EF-Tu

Factor de elongación termoinestable
EF-Tu (azul) en complexo con ARNt (vermello) e GTP (amarelo) [1]
Identificadores
SímboloEF-Tu
PfamGTP_EFTU
Pfam clanCL0023
InterProIPR004541
PROSITEPDOC00273
CATH1ETU
SCOPe1ETU / SUPFAM
CDDcd00881
EF-Tu
Identificadores
SímboloGTP_EFTU_D2
PfamPF03144
InterProIPR004161
CDDcd01342
Factor de elongación Tu dominio 3
Identificadores
SímboloGTP_EFTU_D3
PfamPF03143
InterProIPR004160
CDDcd01513

O EF-Tu (do inglés elongation factor-thermo unstable, factor de elongación termoinestable) é un factor de elongación procariota responsable de catalizar a unión dun aminoacil-ARNt (aa-tRNA) ao ribosoma. É unha proteína G e facilita a selección e unión dun aminoacil-ARNt ao sitio A do ribosoma. Como reflexo do seu papel fundamental na tradución de proteínas, o EF-Tu é unha das proteínas máis abundantes e altamente conservadas dos procariotas.[2][3][4] Atópase nas mitocondrias eucariotas como TUFM.[5]

Considerado como familia de factores de elongación, a familia de EF-Tu tamén inclúe o seu homólogo eucariota e arqueano, a subunidade alfa de eEF-1 (EF-1A).

Introdución

Véxase tamén: Tradución (proteínas).

Os factores de elongación forman parte do mecanismo que sintetiza novas proteínas por medio da tradución nos ribosomas. Os ARN de transferencia (ARNt) transportan cada un dos aminoácidos que deben ser integrados na secuencia da proteína, e teñen un anticodón para o aminoácido específico co que están cargados. O ARN mensaxeiro (ARNm) porta a información xenética que codifica a estrutura primaria dunha proteína, e contén codóns que codifican cada aminoácido. O ribosoma crea a cadea proteica seguindo o código do ARNm e integrando os aminoácidos nun aminoacil-ARNt (tamén coñecido como ARNt cargado) para formar a cadea polipeptídica en crecemento.[6][7]

O ribosoma ten tres sitios para a unión de ARNt. Un é o sitio aminoacil/aceptor (abreviado A), outro o sitio peptidil (abreviado P), e o terceiro é o sitio de saída (abreviado como E, do inglés exit). O sitio P mantén o ARNt conectado á cadea polippetídica que se está a sintetizar, e o sitio A é o sitio de unión para o ARNt cargado que ten un anticodón complementario co codón do ARNm asociado co sitio. Despois da unión dun ARNt cargado no sitio A, fórmase un enlace peptídico entre a cadea polipeptídica en crecemento no ARNt do sitio P e o aminoácido do ARNt do sitio A, e o polipéptido enteiro transfírese do ARNt do sitio P ao ARNt do sitio A. Entón, nun proceso catalizado polo factor de elongación procariota EF-G (historicamente coñecido como translocase), prodúcese a translocación coordinada dos ARNt e o ARNm, de modo que o ARNt do sitio P se move ao sitio E, desde onde se disocia do ribosoma, e o ARNt do sitio A móvese para ocupar o seu lugar no sitio P.[6][7]

Funcións biolóxicas

Papel cíclico do EF-Tu na tradución. As estruturas proceden dos PDBs 1EFT, 1TUI, e 1TTT.

Síntese de proteínas

O EF-Tu participa no proceso de elongación do polipéptido na síntese proteica. En procariotas, a función primaria de EF-Tu é transportar o aminoacil-ARNt correcto ao sitio A do ribosoma. Como proteína G que é, usa o GTP para facilitar a súa función. Fóra do ribosoma, o EF-Tu en complexo co GTP (EF-Tu • GTP) forma complexo co aminoacil-ARNt para formar un complexo ternario EF-Tu • GTP • aminoacil-ARNt.[8] O EF-Tu • GTP únese a todos os aminoacil-ARNt que teñan a carga correcta con aproximadamente a mesma afinidade, excepto a aqueles cargados con residuos de iniciación e con selenocisteína.[9][10] Isto pode realizarse porque, aínda que os residuos dos diferentes aminoácidos teñen cadeas laterais con propiedades distintas, os ARNt asociados con ditos residuos teñen variadas estruturas para compensaren as diferenzas nas afinidades de unión das cadeas laterais.[11][12]

A unión dun aminoacil-ARNt ao EF-Tu • GTP permite que o complexo ternario sexa translocado ao sitio A dun ribosoma activo, no cal o anticodón do ARNt se une ao codón do ARNm. Se o anticodón correcto se une ao codón de ARNm, o ribosoma cambia a configuración e altera a xeometría do dominio de GTPase do EF-Tu, resultando na hidrólise do GTP asociado co EF-Tu orixinando GDP e Pi. De feito, o ribosoma funciona como proteína activadora da GTPase (GAP) para o EF-Tu. Coa hidrólise do GTP, a conformación do EF-Tu cambia drasticamente e disóciase do aminoacil-ARNt e o complexo do ribosoma.[4][13] despois, o aminoacil-ARNt entra completamente no sitio A, onde o seu aminoácido se coloca preto do polipéptido do sitio P e o ribosoma cataliza a transferencia covalente do polipéptido ao aminoácido.[10]

No citoplasma, o EF-Tu • GDP desactivado sofre a acción do factor de elongación procariota EF-Ts, que causa que o EF-Tu libere o GDP unido a el. Despois da disociación do EF-Ts, o EF-Tu pode formar complexo cun GTP debido á concentración de 5 a 10 veces maior do GTP respecto do GDP no citoplasma, que ten como resultado a formación do complexo EF-Tu • GTP, que pode despois asociarse con outro aminoacil-ARNt.[8][13]

Mantemento da exactitude traducional

O EF-Tu contribúe á exactitude traducional de tres maneiras. Na tradución un problema fundamental é que os anticodóns case iguais teñen unha afinidade de unión similar por un codón como anticodóns complementarios, de tal xeito que a unión anticodón-codón no ribosoma por si soa non é dabondo para manter unha alta fidelidade traducional. Isto é contrarrestado polo ribooma non activando a actividade de GTPase de EF-Tu se o ARNt no sitio A do ribosoma non se corresponde co codón do ARNm, o que incrementa preferentemente a probabilidade de que o ARNt incorrecto abandone o ribosoma.[14] Adicionalmente, independentemente da correspondencia do ARNt, o EF-Tu tamén induce un atraso despois de liberarse do aminoacil-ARNt, antes de que o aminoacil-ARNt entre completamente no sitio A (un proceso chamado acomodación). Este período de atraso supón unha segunda oportunidade para que os aminoacil-ARNt incorrectamente cargados saian do sitio A antes de que o aminoácido incorrecto sexa engadido irreversiblemente á cadea polipeptídica.[15][16] Un terceiro mecanismo é o peor comprendido da función de EF-Tu de comprobar burdamente as asociacións dos aminoacil-ARNt e rexeitar os complexos nos cales o aminoácido non está unido ao ARNt correcto que o codifica.[11]

Outras funcións

O EF-Tu atopouse en grandes cantidades nos citoesqueletos de bacterias, colocalizándose baixo a membrana plasmática con MreB, un elemento citoesquelético que mantén a forma da célula.[17][18] Observouse que os defectos en EF-Tu teñen como resultado defectos na morfoloxía bacteriana.[19] Adicionalmente, o EF-Tu presentou algunhas características similares ás das chaperonas, e algunhas evidencias experimentais suxiren que promove o re-pregamento de varias proteínas que estaban desnaturalizadas in vitro.[20][21] O EF-Tu ten varias funcións ("pluriemprégase") na superficie das bacterias patóxenas Staphylococcus aureus, Mycoplasma pneumoniae e Mycoplasma hyopneumoniae, onde o EF-Tu se procesa e pode unirse a diversas moléculas.[22] En Bacillus cereus, o EF-Tu tamén é pluriempregado na superficie, onde actúa como sensor ambiental e únese á substancia P.[23]

Estrutura

O EF-Tu únese ao GDP (amarelo) e a GDPNP (vermello), que é unha molécula similar ao GTP. O dominio de GTPase (dominio I) de EF-Tu móstrase en azul escuro, mentres que os dominios II e III de unión a oligonucleótidos móstranse en azul claro. As estruturas proceden de PDB 1EFT e PDB 1TUI para o EF-Tu unido a GDP ou a GDPNP, respectivamente.

O EF-Tu é unha proteína monómera cun peso molecular de arredor 43 kDa en Escherichia coli.[24][25][26] A proteína consta de tres dominios estruturais: un dominio de unión ao GTP e dous dominios de unión a oligonucleótidos, que se adoitan denominar dominios 2 e 3 (ou II e III). O dominio I N-terminal de EF-Tu é o dominio de unión ao GTP. Consiste nun núcleo de seis febras beta flanqueado por seis hélices alfa.[8] Os dominios II e III de EF-Tu, os dominios de unión a oligonucleótidos, adoptan ambos estruturas de barril beta.[27][28]

O dominio I de unión ao GTP sofre un cambio conformacional drástico despois da hidrólise do GTP a GDP, o que permite que o EF-Tu se disocie do aminoacil-ARNt e abandone o ribosoma.[29] A reactivación de EF-Tu conséguese coa unión ao GTP no citoplasma, o cal crea un significativo cambio conformacional que reactiva o sitio de unión para o ARNt do EF-Tu. En concreto, a unión do GTP ao EF-Tu resulta na rotación de ~90° do dominio I en relación aos dominios II e III, expoñendo os residuos do sitio activo de unión ao ARNt.[30]

O dominio II adopta unha estrutura de barril beta, e está implicado na unión do ARNt cargado.[31] Este dominio está relacionado estruturalmente ao dominio C-terminal de EF2, co cal mostra unha débil similitude de secuencia. Este dominio tamén se atopa noutras proteínas, como o factor de iniciación da tradución IF-2 e as proteínas de resistencia á tetraciclina. O dominio III representa o dominio C-terminal, o cal adopta unha estrutura de barril beta, e está implicado na unión a ambos os ARNt cargados e a EF1B (ou EF-Ts).[32]

Evolución

Múltiples GTPases da familia dos factores de tradución clásicos xogan importantes papeis na iniciación, elongación e terminación na biosíntese de proteínas. Comparten un xeito similar de unirse ao ribosoma debido ao dominio β-EI despois da GTPase; os membros mellor coñecidos da familia son EF-1A/EF-Tu, EF-2/EF-G,[33] e os factores de liberación de clase 2. Outros membros son EF-4 (LepA), BipA (TypA),[34] SelB (selenocisteinil-tRNA bacteriano parálogo de EF-Tu), Tet (resistencia á tetraciclina para a protección do ribosoma),[35] e HBS1L (proteína de rescate ribosómico eucariota similar a factores de liberación).

A superfamilia tamén inclúe a familia Bms1 de lévedos.[36]

Importancia en enfermidades

Xunto co ribosoma, o EF-Tu é unha das dianas máis importantes da inhibición da tradución mediada por antibióticos.[8] Os antibióticos que teñen como diana o EF-Tu poden clasificarse en dous grupos, dependendo do seu mecanismo de acción, e nunha de catro familias estruturais. O primeiro grupo comprende os antibióticos pulvomicina e GE2270A, e inhibe a formación do compleo ternario.[37] O segundo grupo comprende os antibióticos kirromicina e enaciloxina, e impide a liberación de EF-Tu do ribosoma despois da hidrólise do GTP.[38][39][40]

Notas

  1. ↑ PDB Molecule of the Month EF-Tu
  2. ↑ Weijland A, Harmark K, Cool RH, Anborgh PH, Parmeggiani A (marzo de 1992). "Elongation factor Tu: a molecular switch in protein biosynthesis". Molecular Microbiology 6 (6): 683–8. PMID 1573997. doi:10.1111/j.1365-2958.1992.tb01516.x. 
  3. ↑ "TIGR00485: EF-Tu". National Center for Biotechnology Information. 3 de marzo de 2017. 
  4. ↑ 4,0 4,1 Yamamoto H, Qin Y, Achenbach J, Li C, Kijek J, Spahn CM, Nierhaus KH (febreiro de 2014). "EF-G and EF4: translocation and back-translocation on the bacterial ribosome". Nature Reviews. Microbiology 12 (2): 89–100. PMID 24362468. doi:10.1038/nrmicro3176. 
  5. ↑ Ling M, Merante F, Chen HS, Duff C, Duncan AM, Robinson BH (novembro de 1997). "The human mitochondrial elongation factor tu (EF-Tu) gene: cDNA sequence, genomic localization, genomic structure, and identification of a pseudogene". Gene 197 (1–2): 325–36. PMID 9332382. doi:10.1016/S0378-1119(97)00279-5. 
  6. ↑ 6,0 6,1 Laursen BS, Sørensen HP, Mortensen KK, Sperling-Petersen HU (marzo de 2005). "Initiation of protein synthesis in bacteria". Microbiology and Molecular Biology Reviews 69 (1): 101–23. PMC 1082788. PMID 15755955. doi:10.1128/MMBR.69.1.101-123.2005. 
  7. ↑ 7,0 7,1 Ramakrishnan V (febreiro de 2002). "Ribosome structure and the mechanism of translation". Cell 108 (4): 557–72. PMID 11909526. doi:10.1016/s0092-8674(02)00619-0. 
  8. ↑ 8,0 8,1 8,2 8,3 Krab IM, Parmeggiani A (2002-01-01). Mechanisms of EF-Tu, a pioneer GTPase. Progress in Nucleic Acid Research and Molecular Biology 71. pp. 513–51. ISBN 9780125400718. PMID 12102560. doi:10.1016/S0079-6603(02)71050-7. 
  9. ↑ "Translation elongation factor EFTu/EF1A, bacterial/organelle (IPR004541)". InterPro. 
  10. ↑ 10,0 10,1 Diwan, Joyce (2008). "Translation: Protein Synthesis". Rensselaer Polytechnic Institute. Arquivado dende o orixinal o 2017-06-30. Consultado o 2017-03-09. 
  11. ↑ 11,0 11,1 LaRiviere FJ, Wolfson AD, Uhlenbeck OC (outubro de 2001). "Uniform binding of aminoacyl-tRNAs to elongation factor Tu by thermodynamic compensation". Science 294 (5540): 165–8. Bibcode:2001Sci...294..165L. PMID 11588263. doi:10.1126/science.1064242. 
  12. ↑ Louie A, Ribeiro NS, Reid BR, Jurnak F (abril de 1984). "Relative affinities of all Escherichia coli aminoacyl-tRNAs for elongation factor Tu-GTP". The Journal of Biological Chemistry 259 (8): 5010–6. PMID 6370998. doi:10.1016/S0021-9258(17)42947-4. 
  13. ↑ 13,0 13,1 Clark BF, Nyborg J (febreiro de 1997). "The ternary complex of EF-Tu and its role in protein biosynthesis". Current Opinion in Structural Biology 7 (1): 110–6. PMID 9032056. doi:10.1016/s0959-440x(97)80014-0. 
  14. ↑ Nilsson J, Nissen P (xuño de 2005). "Elongation factors on the ribosome". Current Opinion in Structural Biology 15 (3): 349–54. PMID 15922593. doi:10.1016/j.sbi.2005.05.004. 
  15. ↑ Whitford PC, Geggier P, Altman RB, Blanchard SC, Onuchic JN, Sanbonmatsu KY (xuño de 2010). "Accommodation of aminoacyl-tRNA into the ribosome involves reversible excursions along multiple pathways". RNA 16 (6): 1196–204. PMC 2874171. PMID 20427512. doi:10.1261/rna.2035410.  Erro no estilo Vancouver: wikilink (Axuda)
  16. ↑ Noel JK, Whitford PC (outubro de 2016). "How EF-Tu can contribute to efficient proofreading of aa-tRNA by the ribosome". Nature Communications 7: 13314. Bibcode:2016NatCo...713314N. PMC 5095583. PMID 27796304. doi:10.1038/ncomms13314. 
  17. ↑ Defeu Soufo HJ, Reimold C, Linne U, Knust T, Gescher J, Graumann PL (febreiro de 2010). "Bacterial translation elongation factor EF-Tu interacts and colocalizes with actin-like MreB protein". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 107 (7): 3163–8. Bibcode:2010PNAS..107.3163D. PMC 2840354. PMID 20133608. doi:10.1073/pnas.0911979107. 
  18. ↑ Mayer F (2003-01-01). "Cytoskeletons in prokaryotes". Cell Biology International 27 (5): 429–38. PMID 12758091. doi:10.1016/s1065-6995(03)00035-0. 
  19. ↑ Mayer F (2006-01-01). "Cytoskeletal elements in bacteria Mycoplasma pneumoniae, Thermoanaerobacterium sp., and Escherichia coli as revealed by electron microscopy". Journal of Molecular Microbiology and Biotechnology 11 (3–5): 228–43. PMID 16983198. doi:10.1159/000094057. 
  20. ↑ Richarme G (novembro de 1998). "Protein-disulfide isomerase activity of elongation factor EF-Tu". Biochemical and Biophysical Research Communications 252 (1): 156–61. PMID 9813162. doi:10.1006/bbrc.1998.9591. 
  21. ↑ Kudlicki W, Coffman A, Kramer G, Hardesty B (decembro de 1997). "Renaturation of rhodanese by translational elongation factor (EF) Tu. Protein refolding by EF-Tu flexing". The Journal of Biological Chemistry 272 (51): 32206–10. PMID 9405422. doi:10.1074/jbc.272.51.32206. 
  22. ↑ Widjaja, Michael; Harvey, Kate Louise; Hagemann, Lisa; Berry, Iain James; Jarocki, Veronica Maria; Raymond, Benjamin Bernard Armando; Tacchi, Jessica Leigh; Gründel, Anne; Steele, Joel Ricky; Padula, Matthew Paul; Charles, Ian George; Dumke, Roger; Djordjevic, Steven Philip (2017-09-11). "Elongation factor Tu is a multifunctional and processed moonlighting protein". Scientific Reports (en inglés) 7 (1): 11227. ISSN 2045-2322. PMC 5593925. doi:10.1038/s41598-017-10644-z. 
  23. ↑ N’Diaye, Awa R.; Borrel, Valerie; Racine, Pierre-Jean; Clamens, Thomas; Depayras, Segolene; Maillot, Olivier; Schaack, Beatrice; Chevalier, Sylvie; Lesouhaitier, Olivier; Feuilloley, Marc G. J. (2019-02-04). "Mechanism of action of the moonlighting protein EfTu as a Substance P sensor in Bacillus cereus". Scientific Reports (en inglés) 9 (1): 1304. ISSN 2045-2322. PMC 6361937. doi:10.1038/s41598-018-37506-6.  Ese artigo incorpora texto procedente desta fonte, a cal está dispoñible baixo licenza CC BY 4.0.
  24. ↑ Caldas TD, El Yaagoubi A, Kohiyama M, Richarme G (outubro de 1998). "Purification of elongation factors EF-Tu and EF-G from Escherichia coli by covalent chromatography on thiol-sepharose". Protein Expression and Purification 14 (1): 65–70. PMID 9758752. doi:10.1006/prep.1998.0922. 
  25. ↑ Wiborg O, Andersen C, Knudsen CR, Clark BF, Nyborg J (agosto de 1996). "Mapping Escherichia coli elongation factor Tu residues involved in binding of aminoacyl-tRNA". The Journal of Biological Chemistry 271 (34): 20406–11. PMID 8702777. doi:10.1074/jbc.271.34.20406. 
  26. ↑ Wurmbach P, Nierhaus KH (1979-01-01). "Isolation of the protein synthesis elongation factors EF-Tu, EF-Ts, and EF-G from Escherichia coli". Nucleic Acids and Protein Synthesis Part H. Methods in Enzymology 60. pp. 593–606. ISBN 9780121819606. PMID 379535. doi:10.1016/s0076-6879(79)60056-3. 
  27. ↑ Wang Y, Jiang Y, Meyering-Voss M, Sprinzl M, Sigler PB (agosto de 1997). "Crystal structure of the EF-Tu.EF-Ts complex from Thermus thermophilus". Nature Structural Biology 4 (8): 650–6. PMID 9253415. doi:10.1038/nsb0897-650. 
  28. ↑ Nissen P, Kjeldgaard M, Thirup S, Polekhina G, Reshetnikova L, Clark BF, Nyborg J (decembro de 1995). "Crystal structure of the ternary complex of Phe-tRNAPhe, EF-Tu, and a GTP analog". Science 270 (5241): 1464–72. PMID 7491491. doi:10.1126/science.270.5241.1464. 
  29. ↑ Möller W, Schipper A, Amons R (setembro de 1987). "A conserved amino acid sequence around Arg-68 of Artemia elongation factor 1 alpha is involved in the binding of guanine nucleotides and aminoacyl transfer RNAs". Biochimie 69 (9): 983–9. PMID 3126836. doi:10.1016/0300-9084(87)90232-x. 
  30. ↑ Kjeldgaard M, Nissen P, Thirup S, Nyborg J (setembro de 1993). "The crystal structure of elongation factor EF-Tu from Thermus aquaticus in the GTP conformation". Structure 1 (1): 35–50. PMID 8069622. doi:10.1016/0969-2126(93)90007-4. 
  31. ↑ Nissen P, Kjeldgaard M, Thirup S, Polekhina G, Reshetnikova L, Clark BF, Nyborg J (decembro de 1995). "Crystal structure of the ternary complex of Phe-tRNAPhe, EF-Tu, and a GTP analog". Science 270 (5241): 1464–72. PMID 7491491. doi:10.1126/science.270.5241.1464. 
  32. ↑ Wang Y, Jiang Y, Meyering-Voss M, Sprinzl M, Sigler PB (agosto de 1997). "Crystal structure of the EF-Tu.EF-Ts complex from Thermus thermophilus". Nat. Struct. Biol. 4 (8): 650–6. PMID 9253415. doi:10.1038/nsb0897-650. 
  33. ↑ Parmeggiani, A; Sander, G (1981). "Properties and regulation of the GTPase activities of elongation factors Tu and G, and of initiation factor 2". Molecular and Cellular Biochemistry 35 (3): 129–158. PMID 6113539. doi:10.1007/BF02357085. 
  34. ↑ Gibbs, MR; Fredrick, K (2018). "Roles of elusive translational GTPases come to light and inform on the process of ribosome biogenesis in bacteria". Molecular Microbiology 107 (4): 445–454. PMC 5796857. PMID 29235176. doi:10.1111/mmi.13895. 
  35. ↑ Margus, Tõnu; Remm, Maido; Tenson, Tanel (decembro de 2007). "Phylogenetic distribution of translational GTPases in bacteria". BMC Genomics 8 (1): 15. PMC 1780047. PMID 17214893. doi:10.1186/1471-2164-8-15. 
  36. ↑ Leipe D.D.; Wolf Y.I.; Koonin E.V.; Aravind, L. (2002). "Classification and evolution of P-loop GTPases and related ATPases". J. Mol. Biol. 317 (1): 41–72. PMID 11916378. doi:10.1006/jmbi.2001.5378. 
  37. ↑ Selva E, Beretta G, Montanini N, Saddler GS, Gastaldo L, Ferrari P, Lorenzetti R, Landini P, Ripamonti F, Goldstein BP (xullo de 1991). "Antibiotic GE2270 a: a novel inhibitor of bacterial protein synthesis. I. Isolation and characterization". The Journal of Antibiotics 44 (7): 693–701. PMID 1908853. doi:10.7164/antibiotics.44.693. 
  38. ↑ Hogg T, Mesters JR, Hilgenfeld R (febreiro de 2002). "Inhibitory mechanisms of antibiotics targeting elongation factor Tu". Current Protein & Peptide Science 3 (1): 121–31. PMID 12370016. doi:10.2174/1389203023380855. 
  39. ↑ Andersen GR, Nissen P, Nyborg J (agosto de 2003). "Elongation factors in protein biosynthesis". Trends in Biochemical Sciences 28 (8): 434–41. PMID 12932732. doi:10.1016/S0968-0004(03)00162-2. 
  40. ↑ Parmeggiani A, Nissen P (agosto de 2006). "Elongation factor Tu-targeted antibiotics: four different structures, two mechanisms of action". FEBS Letters 580 (19): 4576–81. Bibcode:2006FEBSL.580.4576P. PMID 16876786. doi:10.1016/j.febslet.2006.07.039. 

Véxase tamén

Outros artigos

Ligazóns externas

Este artigo incorpora textos en dominio público procedentes de Pfam e InterPro IPR000795