Пошук потенційних сайтів зв’язування гему в інтегральному білку мембрани еритроцитів людини SLC4A1 та протеїнкіназах SYK і LYN
Анотація
Білок SLC4A1, або білок смуги 3 (band 3) є одним з найбільш поширених мембранних білків еритроцитів. Поряд із функцію аніонного обмінника він бере участь у контролі форми і тривалості життя клітин через утворення різноманітних комплексів із компонентами цитоскелету та ферментами. За умов оксидативного стресу відбуваються окислювальні модифікації білка, в тому числі внаслідок зв’язування агрегатів гемоглобіну, але прямий ефект гему, як основного продукту розпаду гемоглобіну, на активність білку смуги 3 не описаний в літературі. Відомо, що гемолітичні стани супроводжуються фосфорилюванням білку SLC4A1 нерецепторними тирозинпротеїнкіназами LYN (по залишку Y359) і SYK (по залишках Y8 і Y21), а інгібітори кінази SYK мають стабілізуючий вплив на еритроцити. Показаний регуляторний вплив гему на Src-кінази, до яких належать кінази SYKі LIN, але сайти їх взаємодії з гемом не встановлені. У зв’язку з вищесказаним, метою цієї роботи став пошук потенційних сайтів зв’язування гему в інтегральному білку мембрани еритроцитів SLC4A1, а також у протеїнкіназах SYK і LYN та їх комплексах з SLC4A1, змодельованих in silico. Аналіз послідовностей білків інструментом HeMoQuest виявив декілька нонапептидів із потенційними гем-зв’язувальними сайтами в білку SLC4A1, в тому числі цитозольний His98 і залишки Tyr553 та Tyr555 в ділянці між трансмембранними сегментами ТМ5 і ТМ6. Ці залишки разом з амінокислотами Tyr216, His303 та His192 були також передбачені як сайти зв’язування гему програмою HemeBIND. Найбільша кількість потенційних сайтів зв’язування гему виявлена для протеїнкінази SYK, серед них два цитозольні залишки Tyr216 і His303. Молекулярний докінг білку SLC4A1 виявив сайт зв’язування гему у порожнині між His192 і ділянкою 173–176 у структурі цитозольного домену (PDBID4KY9 і 1HYN), в тому числі у складі змодельованого комплексу з кіназами SYK або LYN. Слід зазначити, що ділянка 175–185 відома як сайт зв’язування анкірину. Докінг гему до мембранного домену (PDBID4YZF) виявив потенційний сайт зв’язування гему біля Lys539 у ТМ5, що, за даними літератури, належить до одного з реактивних центрів, чутливих до інгібітору аніонного транспорту DIDS. Молекулярний докінг до протеїнкінази SYK з АТФ в активному сайті (PDBID 4FL2) виявив два вірогідних сайти зв’язування гему – біля Tyr64 і біля His243, але при використанні pdb-файлу з видаленим АТФ гем займав саме ділянку зв’язування нуклеотиду у порожнині біля Lys402 і His531. Протеїнкіназа LYN (PDBID 5XY1) мала сайт зв’язування гему біля Tyr321, якщо структура містила молекулу інгібітору (похідне піперазину). За умов видалення інгібітору гем займав його ділянку біля Glu290 і Ala371. У більшості моделей комплексів білок смуги 3 був більш вірогідним сайтом зв’язування гему, ніж протеїнкінази LYN і SYK, але вільні кінази із відкритими активними сайтами можуть зв’язувати гем замість субстрату, що буде заважати фосфорилюванню. Порушення функціонування білку смуги 3 за умов накопичення гему може інгібувати транспорт аніонів або ускладнювати утворення комплексів білку SLC4A1 з білками цитоскелету, що, поряд із впливом на фосфорилювання, може бути одним з механізмів зниження стабільності еритроцитів.
Завантаження
Посилання
Belcher J.D., Beckman J.D., Balla G. et al. (2010). Heme degradation and vascular injury. Antioxid. Redox Signal, 12(2), 233–248. https://doi.org/10.1089/ars.2009.2822
Brunati A.M., Bordin L., Clari G. et al. (2000). Sequential phosphorylation of protein band 3 by SYK and LYN tyrosine kinases in intact human erythrocytes: identification of primary and secondary phosphorylation sites. Blood, 96(4), 1550–1557. https://doi.org/10.1182/blood.V96.4.1550
Chang H.C., Huang D.Y., Wu M.S. et al. (2017). Spleen tyrosine kinase mediates the actions of EPO and GM-CSF and coordinates with TGF-β in erythropoiesis. Biochim. Biophys. Acta – Mol. Cell Res., 1864(4), 687–696. https://doi.org/10.1016/j.bbamcr.2017.01.014
Chu H., Low P.S. (2006). Mapping of glycolytic enzyme-binding sites on human erythrocyte band 3. Biochem J., 400(1), 143–151. https://doi.org/10.1042/BJ20060792
Grey J.L., Kodippili G.C., Simon K., Low P.S. (2012). Identification of contact sites between ankyrin and band 3 in the human erythrocyte membrane. Biochemistry, 51(34), 6838–6846. https://doi.org/10.1021/bi300693k
Grosdidier A., Zoete V., Michielin O. (2011). SwissDock, a protein-small molecule docking web service based on EADock DSS. Nucleic Acids Res., 39 (Web Server issue), W270–277. https://doi.org/10.1093/nar/gkr366
Johansson M.U., Zoete V., Michielin O., Guex N. (2012). Defining and searching for structural motifs using DeepView/Swiss-PdbViewer. BMC Bioinformatics, 13:173. https://doi.org/10.1186/1471-2105-13-173
Kodippili G.C., Spector J., Hale J. et al. (2012). Analysis of the mobilities of band 3 populations associated with ankyrin protein and junctional complexes in intact murine erythrocytes. J. Biol. Chem., 287(6), 4129–4138. https://doi.org/10.1074/jbc.M111.294439
Liu R., Hu J. (2011). HemeBIND: a novel method for heme binding residue prediction by combining structural and sequence information. BMC Bioinformatics, 12(207), 1–6. https://doi.org/10.1186/1471-2105-12-207
Pantaleo A., Ferru E., Pau M.C. et al. (2016). Band 3 erythrocyte membrane protein acts as redox stress sensor leading to its phosphorylation by p (72) Syk. Oxid. Med. Cell Longev., 2016, 6051093. https://doi.org/10.1155/2016/6051093
Paul George A.A., Lacerda M., Syllwasschy B.F. et al. (2020). HeMoQuest: A webserver for qualitative prediction of transient heme binding to protein motifs. BMC Bioinformatics, 21, 124. https://doi.org/10.1186/s12859-020-3420-2
Pettersen E.F., Goddard T.D., Huang C.C. et al. (2004). UCSF Chimera – a visualization system for exploratory research and analysis. J. Comput. Chem., 25(13), 1605–1612. https://doi.org/10.1002/jcc.20084
Pierce B.G., Wiehe K., Hwang H. et al. (2014). ZDOCK server: interactive docking prediction of protein-protein complexes and symmetric multimers. Bioinformatics, 30(12), 1771–1773. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btu097
Reithmeier R.A., Casey J.R., Kalli A.C. et al. (2016). Band 3, the human red cell chloride/bicarbonate anion exchanger (AE1, SLC4A1), in a structural context. Biochim. Biophys. Acta, 1858(7 Pt A), 1507–1532. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2016.03.030
Roumenina L.T., Rayes J., Lacroix-Desmazes S., Dimitrov J.D. (2016). Heme: modulator of plasma systems in hemolytic diseases. Trends Mol. Med., 22(3), 200–213. https://doi.org/10.1016/j.molmed.2016.01.004
Schneidman-Duhovny D., Inbar Y., Nussinov R., Wolfson H.J. (2005). PatchDock and SymmDock: servers for rigid and symmetric docking. Nucleic Acids Res., 33 (Web Server issue), W363–367. https://doi.org/10.1093/nar/gki481
Slavova-Azmanova N.S., Kucera N., Louw A. et al. (2014). LYN kinase plays important roles in erythroid expansion, maturation and erythropoietin receptor signalling by regulating inhibitory signalling pathways that control survival. Biochem J., 459(3), 455–466. https://doi.org/10.1042/BJ20130903
Walder J.A., Chatterjee R., Steck T.L. et al. (1984). The interaction of hemoglobin with the cytoplasmic domain of band 3 of the human erythrocyte membrane. J. Biol. Chem., 259(16), 10238–10346.
Weber R.E., Voelter W., Fago A. et al. (2004). Modulation of red cell glycolysis: interactions between vertebrate hemoglobins and cytoplasmic domains of band 3 red cell membrane proteins. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol., 287(2), R454–464. https://doi.org/10.1152/ajpregu.00060.2004
Welbourn E.M., Wilson M.T., Yusof A. et al. (2017). The mechanism of formation, structure and physiological relevance of covalent hemoglobin attachment to the erythrocyte membrane. Free Radic. Biol. Med., 103, 95–106. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2016.12.024
Wißbrock A., Paul George A.A., Brewitz H.H. et al. (2019).The molecular basis of transient heme-protein interactions: analysis, concept and implementation. Biosci. Rep., 39(1), BSR20181940. https://doi.org/10.1042/BSR20181940
Yao X., Balamurugan P., Arvey A. et al. (2010). Heme controls the regulation of protein tyrosine kinases Jak2 and Src. Biochem. Biophys. Res. Commun., 403(1), 30–35. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2010.10.101
Zhang L., Guarente L. (1995). Heme binds to a short sequence that serves a regulatory function in diverse proteins. EMBO J., 14, 313–320. https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1995.tb07005.x
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої її публікації на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License 4.0 International (CC BY 4.0), яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи.
