Фосфорилювання рослинного β-тубуліну по залишку Ser172 як приклад каноничної супрессивної регуляции росту мікротрубочок

  • П. А. Карпов
  • Я. Б. Блюм
DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v24.1123

Анотація

Мета. Оцінити потенційне значення фосфорилювання рослинного β-тубуліну за залишком Ser172 для коректного функціонування мікротрубочок і нормального поділу клітин. Відібрати рослинні протеїнкінази, що найбільш ймовірно пов'язані з фосфорилюванням Ser172 у Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. Методи. Аналіз літератури і пошук в базах даних. Біоінформатичне порівняння послідовностей білків та їх структур. Множинні вирівнювання послідовностей, філогенетичне профілювання, моделювання структури білка тощо. Результати. Біоінформатичне порівняння ділянки сайту Ser172 з усіх відомих ізотипів β-тубуліну з Homo sapiens, Sus scrofa, Saccharomyces cerevisiae, Drosophila melanogaster та A. thaliana підтвердило їх значну подібність. Спільна кластеризація усіх ділянок Ser172 (у форматі S±10 a.a.) визначила найбільшу подібність рослинного сайту до Ser172±10 фрагмента β-тубуліну з S. cerevisiae. Водночас, послідовності та структури каталітичних доменів Cyclin-dependent kinases 1 і YAK1-related kinases (MNB / DYRK1a / YAK1), що пов'язані з фосфорилюванням Ser172, визначають найбільшу подібність у випадку A. thaliana і S. cerevisiae. Висновки. Отримані результати підтверджують подібність амінокислотного оточення Ser172 в ізотипах β-тубуліну людини, свині, плодової мушки, дріжджів і арабідопсису. Це свідчить про аналогічне інгібування збірки протофіламентів мікротрубочок унаслідок фосфорилювання β-тубуліну за залишком Ser172 та його залежність від активності CDK1 і YAK1-подібних протеїнкіназ. Подібність ділянок сайту Ser172 та асоційованих з ними протеїнкіназ дозволяє очікувати аналогічний ефект від впливу цієї модифікації на мікротрубочки у A. thaliana та S. cerevisiae.

Ключові слова: β-тубулін, Ser172, фосфорилювання, CDK1, DYRK1, MNB, YAK1.

Посилання

Goodman D.P.B., Rasmussen H., DiBella F., Guthrow C.E. Jr. Cyclic adenosine 3',5'-monophosphate-stimulated phosphoryla-tion of isolated neurotubule subunits. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1970. Vol. 67. P. 652–659.

Murray A.W., Froscio M. Cyclic adenosine 3':5'-monophosphate and microtubule function: specific interaction of the phos-phorylated protein subunits with a soluble brain component. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1971. Vol. 44. P. 1089–1095.

Eipper B.A. Rat brain microtubule protein: purification and determination of covalently bound phosphate and carbohydrate. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1972. Vol. 69. P. 2283–2287.

Caudron F., Denarier E., Thibout-Quintana J.C., Brocard J., Andrieux A., Fourest-Lieuvin A. Mutation of Ser172 in yeast β-tubulin induces defects in microtubule dynamics and cell division. PLoS One. 2010. Vol. 5 (10). e13553. doi: 10.1371/journal.pone.0013553.

Wloga D., Joachimiak E., Fabczak H. Tubulin post-translational modifications and microtubule dynamics. Int. J. Mol. Sci. 2017. Vol. 18 (10). P. 2207. doi: 10.3390/ijms18102207.

Fourest-Lieuvin A., Peris L., Gache V., Garcia-Saez I., Juillan-Binard C., Lantez V., Job D. Microtubule regulation in mitosis: tubulin phosphorylation by the cyclin-dependent kinase Cdk1. Mol. Biol. Cell. 2006. Vol. 17. P. 1041–1050. doi: 10.1091/mbc.e05-07-0621.

Abeyweera T.P., Chen X., Rotenberg S.A. Phosphorylation of α6-tubulin by protein kinase Cα activates motility of human breast cells. J. Biol. Chem. 2009. Vol. 284 (26). P. 17648–17656. doi: 10.1074/jbc.M902005200.

Yu I., Garnham C.P., Roll-Mecak A. Writing and reading the tubulin code. J. Biol. Chem. 2015. Vol. 290 (28). P. 17163–17172. doi: 10.1074/jbc.R115.637447.

Nogales E., Whittaker M., Milligan R.A., Downing K.H. High-resolution model of the microtubule. Cell. 1999. Vol. 96. P. 79–88. doi: 10.1016/S0092-8674(00)80961-7.

Inclán Y.F., Nogales E. Structural models for the self-assembly and microtubule interactions of γ-, δ- and ε-tubulin J. Cell Sci. 2001. Vol. 114 (Pt 2). P. 413–422.

Ori-McKenney K.M., McKenney R.J., Huang H.H., Li T., Meltzer S., Jan L.Y., Vale R.D., Wiita A.P., Jan Y.N. Phosphoryla-tion of β-tubulin by the down syndrome kinase, minibrain/DYRK1a, regulates microtubule dynamics and dendrite morpho-genesis. Neuron. 2016. Vol. 90 (3). P. 551–563. doi: 10.1016/j.neuron.2016.03.027.

The UniProt Consortium. UniProt: the universal protein knowledgebase. Nucl. Acids Res. 2018. Vol. 46 (5). P. 2699. doi: 10.1093/nar/gky092.

Lee M.M., Chan M.K., Bundschuh R. SIB-BLAST: a web server for improved delineation of true and false positives in PSI-BLAST searches. Nucl. Acids Res. 2009. Vol. 37 (1–2). W53–W56. doi: 10.1093/nar/gkp301.

Larkin M.A., Blackshields G., Brown N.P., Chenna R., McGettigan P.A., McWilliam H., Valentin F., Wallace I.M., Wilm A., Lopez R., Thompson J.D., Gibson T.J., Higgins D.G. Clustal W and Clustal X. version 2.0. Bioinformatics. 2007. Vol. 23 (21). P. 2947–2948. doi: 10.1093/bioinformatics/btm404.

Crooks G.E., Hon G., Chandonia J.M., Brenner S.E. WebLogo: A sequence logo generator. Genome Res. 2004. Vol. 14 (6). P. 1188–1190. doi: 10.1101/gr.849004.

Atteson K. The performance of neighbor-joining algorithms of phylogeny reconstruction. Lecture Notes Comp. Sci. 1997. Vol. 1276. P. 101–110.

Kumar S., Stecher G., Tamura K. MEGA7: Molecular evolutionary genetics analysis version 7.0 for bigger datasets. Mol. Biol. Evol. 2016. Vol. 33 (7). P. 1870–1874. doi: 10.1093/molbev/msw054.

Waterhouse A., Bertoni M., Bienert S., Studer G., Tauriello G., Gumienny R., Heer F.T., de Beer T.A.P., Rempfer C., Bordoli L., Lepore R., Schwede T. SWISS-MODEL: homology modeling of protein structures and complexes. Nucl. Acids Res. 2018. Vol. 46 (W1). W296-W303. doi: 10.1093/nar/gky427.

Wood D.J., Korolchuk S., Tatum N.J., Wang L.Z., Endicott J.A., Noble M., Martin M.P. Differences in the conformational energy landscape of CDK1 and CDK2 suggest a mechanism for achieving selective CDK inhibition. Cell Chem. Biol. 2019. Vol. 26 (1). P. 121–130. e5. doi: 10.1016/j.chembiol.2018.10.015.

Karpov P., Raevsky A., Korablyov M., Blume Ya. Identification of plant homologues of Dual Specificity Yak1-Related Kinases. Comput. Biol. J. 2014. Vol. 12 (ID 909268). P. 1–14. doi: 10.1155/2014/909268.

Kim K., Cha J.S., Cho Y.S., Kim H., Chang N., Kim H.J., Cho H.S. Crystal structure of human Dual-specificity Tyrosine-Regulated Kinase 3 reveals new structural features and insights into its auto-phosphorylation. J. Mol. Biol. 2018. Vol. 430 (10). P. 1521–1530. doi: 10.1016/j.jmb.2018.04.001.

Ramkumar A., Jong B.Y., Ori-McKenney K.M. ReMAPping the microtubule landscape: how phosphorylation dictates the activities of microtubule-associated proteins. Dev. Dyn. 2018. Vol. 247 (1). P. 138–155. doi: 10.1002/dvdy.24599

Duong-Ly K.C., Peterson J.R. The human kinome and kinase inhibition. Curr. Protoc. Pharmacol. 2013. Chapter 2. Unit 2.9. doi: 10.1002/0471141755.ph0209s60.