Annual Review of Biochemistry

Bacterial conjugation is an important source of genetic plasticity. The initiation complex for conjugative transfer of transmissible plasmids—the relaxosome—is a specific DNA-protein structure that has been isolated from cells and reconstituted from purified components in vitro. Complexes containing uncleaved DNA and DNA cleaved at the nicsite in the origin of transfer (oriT) coexist in equilibrium. Relaxase is usually loaded onto oriT by accessory DNA-binding proteins. Relaxase catalyzes cleavage of a specific phosphodiester bond at nic and becomes covalently linked through a tyrosyl residue to the 5′ terminus of the cleaved strand. Cleaved DNA may be unwound for transfer by a plasmid-encoded helicase. Single-strand transfer is thought to occur by a replicative rolling circle mechanism. Termination of a round of transfer is achieved by the cleaving-joining activity of the relaxase linked to the 5′ end of the transferring strand. Relationships between DNA processing reactions and conjugative interactions of cell envelopes are particularly obscure aspects of the conjugation cycle.

▪ Tóm tắt Lipopolysaccharides (LPS) của vi khuẩn thường bao gồm một phân đoạn kị nước được biết đến là lipid A (hoặc nội độc tố), một oligosaccharide "lõi" không lặp lại, và một polysaccharide xa hơn (hoặc O-antigen). Dữ liệu bộ gen gần đây đã tạo điều kiện cho việc nghiên cứu sự lắp ráp LPS ở nhiều vi khuẩn Gram âm khác nhau, nhiều trong số đó là mầm bệnh ở người hoặc thực vật, và đã xác định được tầm quan trọng của chuyển gen ngang trong việc tạo ra sự đa dạng cấu trúc của O-antigens. Nhiều enzyme của quá trình sinh tổng hợp lipid A như LpxC đã được xác nhận là các mục tiêu cho phát triển thuốc kháng sinh mới. Các gene chính cho sinh tổng hợp lipid A rất ngạc nhiên cũng đã được tìm thấy trong các loài thực vật bậc cao, cho thấy sự tồn tại có thể có của các phân tử giống lipid A ở sinh vật nhân chuẩn. Quan trọng nhất là sự nhận dạng protein màng tế bào TLR4 là receptor tín hiệu lipid A của tế bào động vật. TLR4 thuộc một họ các receptor miễn dịch bẩm sinh sở hữu vùng ngoại bào lớn của các đoạn lặp lại giàu leucine, một đoạn màng đơn, và một khu vực tín hiệu tế bào chất nhỏ hơn tham gia vào protein thích ứng MyD88. Sự mở rộng kiến thức về tính đặc hiệu của TLR4 và các con đường tín hiệu hậu kỳ của nó có thể cung cấp các cơ hội mới để ức chế viêm liên quan đến nhiễm trùng.

Prenylation is a class of lipid modification involving covalent addition of either farnesyl (15-carbon) or geranylgeranyl (20-carbon) isoprenoids to conserved cysteine residues at or near the C-terminus of proteins. Known prenylated proteins include fungal mating factors, nuclear lamins, Ras and Ras-related GTP-binding proteins (G proteins), the subunits of trimeric G proteins, protein kinases, and at least one viral protein. Prenylation promotes membrane interactions of most of these proteins, which is not surprising given the hydrophobicity of the lipids involved. In addition, however, prenylation appears to play a major role in several protein-protein interactions involving these species. The emphasis in this review is on the enzymology of prenyl protein processing and the functional significance of prenylation in cellular events. Several other recent reviews provide more detailed coverage of aspects of prenylation that receive limited attention here owing to length restrictions (1-4).

Neurotoxin botulinum (BoNT), tác nhân gây ra bệnh ngộ độc botulism, được công nhận là loại protein độc nhất được biết đến. Các protease BoNT làm tê liệt việc xuất bào của bào túi synap bằng cách cắt đứt các cơ chất SNARE (soluble NSF attachment protein receptor) trong té bào chất. BoNT là một cấu trúc nano phức tạp: enzym N-terminal Zn²⁺-metalloprotease, là loại cắt đứt SNAREs; một kênh protein dẫn truyền hình xoắn ở trung tâm, trợ lý cho quá trình chuyển protease qua endosome; và một mô-đun gắn kết thụ thể ở cuối C, bao gồm hai miền phụ xác định tính đặc hiệu mục tiêu qua việc gắn kết với ganglioside và thụ thể protein trên bề mặt tế bào và kích hoạt hiện tượng endocytosis. Đối với BoNT, sự phức tạp về chức năng xuất phát từ thiết kế dạng module của nó và sự phối hợp chặt chẽ giữa các tiểu phần—một sự hợp tác với những hệ quả vượt xa tổng thể hành động của từng phần riêng lẻ. BoNT khai thác thiết kế này tại mỗi bước trong quá trình ngộ độc, qua đó đạt được mức độ độc quyền. Bài viết này tóm tắt kiến thức hiện tại về cấu trúc của các module riêng lẻ và trình bày những cái nhìn sâu sắc vào cơ chế protein này phát triển đến mức độ tinh vi như vậy. Nắm bắt nguyên lý thiết kế cơ bản làm nền tảng cho chức năng của protein dạng module động như vậy vẫn là một nhiệm vụ đầy thử thách.

▪ Abstract  The low-density lipoprotein receptor (LDLR) is responsible for uptake of cholesterol-carrying lipoprotein particles into cells. The receptor binds lipoprotein particles at the cell surface and releases them in the low-pH environment of the endosome. The focus of the current review is on biochemical and structural studies of the LDLR and its ligands, emphasizing how structural features of the receptor dictate the binding of low-density lipoprotein (LDL) and beta-migrating forms of very low-density lipoprotein (β-VLDL) particles, how the receptor releases bound ligands at low pH, and how the cytoplasmic tail of the LDLR interfaces with the endocytic machinery.

▪ Abstract  In vitro selection allows rare functional RNA or DNA molecules to be isolated from pools of over 10¹⁵different sequences. This approach has been used to identify RNA and DNA ligands for numerous small molecules, and recent three-dimensional structure solutions have revealed the basis for ligand recognition in several cases. By selecting high-affinity and -specificity nucleic acid ligands for proteins, promising new therapeutic and diagnostic reagents have been identified. Selection experiments have also been carried out to identify ribozymes that catalyze a variety of chemical transformations, including RNA cleavage, ligation, and synthesis, as well as alkylation and acyl-transfer reactions and N-glycosidic and peptide bond formation. The existence of such RNA enzymes supports the notion that ribozymes could have directed a primitive metabolism before the evolution of protein synthesis. New in vitro protein selection techniques should allow for a direct comparison of the frequency of ligand binding and catalytic structures in pools of random sequence polynucleotides versus polypeptides.

Endocytic mechanisms control the lipid and protein composition of the plasma membrane, thereby regulating how cells interact with their environments. Here, we review what is known about mammalian endocytic mechanisms, with focus on the cellular proteins that control these events. We discuss the well-studied clathrin-mediated endocytic mechanisms and dissect endocytic pathways that proceed independently of clathrin. These clathrin-independent pathways include the CLIC/GEEC endocytic pathway, arf6-dependent endocytosis, flotillin-dependent endocytosis, macropinocytosis, circular doral ruffles, phagocytosis, and trans-endocytosis. We also critically review the role of caveolae and caveolin1 in endocytosis. We highlight the roles of lipids, membrane curvature-modulating proteins, small G proteins, actin, and dynamin in endocytic pathways. We discuss the functional relevance of distinct endocytic pathways and emphasize the importance of studying these pathways to understand human disease processes.

Among organelles, lipid droplets (LDs) uniquely constitute a hydrophobic phase in the aqueous environment of the cytosol. Their hydrophobic core of neutral lipids stores metabolic energy and membrane components, making LDs hubs for lipid metabolism. In addition, LDs are implicated in a number of other cellular functions, ranging from protein storage and degradation to viral replication. These processes are functionally linked to many physiological and pathological conditions, including obesity and related metabolic diseases. Despite their important functions and nearly ubiquitous presence in cells, many aspects of LD biology are unknown. In the past few years, the pace of LD investigation has increased, providing new insights. Here, we review the current knowledge of LD cell biology and its translation to physiology.