Argonaute proteins are conserved across organisms and have multiple families in different organisms ranging from five in Drosophila, eight in humans, ten in Arabidopsis, and twenty-seven in C. elegans.

Suggested Reading

  1. Alberts, Bruce. Molecular Biology of the Cell. 6th ed. Garland Science, 2017.
  2. Khersonsky, Olga, and Sarel J. Fleishman. “Why Reinvent the Wheel? Building New Proteins Based on Ready-Made Parts.” Protein Science 25, no. 7 (2016): 1179–87. https://doi.org/10.1002/pro.2892.
  3. Bagowski, C. P., Bruins, W., & Te Velthuis, A. J. (2010). The nature of protein domain evolution: shaping the interaction network. Current genomics, 11(5), 368–376. https://doi.org/10.2174/138920210791616725
  4. Ender, C., & Meister, G. (2010). Argonaute proteins at a glance. Journal of cell science, 123(11), 1819-1823.
  5. Höck, J., & Meister, G. (2008). The Argonaute protein family. Genome biology, 9(2), 210. https://doi.org/10.1186/gb-2008-9-2-210