Убиквитин лигаза - Ubiquitin ligase

Убиквитин - протеинлигаза
4a4c.png
Убиквитинлигаза E3 Cbl (синий) в комплексе с E2 (голубой) и субстратным пептидом (зеленый). Запись PDB 4a4c
Идентификаторы
ЕС нет. 2.3.2.27
№ CAS 74812-49-0
Базы данных
IntEnz Просмотр IntEnz
BRENDA BRENDA запись
ExPASy Просмотр NiceZyme
КЕГГ Запись в KEGG
MetaCyc метаболический путь
ПРИАМ профиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтология Amigo / QuickGO
Убиквитин лигаза
Идентификаторы
Условное обозначение Убиквитин лигаза
OPM суперсемейство 471
Белок OPM 4v6p
Мембранома 240

Убиквитинлигаза (также называется Е3 убиквитин лигазы ) представляет собой белка , который набирает в Е2 убиквитин-конъюгации фермента , который был загружен с убиквитиным , распознает субстрат белка, и помогают или непосредственно катализирует перенос убиквитина с E2 к белковому субстрату . Убиквитин присоединен к лизина на белок - мишень с помощью изопептида связи . Лигазы E3 взаимодействуют как с целевым белком, так и с ферментом E2, и таким образом придают E2 субстратную специфичность. Обычно E3 полиубиквитинируют свой субстрат с Lys48-связанными цепями убиквитина, направляя субстрат для разрушения протеасомой . Однако возможны многие другие типы связей, которые изменяют активность, взаимодействия или локализацию белка. Убиквитинирование лигазами E3 регулирует различные области, такие как перенос клеток, репарация ДНК и передача сигналов, и имеет огромное значение в биологии клетки. Лигазы E3 также играют ключевую роль в контроле клеточного цикла, опосредуя деградацию циклинов , а также белков- ингибиторов циклинзависимых киназ . Геном человека кодирует более 600 предполагаемых лигаз E3, что обеспечивает огромное разнообразие субстратов.

Система убиквитинирования

Принципиальная схема системы убиквитилирования.

Убиквитинлигаза обозначается как E3 и действует совместно с ферментом, активирующим убиквитин E1, и ферментом, конъюгирующим с убиквитином E2 . Существует один главный фермент E1, общий для всех убиквитинлигаз, который использует АТФ для активации убиквитина для конъюгации и передает его ферменту E2. Фермент E2 взаимодействует со специфическим партнером E3 и передает убиквитин целевому белку . E3, который может быть мультибелковым комплексом , в целом отвечает за нацеливание убиквитинирования на специфические белки- субстраты .

Реакция убиквитилирования протекает в три или четыре стадии в зависимости от механизма действия убиквитинлигазы E3. На консервативном первом этапе остаток цистеина E1 атакует АТФ-активированный C-концевой глицин на убиквитине, что приводит к образованию тиоэфирного комплекса Ub-S-E1. Энергия от гидролиза АТФ и дифосфата приводит к образованию этого реакционноспособного тиоэфира, и последующие стадии являются термонейтральными. Затем происходит реакция транстиоляции, в которой остаток цистеина E2 атакует и замещает E1. Лигазы типа E3 домена HECT будут иметь еще одну реакцию транстиоляции для переноса молекулы убиквитина на E3, тогда как гораздо более распространенные лигазы типа RING finger domain переносят убиквитин непосредственно с E2 на субстрат. Заключительным этапом первого события убиквитилирования является атака аминогруппы лизина целевого белка, которая удаляет цистеин и формирует стабильную изопептидную связь. Заметным исключением из этого правила является белок p21 , который, по-видимому, убиквитилирован с использованием своего N-концевого амина, таким образом образуя пептидную связь с убиквитином.

Семейства убиквитинлигаз

У людей примерно 500-1000 лигаз E3, которые придают субстратную специфичность E1 и E2. Лигазы E3 подразделяются на четыре семейства: HECT, RING-finger, U-box и PHD-finger. В лигазах КОЛЬЦА-палец E3 являются наибольшей семьи и содержат лигазу , такие как анафазу промотирующего комплекса (АПК) и СКФ комплекса ( Skp1 - Каллин -F-бокс белкового комплекса). Комплексы SCF состоят из четырех белков: Rbx1, Cul1, Skp1, которые инвариантны среди комплексов SCF, и белка F-бокса, который варьируется. Идентифицировано около 70 белков F-бокса человека. Белки F-бокса содержат F-бокс, который связывает остальную часть комплекса SCF, и домен связывания субстрата, который придает E3 его субстратную специфичность.

Моно- и полиубиквитилирование

Убиквитин с остатками лизина (красный), N-концевой метионин (синий) и C-концевой глицин (желтый).

Передача сигналов убиквитина зависит от разнообразия убиквитиновых тегов для специфичности его сообщения. Белок может быть помечен одной молекулой убиквитина (моноубиквитилирование) или множеством различных цепей молекул убиквитина (полиубиквитилирование). Убиквитинлигазы E3 катализируют события полиубиквитинирования во многом таким же образом, как и единичный механизм убиквитилирования, используя вместо этого остаток лизина из молекулы убиквитина, в настоящее время присоединенной к белку-субстрату, чтобы атаковать С-конец новой молекулы убиквитина. Например, обычная 4-убиквитиновая метка, связанная через лизин в положении 48 (K48), рекрутирует меченый белок в протеасому и последующую деградацию. Однако все семь остатков лизина убиквитина (K6, K11, K27, K29, K33, K48 и K63), а также N-концевой метионин используются в цепях in vivo.

Моноубиквитинирование связано с путями эндоцитоза мембранных белков . Например, фосфорилирование тирозина в положении 1045 в рецепторе эпидермального фактора роста (EGFR) может рекрутировать лигазу E3 типа RING c-Cbl через домен SH2 . C-Cbl моноубиквитилирует EGFR, передавая сигналы для его интернализации и доставки в лизосому.

Моноубиквитинирование также может регулировать локализацию цитозольного белка. Например, E3-лигаза MDM2 убиквитилирует p53 либо для деградации (полиубиквитиновая цепь K48), либо для ядерного экспорта (моноубиквитилирование). Эти события происходят в зависимости от концентрации, предполагая, что модуляция концентрации E3-лигазы является клеточной регуляторной стратегией для контроля гомеостаза и локализации белка.

Распознавание субстрата

Убиквитинлигаз является окончательным, и , возможно , наиболее важным фактором , определяющим субстрат специфичности в убиквитинирования из белков . Лигазы должны одновременно отличать свой белковый субстрат от тысяч других белков в клетке и от других (неактивных в отношении убиквитинирования) форм того же белка. Это может быть достигнуто с помощью различных механизмов, большинство из которых включает распознавание дегронов : определенных коротких аминокислотных последовательностей или химических мотивов на субстрате.

N-градоны

Протеолитическое расщепление может привести к обнажению остатков на N-конце белка. Согласно правилу N-конца , различные N-концевые аминокислоты (или N-дегроны) распознаются в разной степени их соответствующей убиквитинлигазой (N-распознаванием), влияя на период полужизни белка. Например, положительно заряженные ( Arg , Lys , His ) и объемные гидрофобные аминокислоты ( Phe , Trp , Tyr , Leu , Ile ) предпочтительно распознаются и, таким образом, считаются дестабилизирующими дегронами, поскольку они позволяют более быстрое разложение их белков.

Фосфодегроны

Фосфорилированный дегрон (зеленый) стабилизируется водородными связями (желтый) между атомами кислорода его фосфата (красный) и боковыми цепями убиквитинлигазы SCF FBW7 (синий). Соответствующая часть убиквитинлигазы показана серым цветом. PDB запись 2ovr

Degron может быть преобразован в его активную форму с помощью пост-трансляционной модификации , таких как фосфорилирование в виде тирозина , серин или треонин остатка. В этом случае убиквитинлигаза распознает исключительно фосфорилированную версию субстрата за счет стабилизации внутри сайта связывания . Например, FBW7 , блок распознавания субстрата F-бокса убиквитинлигазы SCF FBW7 , стабилизирует фосфорилированный субстрат путем связывания водородом его остатков аргинина с фосфатом, как показано на рисунке справа. В отсутствие фосфата остатки FBW7 отталкивают субстрат.

Кислород и низкомолекулярные зависимые дегроны

Присутствие кислорода или других небольших молекул может повлиять на распознавание дегрона. Фон Хиппель-Линдау~d (VHL) белки (распознавание субстрата часть определенного E3 лигазы), например, признает гипоксию-индуцируемый альфа - фактора (HIF-альфа) только при нормальных условиях кислорода, когда его пролин является гидроксилированным . С другой стороны, при гипоксии HIF-a не гидроксилируется, избегает убиквитинирования и, таким образом, действует в клетке при более высоких концентрациях, которые могут инициировать ответ транскрипции на гипоксию. Другим примером низкомолекулярного контроля деградации белка является ауксин фитогормона в растениях. Ауксин связывается с TIR1 (доменом распознавания субстрата убиквитинлигазы SCF TIR1 ), увеличивая сродство TIR1 к его субстратам ( репрессорам транскрипции : Aux / IAA) и способствуя их деградации.

Неправильно сложенные и сахарные дегроны

Помимо распознавания аминокислот, убиквитинлигазы могут также обнаруживать необычные особенности субстратов, которые служат сигналами для их разрушения. Например, San1 ( антагонист Sir 1 ), контролирующий качество ядерного белка у дрожжей , имеет неупорядоченный домен связывания субстрата , который позволяет ему связываться с гидрофобными доменами неправильно свернутых белков . Или неправильно свернутых избыток несобранные гликопротеины по ERAD пути, с другой стороны, признаются Fbs1 и Fbs2, млекопитающих F-бокс белки Е3 лигазы SCF Fbs1 и SCF Fbs2 . Эти домены распознавания имеют небольшие гидрофобные карманы , позволяющие их связывать с высоким содержанием маннозов , содержащие гликанами .

Структурные мотивы

Помимо линейных дегронов , лигаза E3 в некоторых случаях может также распознавать структурные мотивы на субстрате. В этом случае 3D-мотив может позволить субстрату напрямую связывать свою биохимическую функцию с убиквитинизацией . Эта связь может быть продемонстрирована с помощью белка TRF1 (регулятор длины теломер человека ), который распознается соответствующей лигазой E3 ( FBXO4 ) посредством межмолекулярного взаимодействия с бета- слоями . TRF1 не может быть убихинирован во время связывания теломер, вероятно, потому что тот же домен TRF1, который связывается с его лигазой E3, также связывается с теломерами.

Актуальность болезни

Убиквитинлигазы E3 регулируют гомеостаз, клеточный цикл и пути репарации ДНК, и в результате ряд этих белков участвует в различных формах рака, включая известные MDM2, BRCA1 и опухолевый супрессор фон Хиппеля-Линдау . Например, при раке желудка , почечно-клеточной карциноме и раке печени (среди прочего) была обнаружена мутация MDM2, которая нарушает регуляцию концентрации MDM2 за счет увеличения сродства его промотора к транскрипционному фактору Sp1 , вызывая повышенную транскрипцию мРНК MDM2. Для идентификации пар убиквитин-лигаза-субстрат E3 доступно несколько основанных на протеомике экспериментальных методов, таких как идентификация биотина, зависимая от близости (BioID), улавливание убиквитин-лигаза-субстрат и тандемные убиквитин-связывающие объекты (TUBE).

Примеры

  • КОЛЬЦО ( R eally Я nteresting ' N EW G ен) домен связывает conjugase E2 , и может быть найден в качестве посредника ферментативной активности в комплексе Е2-Е3
  • Домен F-бокса (как в комплексе SCF) связывает убиквитинированный субстрат. (например, Cdc 4, который связывает целевой белок Sic1 ; Grr1, который связывает Cln).
  • HECT домен , который участвует в передаче убиквитина от Е2 к подложке.

Индивидуальные лигазы убиквитина E3

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки