Ubiquitin

Ubiquitin (z anglického  ubiquitous  - "ubiquitous") je malý (8,5 kDa ) konzervativní eukaryotický protein , který se podílí na regulaci intracelulární degradace jiných proteinů a také na modifikaci jejich funkcí. Je přítomen téměř ve všech tkáních mnohobuněčných eukaryot, stejně jako v jednobuněčných eukaryotických organismech. Ubiquitin byl objeven v roce 1975 Gideonem Goldsteinem et al [1] a charakterizován v 70.–80 . letech 20. století [2] . V lidském genomu jsou čtyři geny kódující ubikvitin : UBB , UBC , UBA52 a RPS27A [3] .

Ubikvitinace je post-translační připojeníjednoho nebo více monomerů ubikvitinu prostřednictvím ubikvitinových ligáz prostřednictvím kovalentní vazby k postranním aminoskupinám cílového proteinu. Připojení ubikvitinu může mít různé účinky na cílové proteiny: ovlivňuje intracelulární lokalizaci , ovlivňuje jejich aktivitu, podporuje nebo zabraňuje interakcím protein-protein [4] [5] [6] . První objevenou funkcí ubikvitinu však byla proteolytická degradace proteinů značených polyubikvitinovými řetězci (ve kterých jsou následné ubikvitinové jednotky připojeny k postranním aminoskupinám předchozí molekuly ubikvitinu) pomocí proteazomu  26SUbiquitin také reguluje takové důležité procesy, jako je proliferace , vývoj a diferenciace buněk , reakce na stres a patogeny a opravy DNA .

V roce 2004 byli Aaron Ciechanover , Avram Hershko a Irving Rose oceněni Nobelovou cenou za chemii „za objev degradace proteinu zprostředkovaného ubiquitinem“ [7] .

Historie objevů

Ubiquitin (původně pojmenovaný všudypřítomný imunopoetický polypeptid ) byl poprvé identifikován v roce 1975 [1] jako 8,5 kDa protein neznámé funkce, přítomný ve všech eukaryotických buňkách.

Ubikvitinové geny

Savci (včetně lidí) mají 4 různé geny, které kódují ubiquitin. Každý z genů UBA52 a RPS27A kóduje jednu kopii ubikvitinu jako součást polyproteinu (polypeptid skládající se z prekurzorů několika proteinů, které jsou následně odděleny v důsledku omezené proteolýzy můstků mezi nimi): produkt genu UBA52 je původně syntetizován jako ubikvitin „připojený“ k ribozomálnímu proteinu L40 a produkt genu RPS27A jako ubikvitin „připojený“ k S27a. Geny UBB a UBC kódují několik kopií ubikvitinu jako součásti prekurzorových polyproteinů [3] .

Ubikvitinace

Ubikvitinace (také známá jako ubikvitylace) je enzymatická posttranslační modifikace (PTM), která zahrnuje přidání ubikvitinu k proteinovému substrátu . Nejčastěji k připojení dochází za vzniku izopeptidové vazby mezi karboxylovou skupinou posledního aminokyselinového zbytku ubikvitinu ( glycin -76) a aminoskupinou postranního řetězce lysinového zbytku substrátového proteinu.

Různé modifikace ubiquitinu

Ubikvitinace ovlivňuje buněčné procesy regulací degradace proteinů (prostřednictvím proteazomů a lysozomů), koordinací subcelulární lokalizaceproteiny, jejich aktivace a inaktivace a modulace interakcí protein-protein [4] [5] [6] . Tyto účinky jsou zprostředkovány různými typy ubikvitinace substrátových proteinů, například připojením jedné molekuly ubikvitinu k substrátu (monoubikvitinace) nebo připojením různých ubikvitinových řetězců (polyubikvitinace) [8] .

Monoubikvitinace

Monoubikvitinace  je přidání jedné molekuly ubikvitinu k substrátovému proteinu. Mnohonásobná monoubikvitinace (multiubikvitinace) je připojení několika jednotlivých molekul ubikvitinu k jednotlivým lysinovým zbytkům v substrátovém proteinu. Monoubikvitinace a polyubikvitinace stejných proteinů pro ně mohou mít různé důsledky. Předpokládá se, že před tvorbou polyubikvitinových řetězců je nutné připojit jednu molekulu ubikvitinu [8] .

Polyubikvitinace

Polyubikvitinace  je tvorba polyubikvitinových řetězců na jediném lysinovém zbytku substrátového proteinu. Poté, co je úplně první ubikvitinový zbytek připojen k substrátovému proteinu, další molekuly ubikvitinu se mohou připojit k prvnímu; v důsledku toho vzniká polyubikvitinový řetězec [8] . Tyto řetězce jsou tvořeny tvorbou izopeptidové vazby mezi karboxylovou skupinou C-koncového glycinového zbytku jedné molekuly ubikvitinu a aminoskupinou jiné molekuly ubikvitinu, která je již spojena se substrátovým proteinem. Ubikvitin má sedm lysinových zbytků a N-konec , který může sloužit jako připojovací body pro následné molekuly ubikvitinu: jedná se o lysinové zbytky v polohách K6, K11, K27, K29, K33, K48 a K63. První identifikované, a tedy nejlépe charakterizované, jsou polyubikvitinové řetězce tvořené vazbami se zbytky lysinu-48. Řetězce spojené prostřednictvím lysinu-63 jsou také poměrně dobře charakterizovány, zatímco funkce řetězců spojených prostřednictvím jiných lysinových zbytků, smíšených a rozvětvených řetězců, N-terminálních lineárních řetězců a heterologních řetězců (skládajících se z ubiquitinu rozptýleného s jinými ubikvitinovými proteiny) zůstává zachována. nejasné [8] [9] [10] [11] [12] .

Pomocí polyubikvitinových řetězců tvořených vazbou přes zbytek lysinu-48 jsou cílové proteiny označeny pro proteolytickou degradaci.

Polyubikvitinové řetězce vytvořené vazbou přes zbytek lysinu-63 nejsou spojeny s proteasomální degradací substrátového proteinu. Naopak, tyto polyubikvitinové řetězce hrají klíčovou roli v koordinaci dalších procesů, jako je řízená endocytóza , zánět , translace a oprava DNA [13] .

Méně je známo o atypických polyubiquitinových řetězcích (nepropojených přes zbytky lysinu-48), ale výzkum začal zkoumat jejich roli v buňkách [10] . Existují důkazy, že atypické řetězce vytvořené vazbou přes lysinové zbytky 6, 11, 27, 29 a N-terminální řetězce mohou vyvolat proteasomální degradaci proteinů [14] [15] .

Je známá existence rozvětvených polyubikvitinových řetězců obsahujících vazby mnoha typů [16] . Funkce těchto řetězců není známa [17] .

Struktura polyubikvitinových řetězců

Polyubikvitinové řetězce tvořené vazbami různých typů mají specifický vliv na proteiny, na které jsou navázány. Specifičnost tohoto účinku je způsobena rozdíly v konformaci proteinových řetězců. Polyubikvitinové řetězce tvořené vazbami prostřednictvím lysinových zbytků v pozicích 29, 33 [18] , 63 a N-terminální řetězce mají z větší části lineární strukturu, známou jako řetězce s otevřenou konformací. Řetězce tvořené vazbami přes zbytky K6, K11 a K48 tvoří uzavřenou konformaci. Molekuly ubikvitinu v lineárních řetězcích spolu neinteragují, s výjimkou kovalentních izopeptidových vazeb , které je spojují.. Naopak řetězce s uzavřenou konformací mají na svém povrchu aminokyselinové zbytky, které spolu mohou interagovat. Když se změní konformace polyubikvitinových řetězců, některé části molekul ubikvitinu jsou obnaženy, zatímco jiné jsou skryty uvnitř globulí, takže proteiny specifické pro jedinečné topologie charakteristické pro tyto vazby rozpoznávají různé vazby. Proteiny vázající ubikvitin mají domény vázající ubikvitin ( UBD) .  Vzdálenosti mezi jednotlivými podjednotkami ubikvitinu v řetězcích tvořených vazbami přes lysin-48 a v řetězcích spojených přes lysin-63 se navzájem liší. Proteiny vázající ubikvitin využívají tuto vlastnost k rozlišení mezi různými typy řetězců: kratší spacery mezi motivy interagujícími s ubiquitinem,umožňují vazbu lysin-48 vázaných (kompaktních) polyubikvitinových řetězců a delších řetězců vázaných na lysin-63. Existují mechanismy pro rozlišení mezi lineárními řetězci spojenými přes lysin-63 a lineárními N-terminálními řetězci , jak dokazuje skutečnost, že lineární N-terminální řetězce mohou indukovat proteasomální degradaci substrátových proteinů [13] [15] [17] .

Literatura

• Layfield, Rhonda. Systém Ubiquitin-Proteazom  (neopr.) . L .: Portland Press, 2005. - ISBN 9781855781535 .

Poznámky

1. ↑ 1 2 Goldstein G., Scheid M., Hammerling U., Schlesinger DH, Niall HD, Boyse EA Izolace polypeptidu, který má vlastnosti diferencující lymfocyty a je pravděpodobně univerzálně zastoupen v živých buňkách  //  Proceedings of the National Academy of Sciences Spojených států amerických  : časopis. - 1975. - Leden ( roč. 72 , č. 1 ). - str. 11-5 . - doi : 10.1073/pnas.72.1.11 . — PMID 1078892 .
2. ↑ Wilkinson KD  Objev proteolýzy závislé na ubikvitinu  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : journal. - 2005. - říjen ( roč. 102 , č. 43 ). - S. 15280-15282 . - doi : 10.1073/pnas.0504842102 . — PMID 16230621 .
3. ↑ 1 2 Kimura Y., Tanaka K. Regulační mechanismy podílející se na kontrole homeostázy ubikvitinu   // J Biochem . : deník. - 2010. - Sv. 147 , č.p. 6 . - str. 793-798 . - doi : 10.1093/jb/mvq044 . — PMID 20418328 .
4. ↑ 1 2 Glickman MH, Ciechanover A. Proteolytická cesta ubikvitin-proteazom: destrukce kvůli konstrukci   // Physiol . Rev. : deník. - 2002. - Duben ( roč. 82 , č. 2 ). - str. 373-428 . - doi : 10.1152/physrev.00027.2001 . — PMID 11917093 .
5. ↑ 1 2 Mukhopadhyay D., Riezman H. Funkce ubikvitinu v endocytóze a signalizaci nezávislé na proteazomu  //  Science : journal. - 2007. - Leden ( roč. 315 , č. 5809 ). - S. 201-205 . - doi : 10.1126/science.1127085 . — PMID 17218518 .
6. ↑ 1 2 Schnell JD, Hicke L. Netradiční funkce ubikvitinu a proteiny vázající ubikvitin  //  J. Biol. Chem.  : deník. - 2003. - září ( roč. 278 , č. 38 ). - S. 35857-35860 . - doi : 10.1074/jbc.R300018200 . — PMID 12860974 .
7. ↑ Lenta.ru: Pokrok: Izraelci a Američan dostali Nobelovu cenu za chemii za výzkum bílkovin (nepřístupný odkaz) . Získáno 25. listopadu 2010. Archivováno z originálu 11. listopadu 2010. (neurčitý) 
8. ↑ 1 2 3 4 Komander D. Vznikající složitost proteinové ubikvitinace   // Biochem . soc. Trans. : deník. - 2009. - Říjen ( roč. 37 , č. Pt 5 ). - S. 937-953 . - doi : 10.1042/BST0370937 . — PMID 19754430 .
9. ↑ Peng J., Schwartz D., Elias JE, Thoreen CC, Cheng D., Marsischky G., Roelofs J., Finley D., Gygi SP Proteomický přístup k pochopení ubikvitinace proteinů  // Nature Biotechnology  :  journal . - Nature Publishing Group , 2003. - Srpen ( roč. 21 , č. 8 ). - S. 921-926 . - doi : 10.1038/nbt849 . — PMID 12872131 .
10. ↑ 1 2 Ikeda F., Dikic I. Atypické ubikvitinové řetězce: nové molekulární signály. Série recenzí 'Protein Modifications: Beyond the Usual Suspects'  // EMBO Rep  . : deník. - 2008. - Červen ( ročník 9 , č. 6 ). - str. 536-542 . - doi : 10.1038/embor.2008.93 . — PMID 18516089 .
11. ↑ Xu P., Peng J. Charakterizace struktury polyubiquitinového řetězce pomocí střední hmotnostní spektrometrie   // Anal . Chem. : deník. - 2008. - Květen ( roč. 80 , č. 9 ). - str. 3438-3444 . doi : 10.1021 / ac800016w . — PMID 18351785 .
12. ↑ Kirisako T., Kamei K., Murata S., Kato M., Fukumoto H., Kanie M., Sano S., Tokunaga F., Tanaka K., Iwai K. Komplex ubikvitin ligázy sestavuje lineární polyubiquitinové řetězce  (fr .. )  // EMBO J. :časopis. - 2006. - Říjen ( vol. 25 , n o 20 ). - str. 4877-4887 . - doi : 10.1038/sj.emboj.7601360 . — PMID 17006537 .
13. ↑ 1 2 Miranda M., Sorkin A. Regulace receptorů a transportérů ubikvitinací: nové poznatky o překvapivě podobných mechanismech   // Mol . Interv. : deník. - 2007. - Červen ( vol. 7 , č. 3 ). - S. 157-167 . - doi : 10.1124/mi.7.3.7 . — PMID 17609522 .
14. ↑ Kravtsova-Ivantsiv Y., Ciechanover A. Nekanonické signály pro proteasomální degradaci založené na ubikvitinu  //  Journal of Cell Science : deník. — Společnost biologů, 2012. - únor ( roč. 125 , č. Pt 3 ). - str. 539-548 . - doi : 10.1242/jcs.093567 . — PMID 22389393 .
15. ↑ 1 2 Zhao S., Ulrich HD Zřetelné důsledky posttranslační modifikace lineárními versus K63 vázanými polyubiquitinovými řetězci  (anglicky)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : journal. - 2010. - Duben ( roč. 107 , č. 17 ). - str. 7704-7709 . - doi : 10.1073/pnas.0908764107 . — PMID 20385835 .
16. ↑ Kim HT, Kim KP, Lledias F., Kiselev AF, Scaglione KM, Skowyra D., Gygi SP, Goldberg AL Některé páry enzymů konjugujících ubikvitin (E2s) a ubikvitin-protein ligázy (E3s) syntetizují nedegradovatelné rozvětvené ubikvitinové řetězce obsahující ubikvitin všechny možné isopeptidové vazby  (anglicky)  // J. Biol. Chem.  : deník. - 2007. - Červen ( roč. 282 , č. 24 ). - S. 17375-17386 . - doi : 10.1074/jbc.M609659200 . — PMID 17426036 .
17. ↑ 1 2 Komander D., Rape M. The ubiquitin code  (anglicky)  // Annu. Rev. Biochem. : deník. - 2012. - Sv. 81 . - str. 203-229 . - doi : 10.1146/annurev-biochem-060310-170328 . — PMID 22524316 .
18. ↑ Michel MA, Elliot PR, Swatek KN, et al. Sestavení a specifické rozpoznání K29- a K33-vázaného polyubiquitinu  //  Mol Cell : deník. - doi : 10.1016/j.molcel.2015.01.042 . — PMID 25752577 .

Odkazy

• Nobelova cena za chemii 2004, populární informace
• Biomolecule.ru/Všudypřítomný ubiquitin

Slovníky a encyklopedie	Velká dánština Velká Katalánština Skvělý norský okolo světa Britannica (online) Brockhaus
V bibliografických katalozích	GND : 4314848-7 J9U : 987007532181305171 LCCN : sh88001325 NDL : 01150217