Białko wiążące DNA z wygłodzonych komórek
| Dps (białka wiążące DNA z wygłodzonych komórek) | |
|---|---|
 Struktura białka DPS ().
| |
| Identyfikatory | |
| Symbol | DPS |
| InterPro | IPR002177 |
| CDD | cd01043 |
Białka wiążące DNA z zagłodzonych komórek (DPS) to białka bakteryjne należące do nadrodziny ferrytyn i charakteryzujące się silnymi podobieństwami, ale także wyraźnymi różnicami w odniesieniu do „kanonicznych” ferrytyn .
Białka DPS są częścią złożonego bakteryjnego systemu obronnego, który chroni DNA przed uszkodzeniami oksydacyjnymi i są szeroko rozpowszechnione w królestwie bakterii.
Opis
DPS to wysoce symetryczne dodekameryczne białka o masie cząsteczkowej 20 kDa, charakteryzujące się skorupiastą strukturą o symetrii tetraedrycznej 2:3 złożonej z identycznych podjednostek o średnicy zewnętrznej ~ 9 nm i centralnej wnęce o średnicy ~ 4,5 nm. Białka Dps należą do ferrytyn , a ochrona DNA odbywa się za pomocą podwójnego mechanizmu:
Pierwszy został odkryty w Escherichia coli Dps w 1992 roku i nadał nazwę rodzinie białek ; podczas fazy stacjonarnej Dps wiąże chromosom niespecyficznie, tworząc wysoce uporządkowany i stabilny kokryształ dps- DNA , w którym chromosomalny DNA jest skondensowany i chroniony przed różnymi uszkodzeniami. N-koniec bogaty w lizynę jest wymagany do samoagregacji, jak również do kondensacji DNA sterowanej przez Dps .
Drugi sposób ochrony wynika ze zdolności białek Dps do wiązania i utleniania Fe(II) w charakterystycznym, wysoce konserwatywnym międzypodjednostkowym centrum ferroksydazy .
Dwujądrowe centra ferroksydazy znajdują się na powierzchniach międzyfazowych między podjednostkami związanymi dwukrotnymi osiami symetrii. Fe(II) jest sekwestrowany i magazynowany w postaci minerału oksywodorotlenku Fe(III), który może zostać uwolniony po redukcji. W mineralnym rdzeniu żelaznym może osadzać się do 500 Fe(III). Jeden nadtlenek wodoru utlenia dwa jony Fe 2+ , co zapobiega powstawaniu rodników hydroksylowych w reakcji Fentona (reakcja I):
2 Fe 2+ + H 2 O 2 + 2 H + = 2 Fe 3+ + 2 H 2 O
Dps chroni również komórkę przed promieniowaniem UV i promieniowaniem gamma , toksycznością żelaza i miedzi, stresem termicznym oraz wstrząsami kwasowymi i zasadowymi. Wykazuje również słabą aktywność katalazy.
Kondensacja DNA
Dodekamery Dps mogą kondensować DNA in vitro poprzez kooperatywny mechanizm wiązania. Delecja części N-końca lub mutacja kluczowych reszt lizyny na N-końcu może osłabić lub wyeliminować aktywność kondensacji Dps. Badania pojedynczych cząsteczek wykazały, że kompleksy Dps-DNA mogą zostać uwięzione w długotrwałych stanach metastabilnych, które wykazują histerezę. Z tego powodu stopień kondensacji DNA przez Dps może zależeć nie tylko od aktualnych warunków buforowych, ale także od warunków w przeszłości. Zmodyfikowany model Isinga może służyć do wyjaśnienia tego zachowania wiązania.
Wyrażenie
U Escherichia coli białko Dps jest indukowane przez rpoS i IHF we wczesnej fazie stacjonarnej. Dps jest również indukowany przez oxyR w odpowiedzi na stres oksydacyjny podczas fazy wykładniczej. ClpXP prawdopodobnie bezpośrednio reguluje proteolizę dps podczas fazy wykładniczej. Wydaje się, że ClpAP odgrywa pośrednią rolę w utrzymaniu trwającej syntezy dps podczas fazy stacjonarnej
Aplikacje
Do syntezy nanocząstek
Wnęki utworzone przez białka Dps i ferrytynę z powodzeniem wykorzystano jako komory reakcyjne do wytwarzania nanocząstek metali (NP). Otoczki białkowe służyły jako matryca powstrzymująca wzrost cząstek oraz jako powłoka zapobiegająca koagulacji/agregacji między nanocząstkami. Wykorzystując różne rozmiary otoczek białkowych, różne rozmiary NP można łatwo zsyntetyzować do zastosowań chemicznych, fizycznych i biomedycznych.
Do enkapsulacji enzymów
Natura wykorzystuje architekturę opartą na białkach do przechowywania enzymów w swojej wewnętrznej jamie, na przykład: enkapsuliny i karboksysomów. Czerpiąc inspirację z natury, wydrążona wewnętrzna wnęka Dps i klatki ferrytynowe zostały również wykorzystane do kapsułkowania enzymów. Cytochrom C, hemoproteina o aktywności podobnej do peroksydazy, gdy jest zamknięty w klatce Dps, wykazywał lepszą aktywność katalityczną w szerokim zakresie pH w porównaniu z wolnym enzymem w roztworze masowym. To zachowanie przypisywano wysokiemu lokalnemu stężeniu enzymu wewnątrz Dps i unikalnemu mikrośrodowisku zapewnianemu przez wewnętrzną jamę Dps.
Do ukierunkowanego dostarczania leków
Dostarczenie ładunku do zamierzonego miejsca docelowego pozostaje głównym problemem w przypadku ukierunkowanego dostarczania leków ze względu na obecność barier biologicznych i efekty zwiększonej przepuszczalności i retencji (EPR). Ponadto tworzenie korony białkowej wokół wstrzykiwanych nanocząstek jest również przedmiotem zainteresowania w dziedzinie ukierunkowanego dostarczania. Naukowcy próbowali przezwyciężyć te obawy, wykorzystując naturalną biodystrybucję nanocząstek klatek białkowych do dostarczania ładunków. Na przykład wykazano, że białko wiążące DNA z klatki komórek pozbawionych składników odżywczych (Dps) przekracza barierę filtracji kłębuszkowej i celuje w proksymalne kanaliki nerkowe.