Структурно-функциональное исследование изолированных доменов АТР-зависимой Lon-протеиназы Escherichia coli тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.04, кандидат химических наук Андрианова, Анна Говардовна

• Андрианова, Анна Говардовна
• кандидат химических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат химических наук Андрианова, Анна Говардовна

Введение.

1. Активные центры АТР-зависимых протеиназ и протеолитических комплексов, осуществляющих селективную внутриклеточную деградацию белков (Обзор литературы).

1.1. Семейство ААА+-белков.

1.1.1 .Структурные особенности ААА+-белков.

1.1.2. Классификация ААА+-белков.

1.1.3. Функции ААА+-белков.

1.1.3.1. Классификация, структура и функции шаперонов.

1.1.3.2. Регуляция межбелковых взаимодействий.

1.1.3.3. ДНК-связывающие представители ААА+-семейства.

1.1.3.4. Молекулярные моторы.

1.1.4. Биологическая роль ААА+-белков.

1.2. Типы активных центров АТР-зависимых протеиназ и протеолитических комплексов.

1.2.1. Металлопротеиназа FtsH.

1.2.2. Классическая каталитическая триада. Протеиназы ClpAP и С1рХР.ЗО

1.2.3. Треониновые протеиназы: IIslUV и протеасомы.

1.2.4. Каталитическая диада Ser-Lys.

1.2.4.1. Ьоп-протеиназа.

1.2.4.2. Репрессор LexA.

1.2.4.3. Сигнальная пептидаза типа 1.

1.2.4.4. Протеиназа Tsp.

1.2.4.5. Пептидаза CtpA.

1.2.4.6. Неканонические Ьоп-протеиназы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Структурно-функциональное исследование изолированных доменов АТР-зависимой Lon-протеиназы Escherichia coli»

Процессы жизнеобеспечения клетки имеют многоуровневую регуляцию и таким образом строго контролируются. В поддержании гомеостаза важную роль играет адекватное функционирование клеточных белков. Наряду с ковалентной модификацией, изменением субклеточной локализации, взаимодействием с лигандами, особое место в регуляции активности белков отведено их протеолитической деградации.

Известно, что одни белки существуют in vivo довольно длительное время, другие живут от нескольких минут до 2-3 часов. Короткоживущие белки обычно синтезируются в определенный момент жизни клетки, в ответ на некоторые внутренние и внешние импульсы [']. Когда потребность в таком белке отпадает, специальные факторы сигнализируют о том, что его синтез должен быть остановлен, либо на этапе считывания матричных РНК (мРНК) с ДНК (факторы транскрипции), либо на стадии синтеза белка с РНК-матриц. Однако если белок уже существует, должен быть и механизм, обеспечивающий регуляцию его работы. Такой механизм давно и достаточно детально исследован для ферментов, активность которых обратимо подавляется ингибиторами белковой или небелковой природы. Однако клетка на протяжении своей жизни синтезирует и множество белков неферментативной природы, выполняющих разнообразные функции. К ним относятся, в частности, короткоживущие регуляторные белки, необходимые лишь на определенных стадиях клеточного метаболизма или развития, например, белки, функционирующие в условиях стресса, регулирующие стадии клеточного деления или инициирующие регуляторные каскады [']. Избыточное содержание таких белков удаляется посредством внутриклеточного протеолиза. Другой важной функцией внутриклеточного протеолиза является быстрое устранение дефектных полипептидов, образовавшихся в результате ошибок транскрипции или трансляции или в результате временного пребывания организма под влиянием факторов стресса (химического повреждения, тепловой денатурации, биохимического голодания, повреждающего излучения) [ ]. Деструктивный протеолиз носит "защитный" характер. Кроме того, быстрой деградации подвергаются белки, "лишенные партнеров", стабильные в составе олигомерных комплексов. Отдельные субъединицы таких белков, образующиеся в результате недостаточного или избыточного биосинтеза, считаются "условными субстратами".

Основная возможность обеспечить качество и поддерживать баланс клеточного белка предоставляется клетке АТР-зависимыми протеиназами, способными производить высокоселективный отбор субстратов с последующим их рефолдингом или деградацией.

1. Активные центры АТР-зависимых протеиназ и протеолитических комплексов, осуществляющих селективную внутриклеточную деградацию белков (Обзор литературы)

АТР-зависимые протеиназы и мультиферментные комплексы относятся к сообществу ААА+-белков (ЛТР-аз, Ассоциированных с различными клеточными активностями) [3]. В отличие от "классических" протеолитических ферментов ААА+-протеиназы проявляют высокую селективность по отношению к своим белковым мишеням, не обладая при этом выраженной первичной специфичностью. АТР-зависимый гидролиз субстратов осуществляется процессивно, без высвобождения высокомолекулярных продуктов реакции, при этом энергия гидролиза АТР расходуется ферментами на связывание мишени, разворачивание и проталкивание белка-субстрата в центральную каталитическую полость цилиндрического олигомера - структуры, характерной для ААА+-протеипаз. Семейство АТР-зависимых ферментов широко представлено в клетках самых разнообразных организмов, как в прокариотах и археях, так и в эукариотах (табл. 1). Исторически первыми обнаруженными представителями энергозависимых протеиназ оказались протеасомы и Ьоп-протеиназа, которая является объектом исследования в представленной работе.

Заключение диссертации по теме «Биохимия», Андрианова, Анна Говардовна

4. Выводы

1. Разработана методика фрагментации Ьоп-протеиназы Е. coli путем ограниченного протеолиза химотрипсином. Препаративно выделены пять фрагментов фермента, соответствующих его индивидуальным структурным доменам или их комбинациям (а-спирализованный (а) и протеолитический (Р) домены; N-концевой (N), АТР-азный (А) и АР-фрагменты). Выявлены четыре участка структуры фермента, чувствительные к действию протеиназ.

2. На основании рентгеноструктурных данных установлено, что структура а-домена типична для ААА+-белков, а Р-домен имеет уникальную для протеолитических ферментов пространственную укладку.

3. Изучено олигомерное состояние полученных фрагментов Ьоп-протеиназы. Выявлено, что способностью к олигомеризации обладает исключительно АР-фрагмент. Выдвинуто предположение о необходимости для олигомеризации прямого структурного контакта протеолитического и АТР-азного доменов фермента.

4. Охарактеризованы ферментативные свойства фрагментов, содержащих каталитические центры. Показано отсутствие АТР-азной активности у А-домена и протеолитической у Р-домена. Установлено, что в отличие от неактивных составляющих, АР-фрагмент является активной АТР-азой и непроцессивной протеиназой, склонной к АТР-зависимому автолизу в области С-концевой границы coiled-coil области структуры фермента.

5. Показана ключевая роль N-концевой части Ьоп-протеиназы, содержащей coiled-coil область, в формировании формы фермента, способной к процессивному протеолизу при реализации гидролиза АТР.

6. Выявлено новое свойство Ьоп-протеиназы — способность к непроцессивному протеолизу в отсутствие нуклеотидов. Выдвинуто предположение о том, что это свойство реализуется формами фермента с пониженной степенью олигомеризации.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Андрианова, Анна Говардовна, 2008 год

1.Б., Карпов B.J1. (2003) Протеасома: разрушение во имя созидания. Природа, 7.

2. Gottesman S., Maurizi М. (2001) Surviving starvation. Science, 293, 614-615.

3. Beyer A. (1997) Sequence analysis of the AAA protein family. Protein Sci., 6, 2043-2058.

4. Erdraann R., Wiebel F.F., Flessau A., Rytka J., Beyer A., Frohlich K.U., Kunau W.H. (1991) PAS1 a yeast gene required for peroxisome biogenesis, encodes a member of a novel family of putative ATPases. Cell, 64 (3), 499-510.

5. Lupas A.N., Martin J. (2002) AAA proteins. Curr. Opin. Struct. Biol., 12 (6), 746-753.

6. Dougan D.A., Mogk A., Zeth K., Turgay K., Bukau B. (2002) AAA+ proteins and substrate recognition, it all depends on their partner in crime. FEBS Lett., 529, 6-10.

7. Iyer L.M., Leipe D.D., Koonin E.V., Aravind L. (2004) Evolutionary history and higher order classification of AAA+ ATPases. J. Struct. Biol., 146 (1-2), 11-31.

8. Neuwald A.F., Aravind L., Spouge J.L., Koonin E.V. (1999) AAA+: A class of chaperone-like ATPases associated with the assembly, operation, and disassembly of protein complexes. Genome Res., 9 (1), 2743.n

9. Hattendorf D.A., Lindquist S.L. (2002) Analysis of the AAA sensor-2 motif in the C-terminal ATPase domain of Hspl04 with a site-specific fluorescent probe of nucleotide binding. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 99 (5), 2732-2737.

10. Johnson A., O'Donnell M. (2003) Ordered ATP hydrolysis in the gamma complex clamp loader AAA+ machine. J Biol Chem., 278 (16), 14406-13.

11. Vale R.D. (2000) AAA proteins: lords of ring. J. Struct. Biol., 150 (1), 13-20.

12. Schumacher J., Zhang X., Jones S., Bordes P., Buck M. (2004) ATP-dependent transcriptional activation by bacterial PspF AAA+ protein. J. Mol. Biol., 338 (5), 863-875.

13. Seybert A., Scott D.J., Scaife S., Singleton M.R., Wigley D.B. (2002) Biochemical characterization of the clamp/clamp loader proteins from the euryarchaeon Archaeoglobus fulgidus. Nucl. Ac. Res., 30 (20), 4329-4338:

14. Gottesman S., Maurizi M.R., Wickner S. (1997) Regulatory subunits of energy-dependent proteases. Cell, 91, 435-438.

15. Hersch G.L., Burton R.E., Bolon D.N., Baker T.A., Sauer R.T. (2005) Asymmetric interactions of ATP with the AAA+ ClpX6 unfoldase: allosteric control of a protein machine. Cell, 121, 1017-1027.

16. Rouiller I., DeLaBarre В., May A.P., Weis W.I., Brunger A.T., Milligan R.A., Wilson-Kubalek E.M. (2002) Conformational changes of the multifunction p97 AAA ATPase during its ATPase cicle. Nat. Struc. Biol., 9 (12), 950-956.

17. Weibezahn J., Bukau В., Mogk A. (2004) Unscrambling an egg: protein disaggregation by AAA+ proteins. Microbial Cell Fact., 3 (1), 1-12.

18. Wong P., Houry W.A. (2004) Chaperone networks in bacteria: analysis of protein homeostasis in minimal cells. J. Struct. Biol., 146 (1-2), 79-89.

19. Rotanova T.V., Starkova N.N. (2003) ATP-dependent protease Lon Escherichia coli. Structure, active site, coupling of proteolysis to ATP hydrolysis. Protein Structure, 579-592.

20. Weibezahn J., Schlieker C., Bukau В., Mogk A. (2003) Characterisation of trap mutant of the AAA+ chaperone ClpB. J. Biol. Chem., 278 (35), 32608-32617.

21. Schirmer E.C., Glover J.R., Singer M.A., Lindquist S. (1996) HsplOO/Clp proteins: a common mechanism explains diverse functions. Trends Biochem. Sci., 21 (8), 289-296.

22. Mogk A., Dougan D., Weibezahn J., Schlieker C., Turgay K., Bukau B. (2004) Broad yet high.substrate specificity: the challenge of AAA+ proteins. J. Struct. Biol., 146 (1-2), 90-98.

23. Mogk A., Bukau B. (2004) Molecular chaperones: structure of a protein disaggregase. Carr. Biol., 14 (2), 78-80. f

24. Lee S., Sowa M.E., Choi J.M., Tsai F.T. (2004) The ClpB/Hspl04 molecular chaperone a protein disaggregating machine./. Struct. Biol., 146 (1-2), 99-105.

25. Martin J., Gruber M., Lupas A.N. (2004) Coiled coils meet the chaperone world. Trends Biochem. Sci.,29 (9), 455-458.

26. Smith G.R., Contreras-Moreira В., Zhang X., Bates P.A. (2004) A link between sequence conservation and domain motion within the AAA+ family. J. Struct. Biol., 146 (1-2), 189-204.

27. Keiler K.C., Waller P.R., Sauer R.T. (1996) Role of a peptide tagging system in degradation of proteins synthesized from damaged messenger RNA. Science, 271, 990-993.

28. Gottesman S., Roche E., Zhou Y., Sauer.R.T. (1998) The ClpXP and ClpAP proteases degrade proteins with carboxy-terminal peptide tails added by the SsrA-tagging system. Genes Dev., 12 (9), 1338-1347.

29. Flynn J.M., Levchenko I., Seidel M., Wickner S.H., Sauer R.T., Baker T.A. (2001) Overlapping recognition determinants within the ssrA degradation tag allow modulation of proteolysis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 98 (19), 10584-10589.

30. Varshavsky A. (1992) The N-end rule. Cell, 69 (5), 725-735.

31. Flynn J.M., Neher S.B., Kim Y.I., Sauer R.T., Baker T.A. (2003) Proteomic discovery of cellular substrates of the ClpXP protease reveals five classes of CIpX-recognition signals. Mol. Cell, 11 (3), 671683.

32. Kudora A. (2006) A polyphosphate-Lon protease complex in the adaptation of Escherichia coli to amino acid starvation. Biosci. Biotechnol. Biochem., 70 (2), 325-331.

33. Quarmby L. (2005) Cellular samurai: katanin and the severing of microtubules. J. Cell. Science, 113, 2821-2827.

34. Wang Q., Song C., Li C.H. (2004) Molecular perspectives on p97-VCP: progress in understanding its structure and diverse biological functions. J. Struct. Biol., 146 (1-2), 44-57.

35. Uchiyama K., Kondo H. (2005) p97/p47-mediated biogenesis of Golgi and ER. J. Biochem., 37, 115119.

36. Whiteheart S.W., Matveeva E.A. (2004) Multiple binding proteins suggest diverse functions for the N-ethylmaleimide sensitive factor. J. Struct. Biol., 146, 32-43.

37. Hickman A.B., Dyda F. (2005) Binding and unwinding: SF3 viral helicases. Curr. Opin. Struct. Biol., 15, 77-85.

38. Yamada K., Morikawa A., Morikawa K. (2004) Three-dimensional structural views of branch migration and resolution in DNA homologous recombination. Curr. Opin. Struct. Biol., 14, 130-137.

39. Wang J. (2004) Nucleotide-dependent domain motions within rings of the RecA/AAA+ superfamily. J. Struct. Biol., 148, 259-267.

40. Komori K., Miyata Т., Daiyasu H., TobH., Shinagawa H., Ishino Y. (2000) Domain analysis of an archaeal RadA protein for the strand exchange activity. J. Biol. Chem., 275 (43), 33791-33797.»

41. Seitz E.M., Kowalczykowski S.C. (2000) The DNA binding and pairing preferences of the archaeal RadA protein demonstrate a universal characteristic of DNA strand exchange proteins. Mol. Microbiol., 37 (3), 555-560.

42. Beam C.E., Saveson C.J., Lovett S.T. (2002) Role for radA/sms in recombination intermediate processing in Escherichia coli. J. Bacteriol., 184 (24), 6836-6844.

43. Bordes P., Wigneshweraraj S.R., Zhang X., Buck M. (2004) c54-dependent transcription* activator phage shock protein F of Escherichia coli: a fragmentation approach to identify sequences that contribute to self-association. Biochem. J., 378, 735-744.

44. Leonard A.C., Grimwade J.E. (2005) Building a bacterial orisome: emergence of new regulatory features for replication origin unwinding. Mol. Microbiol., 55 (4), 978-985.

45. Burgess S.A., Knight PJ. (2004) Is the dynein motor a winch? Curr. Opin. Struct. Biol., 14, 138-146.

46. King S.M. (2000) AAA domains and organization of the dynein motor unit. J. Cell. Science, 113, 25212526.

47. Sakato M., King S.M. (2004) Design and regulation of the AAA+ microtubule motor dynein. J. Struct. Biol., 146, 58-71.

48. Muchowski P J., Wacker J.L. (2005) Modulation of neurodegeneration by molecular chaperones. Nat. Rev. Neuroscience, 6, 11-22.

49. Petrof E.O., Ciancio M.J., Chang E.B. (2004) Role and regulation of intestinal epithelial heat shock proteins in health and disease. Chin. J. Dig. Dis., 5 (2), 45-50.

50. Beere H.M. (2004) The stress of dying: the role of heat shock proteins in the regulation of apoptosis. J. Cell Science., 117, 2641-2651.

51. Di Felice V., David S., Cappello F., Zummo G. (2005) Is chlamydial heat shock protein 60 a risk factor for oncogenesis? Cell Mol. Life, 62 (1), 4-9.

52. Gupta S., Knowlton A.A. (2005) Hsp60, bax, apoptosis and the heart. J. Cell Mol. Med., 9(1), 51-58.

53. Qamra R., Mande S.C. (2004) Crystal structure of the 65-kilodalton heat shock protein, chaperonin 60.2, of Mycobacterium tuberculosis. J. Bacteriol., 186 (23), 105-113.

54. Zellmeier S., Zuber U., Schumann W., Wiegert T. (2003) The absence of FtsH metalloprotease activity causes overexpression of the ©"-controlled pbpE gene, resulting in filamentous growth of Bacillus subtilis. J. Bacteriol., 185 (3), 973-982.

55. Ito K., Akiyama Y. (2005) Cellular functions, mechanism of action and regulation of FtsH protease. Annu. Rev. Microbiol., 59, 211-231.

56. Nixon P.J., Barker M., Boehm M., Vries R., Komenda J. (2004) FtsH-mediated repair of the photosystem II complex in response to light stress. J. Exp. Bot., 56 (411), 357-363.

57. Anilkumar G., Srinivasan R., Anand S.P., Ajitkumar P. (2001) Bacterial cell division protein FtsZ is a specific substrate for the AAA family protease FtsH. Microbiology, 147, 516-517.

58. Adam Z., Ostersetzer O. (2001) Degradation of unassembled and damaged thylakoid proteins. Biochem. Soc. Transact., 29 (4), 427-430. {•

59. Yu F., Park S., Rodermel S.R. (2005) Functional redundancy of ^FtsH metalloproteases in thylakoid membrane complexes. Plant Physiol., (138),* 1957-1966.

60. Akiyama Y., Ito K. (2000) Roles of multimerization and membrane association in the Jproteolytic functions of FtsH (HflB). EMBO J., 19 (15), 3888-3895.

61. Krzywda S., Brzozowski A.M., Verma C., Karata K., Ogura Т., Wilkinson A.J. (2002) The crystal structure of the AAA domain of the ATP-dependent protease FtsH of Escherichia coli at 1.5 A4resolution. Structure, 10(8), 1073-1083.

62. Niwa H., Tsuchiya D., Makyio H., Yoshida M., Morikawa K. (2002) Hexameric ring structure of the ATPase domain of the membrane-integrated metalloprotease FtsH from Thermus thermophilus HB8. Structure, 10(10), 1415-1423.

63. Bieniossek C., Schalch Т., Bumann M., Meister M., Meier R., Baumann^ U. (2006) The molecular architecture of the metalloprotease FtsH. PNAS; 103 (9), 3066-3071.

64. Yamada-Inagawa Т., Okuno Т., Karata K., Yamanaka K., Ogura T. (2003) Conserved pore residues in the AAA protease FtsH are important for proteolysis and its coupling to ATP hydrolysis. J. Biol. Chem., 278(50), 50182-50187.

65. Shotland Y., Shifrin A., Ziv Т., Teff D., Koby S., Kobiler O., Oppenheim-A.B. (2000) Proteolysis of bacteriophage X CII by Escherichia coli FtsH (HflB). J. Bacteriol., 182 (11), 3111-3116.

66. Chiba S., Akiyama Y., Ito K. (2002) Membrane protein degradation by FtsH can be initiated from either end. J. Bacteriol., 184 (17), 4775-4782.

67. Tomoyasu Т., Arsene F., Ogura Т., Bukau B. (2001) The С terminus of a32 is not essential for degradation by FtsH. J. Bacteriol., 183 (20), 5911-5917.

68. Chiba S., Akiyama Y., Mori H., Matsuo E., Ito K. (2000) Length recognition at the N-terminal tail for the initiation of the FtsH-mediated proteolysis. EMBO, 1 (1), 47-52.

69. Wang J., Song J.J., Franklin, M.C., Kamtekar S., Im Y.J. (2001) Crystal structures of the HslVU peptidase-ATPase complex, reveal an ATP-dependent proteolysis mechanism. Structure, 9, 177-84.

70. Akiyama Y., Ito K. (2003) Reconstruction of membrane proteolysis by FtsH. J. Biol. Chem., 278 (20), 18146-18153.

71. Blaszczak A., Georgopoulos C., Liberek K. (1999) On the mechanism of FtsH-dependent degradation of the a32 transcriptional regulator of Escherichia coli and the role of the DnaK chaperone machine. Mol. Microbiol., 31 (1), 157-166.

72. Urech C., Koby S., OppenheimA.B., Muenchbach M., Hennecke H., Narberhaus F. (2000) Differential degradation of Escherichia coli o32 and Bradyrhizobium japonicum RpoH factors by the FtsH protease. Eur. J. Biochem., 267, 4831-4839.

73. Hinnerwisch J., Reid B.G., Fenton W.A., Horwich A.L. (2005) Roles of the N-domains of the ClpA unfoldase in binding substrate proteins and in stable complex formation with the CIpP protease. J. Biol. Chem., 280 (49), 40838-40844.

74. Guo F., Maurizi M.R., Esser L., Xia D. (2002) Crystal structure of ClpA, an HsplOO chaperone and regulator of ClpAP protease. J. Biol. Chem., 277 (48), 46743-46752.

75. Kim D.Y., Kim K.K. (2003) Crystal structure of ClpX molecular chaperone from Helicobacter pylori. J. Biol. Chem., 278 (50), 50664-50670.

76. Wang J., Hartling J.A., Flanagan J.M. (1998) Crystal structure determination of Escherichia coli CIpP starting from an EM-derived mask. J. Struct. Biol., 124 (2-3), 151-163.

77. Singh S.K., Rozycki J., Ortega J., Ishikawa Т., Lo J., Steven A.C., Maurizi M.R. (2001) Functional domains of the ClpA and ClpX molecular chaperones identified by limited proteolysis and deletion analysis. J. Biol. Chem., 276 (31), 29420-29429.

78. Burton BM, Baker ТА. (2005) Remodeling protein complexes: insights from the AAA+ unfoldase ClpX and Mu transposase. Prot. Sci., 14 (8), 1945-1954.

79. Joshi S.A., Hersch G.L., Baker T.A., Sauer R.T. (2004) Communication between ClpX and CIpP during substrate processing and degradation. Nat. Struct. Mol. Biol., 11 (5), 404-411.

80. Hoskins J.R., Wickner S. (2006) Two peptide sequences can function cooperatively to facilitate binding and unfolding by ClpA and degradation by ClpAP. PNAS, 103 (4), 909-914.

81. Burton R.E., Baker T.A., Sauer R.T. (2003) Energy-dependent degradation: linkage between ClpX-catalysed nucleotide hydrolysis and protein substrate processing. Prot. Sci., 12, 893-902.

82. Flynn J.M., Levchenko I., Seidel M., Wickner S.H., Sauer R.T., Baker T.A. (2001) Overlapping recognition determinants within the ssrA degradation tag allow modulation of proteolysis. PNAS, 98 (19), 10584-10589.

83. Bolon D.N., Grant R.A., Baker T.A., Sauer R.T. (2004) Nucleotide-dependent substrate handoff from the SspB adaptor to the AAA+ ClpXP protease. Mol. Cell, 16 (3), 343-350.

84. Flynn J.M., Levchenko I., Sauer R.T., Baker T.A. (2004) Modulating substrate choice: the SspB adaptor delivers a regulator of the extracytoplasmic-stress response to the AAA+ protease ClpXP for degradation. Genes Dev., 18 (18), 2292-2301.

85. Singh S.K., Grimaud R., Hoskins J.R., Wickner S., Maurizi M.R. (2000) Unfolding and internalization of proteins by the ATP-dependent proteases ClpXP and ClpA. PNAS, 97 (16), 8898-8903.

86. Seong I.S., Kang M.S., Choi M.K., Lee J.W., Koh O.J., Wang J., Eom S.H., Chung C.H. (2002) The C-terminal tails of HslU ATPase act as a molecular switch for activation of HslV peptidase. J. Biol. Chem., 277 (29), 25976-25982.

87. Yoo S.J., Shim Y.K., Seong I.S., Seol J.H., Kang M.S., Chung С H. (1997) Mutagenesis of two N-terminal Thr and five Ser residues in HslV, the proteolytic component of the ATP-dependent HslVU protease. FEBSLett., 412 (1), 57-60.

88. Seong I.S., Oh J.Y., Yoo S.J., Seol J.H., Chung C.H. (1999) ATP-dependent degradation of SulA, a cellгdivision inhibitor, by the HslVU protease in Escherichia coli. FEBS Lett., 456, 211-214.

89. Kuo M.S., Chen K.P., Wu W.F. (2004) Regulation of RcsA by the ClpYQ (HslUV) protease in Escherichia coli. Microbiology, 150, 437-446.

90. Kang M.S., Lim B.K., Seong I.S., Seol J.H., Tanahashi N., Tanaka K., Chung C.H. (2001) The ATP-dependent CodWX (HslVU) protease in Bacillus subtilis is an N-terminal serine protease. EMBO J., 20 (4), 734-742.

91. Baumaister W., Walz J., Zuhl F., Seemuller E. (1998) The Proteasome: paradigm of a self-compartmentalizing protease. Cell, 92, 367-380.

92. Groll M., Ditzel L., Lowe J., Stock D., Bochtler M., Bartunik H.D., Huber R. (1997) Structure of 20S proteasome from yeast at 2.4 A resolution. Nature, 386 (6624), 463-471.

93. Unno M., Mizushima Т., Morimoto Y., Tomisugi Y., Tanaka K., Yasuoka N., Tsukihara T. (2002) The structure of the mammalian 20S proteasome at 2.75 A resolution. Structure, 10 (5), 609-618.

94. Orlowski M. (1990) The multicatalytic proteinase complex, a major extralysosomal proteolytic system. Biochemistry, 29 (45), 10289-10297.

95. Heinemeyer W., Fischer M., Krimmer Т., Stachon U., Wolf D.H. (1997) The active sites of the eukaryotic 20S proteasome and their involvement in subunit precursor processing. J. Biol. Chem., 272 (40), 25200-25209.

96. Arendt C.S., Hochstrasser M. (1997) Identification of the yeast 20S proteasome catalytic centers and subunit interactions required for active-site formation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 94 (14), 7156-7161.

97. Seemuller E., Lupas A., Stock D., Lowe J., Huber R., Baumeister W. (1995) Proteasome from Thermoplasma acidophilum: a threonine protease. Science, 268 (5210), 579-582.

98. Kisselev A.F., Akopian T.N., Castillo V., Goldberg A.L. (1999) Proteasome active sites allosterically regulate each other, suggesting a cyclical bite-chew mechanism for protein breakdown. Mol. Cell, 4 (3), 395-402.

99. Kanemori M., Yanagi H., Yura T. (1999) The ATP-dependent HslVU/ClpQY protease participates in turnover of cell division inhibitor SulA in Escherichia coli. J. Bacterial., 181(12), 3674-3680. Г

100. Wilkinson K.D., Ventii K.H., Friedrich K.L., Mullally J.E. (2005) The ubiquitin signal: assembly, recognition and termination. EMBO rep., 6 (9), 815-820.

101. Hershko A., Ciechanover A., Rose I.A. (1981) Identification of the active amino acid residue of the polypeptide of ATP-dependent protein breakdown. J. Biol. Chem., 256 (4), 1525-1528.

102. Chau V., Tobias J.W., Bachmair A., Marriott D., Ecker D.J., Gonda D.K., Varshavsky A. (1989) Ubiquitin chain is confined to specific lysine in a targeted short-lived protein. Science, 243 (4898), 15761583.

103. Hershko A. (1996) Lessons from the discovery of the ubiquitin system. Trends Biochem. Sci., 21 (II), 445-449.

104. Hershko A., Ciechanover A. (1992) The ubiquitin system for protein degradation. Ann. Rev. Biochem., 61, 761-807.

105. Rogers S., Wells R., Rechsteiner M. (1986) Amino acid sequences common to rapidly degraded proteins: the PEST hypothesis. Science, 234 (4774), 364-368.

106. Rechsteiner M., Rogers S.W. (1996) PEST sequences and regulation by proteolysis. Trends Biochem. Sci., 21 (7), 267-271.

107. Glotzer M., Murray A.W., Kirschner M.W. (1991) Cyclin is degraded by the ubiquitin pathway. Nature, 349 (6305), 132-138.

108. Tu G.F., Reid G.E., Zhang J.G., Moritz R.L., Simpson R.J. (1995) C-terminal extension of truncated recombinant proteins in Escherichia coli with a lOSa RNA decapeptide. J. Biol. Chem., 270 (16), 93229326.

109. Keiler K.C., Silber K.R., Downard K.M., Papayannopoulos I.A., Biemann K., Sauer R.T. (1995) C-terminal specific protein degradation: activity and substrate specificity of the Tsp protease. Prot. Sci., 4 (8), 1507-1515.

110. Hershko A., Ciechanover A. (1998) The ubiquitin system. Ann. Rev. Biochem , 67, 425-479.

111. Lee A.Y., Hsu C.H., Wu S.H. (2004) Functional domains of Brevibacillus thermoruber Lon protease for oligomerization and DNA binding. J. Biol. Chem., 279 (33), 34903-34912.

112. Chung, C.H., Goldberg, A.L. (1981) The product of the lon (capR) gene in Escherichia coli is the ATP-dependent protease, protease La. Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 78, 4931-4935.

113. Goldberg, A.L., Moerschell, R.P., Chung, C.H., Maurizi, M.R. (1994) ATP-dependent protease La (lon) from Escherichia coli. Methods Enzymol., 244, 350-375. V

114. Rivett, A.J. (1989) High molecular mass intracellular proteases. Biochem. J., 263, 625-633.

115. Besche H., Zwickl P. (2004) The Thermoplazma acidophilum Lon protease has a Ser-Lys dyad active site. Eur. J. Biochem., 271 (22), 4361-4365. \

116. Park S.C., Jia В., Yang J.K., Van D.L., Shao Y.G., Han S.W., Jeon Y.J., Chung C.H., Cheong G.W. (2006) Oligomeric structure of the ATP-dependent protease La (Lon) of Escherichia coli. Mol. Cells, 21 (1), 129-134. i

117. Gottesman S. (1996) Proteases and their targets in Escherichia coli. Ann. Rev. Genet., 30,465-506.

118. Ротанова T.B. (2001) Энергозависимый селективный внутриклеточный протеолиз. Строение, активные центры и специфичность АТР-зависимых протеиназ. Вопросы Мед. Химии, 44 (I), 3-19.

119. Tsilibaris V., Maenhaut-Michel G., Melderen L. (2006) Biological roles of the Lon ATP-dependent protease. Res. Microbiol., 157, 701-713.

120. NishiiW., Suzuki Т., Nakada M,, Kim Y.T., Muramatsu Т., Takahashi K. (2005) Cleavage mechanism of ATP-dependent Lon protease toward ribosomal S2 protein. FEBS Lett., 579, 6846-6850.

121. Vineyard D., Patterson J., Berdis A.J., Lee I. (2005) Monitoring the timing of ATP hydrolysis with activation of peptide cleavage in Escherichia coli Lon by transient kinetics. Biochemistry, 44, 1671-1682'.

122. Vineyard D., Patterson J., Lee I. (2006) Single-turnover kinetic experiments confirmthe existence of high- and low-affinity ATPase sites in Escherichia coli Lon protease. Biochemistry, 45, 4602-4610.

123. Fu G.K., Smith M.J., Markovitz D.M. (1997) Bacterial protease Lon is site-specific DNA-binding protein./. Biol. Chem., 272 (1), 534-538.

124. Liu Т., Lee I., Ondrovicova G., Kutejova E., Suzuki C. (2004) DNA and RNA binding by the mitochondrial Lon protease is regulated by nucleotide and protein substrate. J. Biol. Chem., 279 (14), 13902-13910.

125. Nomura K., Kato J:, Takiguchi N., Ohtake H., Kuroda A. (2004) Effect of inorganic polyphosphate on the proteolytic and DNA-binding activities of Lon in Escherichia coli. J. Biol. Chem., 279 (33), 3440634410.

126. Kuroda A., Nomura K., Ohtomo R., Kato J., Ikeda Т., Takiguchi N., Ohtake H., KornbergrA. (2001) Role of inorganic polyphosphate in promoting ribosomal protein degradation by the Lon protease in E. coli. Science, 293, 705-708.

127. Bota D.A., Davies KJ. (2002) Lon protease preferentially degrades oxidized mitochondrial:aconitase by an ATP-stimulated mechanism. Nat. Cell Biol., 4, 674-680.

128. Bota D.A., Van Remmen H., Davies K.J. (2002) Modulation of Lon protease activity and aconitase turnover during aging and oxidative stress. FEBS Lett., 532, 103-106.

129. Waxman L., Goldberg A.L. (1985) Protease La, the lon gene product, cleaves specific fluorogenic peptides in an ATP-dependent reaction. / Biol. Chem., 260, 12022-12028.

130. Amerik A.Yu., Antonov V.K., Gorbalenya A.E., Kotova S.A., Rotanova T.V., Shimbarevich E.V. (1991) Site-directed mutagenesis of La protease. A catalytically active serine residue. FEBS Lett., 287, 211-214.

131. Starkova N.N., Koroleva E.P., Rumsh L.D., Ginodman L.M., Rotanova T.V. (1998) Mutations in the proteolitic domain of Escherichia coli protease Lon impair the ATPase activity of the enzyme. FEBS Lett., 422 (2), 218-220.

132. Paetzel M., Dalbey R.E. (1997) Catalytic hydroxyl/amine dyads within serine proteases. Trends. Biochem. Sci., 22,28-31.

133. Corey D.R:, Craik C.S. (1992) An investigation into the minimum requirements for peptide hydrolysis by mutation ofthe catalytic triad of trypsin. J. Am. Chem. Soc., 114,1784-1790.

134. Liao D., Breddam K., Sweet R.M., Bullock Т., Remington S.J. (1992) Refined atomic model of wheat serine carboxypeptidase II at 2.2-A resolution. Biochemistry, 31, 9796-9812.

135. Ротанова T.B., Цирульников К.Б., Мельников Э.Э. (2003) Каталитическая диада Ser Lys в активном центре АТР-зависимой Ьоп-протеиназы Escherichia coli. Биоорган. Химия-, 29 (1), 97-99.

136. Maurizi M.R. (1987) Degradation in vitro of bacteriophage A. N protein by Lon protease from Escherichia coli. J. Biol. Chem., 262 (6), 2696-2703.

137. Lee I., Berdis A.J. (2001) Adenosine triphosphate-dependent degradation of a fluorescent X N substrate mimic by Lon protease. Anal. Biochem., 291, 74-83.

138. Kuehner F„ Costa L.T., Bisch P.M., Thalhammer S., Heckl W.M., Gaub H.E. (2004) LexA-DNA bond strength by single molecule forces. Biophys. J., 87, 2683-2690.

139. Barret A.J., Rawlings N.D., Woessner J.F. (1998) Handbook of proteolytic enzymes. Acad. Press.

140. Neher S.B., Flynn J.M., Sauer R.T., Baker T.A. (2003) Latent ClpX-recognition signals ensure LexA destruction after DNA damage. Genes Dev., 17, 1084-1089.

141. Luo Y., Pfuetzner R.A., Mosimann S., Paetzel M., Frey E.A., Cherney M., Kim В., Little J.W., Strynadka N.C.J. (2001) Crystal structure of LexA: a conformational switch for regulation of self-cleavage. Cell, 106, 585-594.j

142. Ghosh K., Pal A., Chattopadhyaya R. (2004) pH-dependent autocleavage of Я repressor occurs in the operator-bound form: characterization of Я repressor autocleavage. Biochem. J., 379, 325-330.

143. McCabe B.C., Pawlowski D.R., Koudelka G.B. (2005) The bacteriophage 434 repressor dimer preferentially undergoes autoproteolysis by an intramolecular mechanism. J. Bacteriol., 187 (16), 56245630.

144. Dev I.K., Ray P.H., Novak P. (1990) Minimum substrate sequence for signal peptidase I of Escherichia coli. J. Biol. Chem., 265 (33), 20069-20072.

145. Dalbey R.E., Lively M.O., Bron S., van Dijl J.M. (1997) The chemistry and enzymology of the type I signal peptidases. Protein Sci., 6, 1129-1138.

146. Von Heijne G. (1986) A new method for predicting signal sequence cleavage sites. Nucleic Acids Res., 14, 4683-4690.

147. Fikes J.D., Barkocy-Gallagher G.A., Klapper D.G., Bassford P.G. (1990) Maturation of Escherichia coli maltose-binding protein by signal peptidase I in vivo. J. Biol. Chem., 265 (6), 34173423.

148. Paetzel M., Dalbey R.E., Strynadka N.C. (1998) Crystal structure of a bacterial signal peptidase in complex with a p-lactam inhibitor. Nature, 396, 186-190.

149. Paetzel M., Karla A., Strynadka N.C.J., Dalbey R.E. Signal peptidases. (2002) Chem. Rev., 102, 45494579.

150. Paetzel M., Goodall J.J., Kania M., Dalbey R.E., Page M.G. (2004) Ciystallographic and biophysical analysis of a bacterial signal peptidase in complex with a lipopeptide-based inhibitor. J. Biol.Chem., 279' (29), 30781-30790.

151. Carlos J.L., Klenotic P.A., Paetzel M., Stiynadka N.C., Dalbey R.E. (2000) Mutational evidence of transition state stabilization by serine 88 in Escherichia coli type I signal peptidase. Biochemistry, 39, 7276-7283.

152. Bilgin N., Lee J.I., Zhu H., Dalbey R.E., von Heijne G. (1990) Mapping of catalytically important domains in Escherichia coli leader peptidase. EMBO J., 9 (9), 2717-2722.

153. Black M.T., Bruton G. (1998) Inhibitors of bacterial signal peptidases. Curr. Pharm. Design., 4, 133154. f

154. Keiler K.C., Sauer R.T. Identification of active site residues of the Tsp protease. (1995) J. Biol. Chem., 270 (48), 28864-28868.

155. Inagaki N., Maitra R., Satoh K., Pakrasi H.B. (2001) Amino acid residues that are critical; for in vivo catalytic activity of CtpA, the carboxyl-terminal processing protease for the D1 protein of photosystem II. J. Biol. Chem., 276 (32), 30099-30105.

156. Yamamoto Y., Inagaki N., Satoh K. (2001) Overexpression and characterization of carboxyl-terminal processing protease for precursor D1 protein. J. Biol. Chem., 276 (10), 7518-7525.

157. Birghan C., Mundt E., Gorbalenya A.E. (2000) A non-canonical Lon proteinase lacking the ATPase domain employs the Ser-Lys catalytic dyad to exercise broad control over the life cycle of a double-stranded RNA virus. EMBO J., 19 (1), 114-123.

158. Lejal N., da Costa В., Huet J., Delmas B. (2000) Role of Ser-652 and Lys-692 in the protease activity of infectious bursal disease virus VP4 and identification of its substrate cleavage sites. J. Gen. Virol., 81 (4), 983-992.

159. Ротанова T.B. (1999) Структурно-функциональные особенности АТР-зависимой Lon-протеиназы из Escherichia coli. Биоорган. Химия, 25 (12), 883-891.

160. Goldberg A.L. (1992) The mechanism and functions of ATP-dependent proteases in bacterial and animal cells. Eur. J. Biochem., 203, 9-23.

161. Petit S., Lejal N., Huet J., Delmas B. (2000) Active residues and viral substrate cleavage sites of the protease of the birnavirus infectious pancreatic necrosis virus. J. Virol., 74 (5), 2057-2066.

162. Америк А.Ю., Антонов B.K., Остроумова Н.И., Ротанова Т.В., Чистякова Л.Г. (1990) Клонирование, структура и экспрессия полноразмерного гена lon Escherichia coli, кодирующего АТР-зависимую La-протеинэзу. Биоорган. Химия, 16 (7), 869-880.

163. Ротанова Т.В., Котова С.А., Америк А.Ю., Лыков, И.П., Гинодман Л.М.', Антонов В.К. (1994) АТР-зависимая протеиназа La из Escherichia coli. Биоорг. Химия, 20 (2), 114-125.

164. Patterson J., Vineyard D., Thomas-Wohlever J., Behshad R., Burke M., Lee I. (2004) Correlation of an adenine-specific conformational change with the ATP-dependent peptidase activity of Escherichia coli Lon: Biochemistry, 43, 7432-7442.

165. Васильева O.B., Мартынова Н.Ю., Потапенко H.A., Овчинникова Т.В. (2004) Выделение и характеристика фрагментов АТР-зависимой Lon-протеиназы Е. coli, полученных ограниченным протеолизом. Биоорг. Химия, 30 (4), 341-349.

166. Биохимическая термодинамика под ред. Блюменфельда Л.А. (1982) "Мир", М., 95-104.

167. Li М., Rasulova F., Melnikov Е.Е., Rotanova T.V., Gustchina A., Maurizi M.R., Wlodawer A. (2005) Crystal structure of the N-terminal domain of E. coli Lon protease. Protein Sci., 14 (11), 2895-^900.

168. JeruzalmiD., O'Donnell M., KuriyanJ. (2001) Crystal structure of the processivity clamp loader gamma (y) complex of E. coli DNA polymerase III. Cell, 106, 429-441.

169. Rudyak S.G., Brenowitz M., Shrader Т.Е. (2001) Mg2+-linked oligomerization modulates the catalytic activity of the Lon (La) protease from Mycobacterium smegmatis. Biochemistry, 40, 9317-9323.

170. Stahlberg H., Kutejova E., Suda K., Wolpensinger В., Lustig A., Schatz G., Engel A., Suzuki C.K. (1999) Mitochondrial Lon of Saccharomyces cerevisiae is a ring-shaped protease with.seven flexible subunits. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96, 6787-6790.

171. Мельников Э.Э., Цирульников-К.Б., Ротанова Т.В. (2000) Сопряжение протеолиза и гидролиза АТР при функционировании Lon-протеиназы. I. Кинетические аспекты гидролиза АТР. Биоорган. Химия, 26 (7), 530-538.

172. Bradford М.М. (1976) A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal. Biochem., 272, 248-254.

173. Laemmli U.K. (1970) Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4.Nature, 227, 680-685.

174. Bencini D.A., Wild J.R., O'Donovan G.A. (1983) Linear one-step assay for the determination of ortophosphate. Anal. Biochem., 132,254-258.