NTPaseドメイン内に挿入された異常な系統分布と膜貫通セグメントを持つPループNTPaseの新規ファミリー

背景：Pループ倍NTPaseに関する最近の配列構造研究は、それらの進化と機能的多様性の既存の理解を大幅に進めてきました。これらの研究は、このfold内の新規系統の特性評価と機能的特性の予測のフレームワークを提供します。 結果：シーケンスプロファイルの検索と相同性の構造予測を使用して、P-Loop NTPaseの以前に特徴付けられていないファミリーを特定しました。これには、神経膜タンパク質と受容体チロシンキナーゼ基質Kidin220/ARMSが含まれます。ファージT7除外に関与するプラスミドPIFAタンパク質、およびいくつかの特性化されていない細菌タンパク質。これらの（予測された）ntPaseを、Kidins220/ArmsおよびPIFAの後、Kapファミリーと呼びます。KapファミリーNTPaseは、細菌の広い系統発生範囲に散発的に分布していますが、真核生物の中では動物でのみ表されます。原核生物のKap NTPaseの多くはプラスミドでエンコードされており、偽造形成を形成するために破壊を受ける傾向があります。すべての真核生物および特定の細菌KAP NTPaseのユニークな特徴は、PループNTPaseドメインに挿入された2つまたは4つの膜貫通ヘリックスの存在です。これらの膜貫通ヘリックスは、Pループドメインが細胞内に位置するように、膜にKap ntPaseを固定します。KAPファミリーは、AAA+、ABC、RECA様、Vird4様、ピルト様、およびAP/NACHT様NTPaseクラスを備えたP -Loop NTPase折りの同じ主要な分割に属していることを示します。KAPファミリーに加えて、P-Loopドメインに2つの膜貫通ヘリックスが挿入された、予測される細菌NTPaseの別の小さなファミリーを特定しました。このファミリーは、Kap NTPaseに特に関連しておらず、膜貫通ヘリックスの独立した獲得を示唆しています。 結論：KAPファミリーNTPaseは、主にタンパク質複合体のNTP依存性ダイナミクス、特に細胞膜の細胞内表面に関連するもので機能すると予測します。Kidins220/Armsを含む動物KAP NTPaseは、神経突起の成長と発達に関与する膜関連シグナル伝達複合体のアセンブリのNTP依存性調節因子として機能する可能性があります。原核生物のKap NTPaseの可能な機能の1つは、宿主細胞からウイルスなどの利己的なレプリコンを除外している可能性があります。系統解析と系統パターンは、動物の共通の祖先が細菌からの横方向の移動を介してKap NTPaseを獲得したことを示唆しています。しかし、いくつかの真核生物系統で複数の喪失に続く真核生物への以前の移動は除外できません。

BACKGROUND: Recent sequence-structure studies on P-loop-fold NTPases have substantially advanced the existing understanding of their evolution and functional diversity. These studies provide a framework for characterization of novel lineages within this fold and prediction of their functional properties. RESULTS: Using sequence profile searches and homology-based structure prediction, we have identified a previously uncharacterized family of P-loop NTPases, which includes the neuronal membrane protein and receptor tyrosine kinase substrate Kidins220/ARMS, which is conserved in animals, the F-plasmid PifA protein involved in phage T7 exclusion, and several uncharacterized bacterial proteins. We refer to these (predicted) NTPases as the KAP family, after Kidins220/ARMS and PifA. The KAP family NTPases are sporadically distributed across a wide phylogenetic range in bacteria but among the eukaryotes are represented only in animals. Many of the prokaryotic KAP NTPases are encoded in plasmids and tend to undergo disruption to form pseudogenes. A unique feature of all eukaryotic and certain bacterial KAP NTPases is the presence of two or four transmembrane helices inserted into the P-loop NTPase domain. These transmembrane helices anchor KAP NTPases in the membrane such that the P-loop domain is located on the intracellular side. We show that the KAP family belongs to the same major division of the P-loop NTPase fold with the AAA+, ABC, RecA-like, VirD4-like, PilT-like, and AP/NACHT-like NTPase classes. In addition to the KAP family, we identified another small family of predicted bacterial NTPases, with two transmembrane helices inserted into the P-loop domain. This family is not specifically related to the KAP NTPases, suggesting independent acquisition of the transmembrane helices. CONCLUSIONS: We predict that KAP family NTPases function principally in the NTP-dependent dynamics of protein complexes, especially those associated with the intracellular surface of cell membranes. Animal KAP NTPases, including Kidins220/ARMS, are likely to function as NTP-dependent regulators of the assembly of membrane-associated signaling complexes involved in neurite growth and development. One possible function of the prokaryotic KAP NTPases might be in the exclusion of selfish replicons, such as viruses, from the host cells. Phylogenetic analysis and phyletic patterns suggest that the common ancestor of the animals acquired a KAP NTPase via lateral transfer from bacteria. However, an earlier transfer into eukaryotes followed by multiple losses in several eukaryotic lineages cannot be ruled out.