Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с убиквитин-протеиновых лигаз )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Убиквитин - протеинлигаза
4a4c.png
Убиквитинлигаза E3 Cbl (синий) в комплексе с E2 (голубой) и субстратным пептидом (зеленый). Запись PDB 4a4c [1]
Идентификаторы
ЕС нет.2.3.2.27
№ CAS74812-49-0
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
BRENDABRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmigo / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки
Убиквитин лигаза
Идентификаторы
СимволУбиквитин лигаза
OPM суперсемейство471
Белок OPM4v6p
Мембранома240

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 . [2] 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 разрушенияпротеасома . 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 . [3] Геном человека кодирует более 600 предполагаемых лигаз E3, что обеспечивает огромное разнообразие субстратов. [4]

Система убиквитинирования [ править ]

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 . [ необходима цитата ]

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 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 распространенный домен пальца RINGлигазы типа переносят убиквитин непосредственно с E2 на субстрат. [5] Заключительным этапом первого события убиквитилирования является атака аминогруппы лизина целевого белка, которая удаляет цистеин и формирует стабильную изопептидную связь. [6] 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. [7]

Семейства убиквитинлигаз [ править ]

У людей примерно 500-1000 лигаз E3, которые придают субстратную специфичность E1 и E2. [8] Лигазы E3 подразделяются на четыре семейства: HECT, RING-finger, U-box и PHD-finger. [8] кольцеобразной палец E3 лигаза является наибольшей семьи и содержит лигазу , такие как анафазу-продвижение комплекса (АПК) и СКФ комплекс ( 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. [9]Белки F-бокса содержат F-бокс, который связывает остальную часть комплекса SCF, и домен связывания субстрата, который придает E3 его субстратную специфичность. [8]

Моно- и полиубиквитилирование [ править ]

Убиквитин с остатками лизина (красный), N-концевой метионин (синий) и C-концевой глицин (желтый). [10]

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). [11] 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. [6] [11] Например, обычная 4-убиквитиновая метка, связанная через лизин в положении 48 (K48), привлекает меченый белок в протеасому и последующую деградацию. [11]Однако все семь остатков лизина убиквитина (K6, K11, K27, K29, K33, K48 и K63), а также N-концевой метионин используются в цепях in vivo. [11]

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. [12]

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. [13]

Распознавание субстрата [ править ]

Убиквитинлигаз является окончательным, и , возможно , наиболее важным фактором , определяющим субстрат специфичности в убиквитинирования из белков . [14] 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. [15]

N-degrons [ править ]

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. [16] 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 способствуют более быстрой деградации своих белков. [17]

Фосфодегроны [ править ]

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. Запись PDB 2ovr [18]

Degron может быть преобразован в его активную форму с помощью пост-трансляционной модификации [19] , таких как фосфорилирование в виде тирозина , серин или треонин остатка. [20] 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 за счет связывания водородом его аргинина.остатки фосфата, как показано на рисунке справа. В отсутствие фосфата остатки FBW7 отталкивают субстрат. [18]

Кислород и низкомолекулярные зависимые дегроны [ править ]

Присутствие кислорода или других небольших молекул может повлиять на распознавание дегрона. [18] фон Хиппель-Линдау (VHL) белок (распознавание субстрата частью определенного E3 лигазы), например, признает гипоксия-индуцируемый альфа - фактор (HIF-альфа) только при нормальных условиях кислорода, когда его пролин является гидроксилированную . С другой стороны, при гипоксии HIF-a не гидроксилируется, избегает убиквитинирования и, таким образом, действует в клетке при более высоких концентрациях, которые могут инициировать транскрипционный ответ на гипоксию. [21]Другим примером низкомолекулярного контроля деградации белка является ауксин фитогормона в растениях. [22] Ауксин связывается с TIR1 (домен распознавания субстрата убиквитинлигазы SCF TIR1 ), увеличивая сродство TIR1 к его субстратам ( репрессорам транскрипции : Aux / IAA) и способствуя их деградации.

Неправильно сложенные и сахарные дегроны [ править ]

Помимо распознавания аминокислот, убиквитинлигазы могут также обнаруживать необычные особенности субстратов, которые служат сигналами для их разрушения. [14] Например, San1 ( антагонист Sir 1 ), контролирующий качество ядерного белка у дрожжей , имеет неупорядоченный субстрат- связывающий домен , который позволяет ему связываться с гидрофобными доменами неправильно свернутых белков . [14] неправильно свернутый или избыток несобранных гликопротеинов по ERAD пути, с другой стороны, признается Fbs1 и Fbs2, млекопитающих F-бокс белок Е3 лигазы SCF Fbs1и SCF Fbs2 . [23] Эти домены распознавания имеют небольшие гидрофобные карманы , позволяющие им связываться с высоким содержанием маннозов , содержащие гликанами .

Структурные мотивы [ править ]

Помимо линейных дегронов , лигаза E3 в некоторых случаях может также распознавать структурные мотивы на субстрате. [14] 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 при связывании теломер, вероятно, потому что тот же домен TRF1, который связывается с его лигазой E3, также связывается с теломерами. [14]

Актуальность болезни [ править ]

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 . [24] Например, мутация MDM2 была найдена в раке желудка , [25] почечно - клеточный рак , [26] и рак печени [27] (среди прочих) , чтобы прекратить регулирование концентрации MDM2 за счет увеличения сродства своего промоутера для транскрипции Sp1 фактор , вызывающий усиление транскрипции мРНК MDM2. [25]Для идентификации пар убиквитин-лигаза-субстрат E3 доступно несколько основанных на протеомике экспериментальных методов [28], таких как близость-зависимая идентификация биотина (BioID), улавливание убиквитин-лигаза-субстрат и тандемные убиквитин-связывающие объекты (TUBEs).

Примеры [ править ]

  • КОЛЬЦО ( R eally Я nteresting ' N EW G ен) домен связывает Е2 conjugase и может быть найдено в качестве посредника ферментативной активности в E2-E3 комплекса [29]
  • Домен F-бокса (как в комплексе SCF) связывает убиквитинированный субстрат. (например, Cdc 4, который связывает целевой белок Sic1 ; Grr1, который связывает Cln). [30]
  • HECT домен , который участвует в передаче убиквитина от Е2 к подложке.

Индивидуальные лигазы убиквитина E3 [ править ]

  • E3A
  • mdm2
  • Комплекс, стимулирующий анафазу (APC)
  • УБР5 (EDD1)
  • SOCS / BC-box / eloBC / CUL5 / RING
  • LNXp80
  • CBX4 , CBLL1
  • HACE1
  • HECTD1 , HECTD2 , HECTD3 , HECTD4
  • HECW1 , HECW2
  • HERC1 , HERC2 , HERC3 , HERC4 , HERC5 , HERC6
  • HUWE1 , ITCH
  • NEDD4 , NEDD4L
  • PPIL2
  • PRPF19
  • PIAS1 , PIAS2 , PIAS3 , PIAS4
  • РАНБП2
  • RNF4
  • RBX1
  • SMURF1 , SMURF2
  • STUB1
  • ТОПОРЫ
  • TRIP12
  • UBE3A , UBE3B , UBE3C , UBE3D
  • UBE4A , UBE4B
  • UBOX5
  • УБР5
  • ВХЛ
  • WWP1 , WWP2
  • Паркин
  • MKRN1

См. Также [ править ]

  • ERAD
  • Убиквитин
  • Убиквитин-активирующий фермент
  • Убиквитин-конъюгированный фермент

Ссылки [ править ]

  1. ^ Доу Н, Buetow л, Хок А, Sibbet ГДж, Vousden КН, Хуанг DT (январь 2012). «Структурная основа аутоингибирования и зависимой от фосфорилирования активации c-Cbl» . Структурная и молекулярная биология природы . 19 (2): 184–92. DOI : 10.1038 / nsmb.2231 . PMC  3880865 . PMID  22266821 .
  2. ^ Хершко A, Чехановер A (1998). «Убиквитиновая система». Ежегодный обзор биохимии . 67 : 425–79. DOI : 10.1146 / annurev.biochem.67.1.425 . PMID 9759494 . 
  3. ^ Тейшейра LK, Рид SI (2013). «Убиквитинлигазы и контроль клеточного цикла». Ежегодный обзор биохимии . 82 : 387–414. DOI : 10.1146 / annurev-biochem-060410-105307 . PMID 23495935 . 
  4. ↑ Li W, Bengtson MH, Ulbrich A, Matsuda A, Reddy VA, Orth A, Chanda SK, Batalov S, Joazeiro CA (январь 2008 г.). «Общегеномная и функциональная аннотация человеческих E3 ubiquitin ligases идентифицирует MULAN, митохондриальный E3, который регулирует динамику органелл и передачу сигналов» . PLOS ONE . 3 (1): e1487. Bibcode : 2008PLoSO ... 3.1487L . DOI : 10.1371 / journal.pone.0001487 . PMC 2198940 . PMID 18213395 .  
  5. Перейти ↑ Metzger MB, Hristova VA, Weissman AM (февраль 2012 г.). «Краткий обзор семейств HECT и RING пальцев убиквитин-лигаз E3» . Журнал клеточной науки . 125 (Pt 3): 531–7. DOI : 10,1242 / jcs.091777 . PMC 3381717 . PMID 22389392 .  
  6. ^ a b Уолш, Кристофер (2006). Посттрансляционная модификация белков: расширение инвентаря природы . Энглвуд, Колорадо: Робертс. ISBN 978-0-9747077-3-0.[ требуется страница ]
  7. Перейти ↑ Bloom J, Amador V, Bartolini F, DeMartino G, Pagano M (октябрь 2003 г.). «Опосредованная протеасомами деградация p21 посредством N-концевого убиквитинилирования». Cell . 115 (1): 71–82. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (03) 00755-4 . PMID 14532004 . 
  8. ^ a b c Накаяма К.И., Накаяма К. (май 2006 г.). «Убиквитин-лигазы: контроль клеточного цикла и рак». Обзоры природы. Рак . 6 (5): 369–81. DOI : 10.1038 / nrc1881 . PMID 16633365 . 
  9. ^ Джин Дж, Кардосо Т, Ловеринг RC, Elledge SJ, Пагано М, Harper JW (ноябрь 2004 г.). «Систематический анализ и номенклатура белков F-бокса млекопитающих» . Гены и развитие . 18 (21): 2573–80. DOI : 10,1101 / gad.1255304 . PMC 525538 . PMID 15520277 .  
  10. Перейти ↑ Vijay-Kumar S, Bugg CE, Cook WJ (апрель 1987). «Структура убиквитина уточнена при разрешении 1,8 А». Журнал молекулярной биологии . 194 (3): 531–44. DOI : 10.1016 / 0022-2836 (87) 90679-6 . PMID 3041007 . 
  11. ^ а б в г Берендс С., Харпер Дж. У. (май 2011 г.). «Построение и расшифровка нетрадиционных цепочек убиквитина». Структурная и молекулярная биология природы . 18 (5): 520–8. DOI : 10.1038 / nsmb.2066 . PMID 21540891 . 
  12. ^ Bonifacino JS, Трауб LM (2003). «Сигналы для сортировки трансмембранных белков по эндосомам и лизосомам». Ежегодный обзор биохимии . 72 : 395–447. DOI : 10.1146 / annurev.biochem.72.121801.161800 . PMID 12651740 . 
  13. Перейти ↑ Li M, Brooks CL, Wu-Baer F, Chen D, Baer R, Gu W (декабрь 2003 г.). «Моно- против полиубиквитинирования: дифференциальный контроль судьбы p53 с помощью Mdm2». Наука . 302 (5652): 1972–5. Bibcode : 2003Sci ... 302.1972L . DOI : 10.1126 / science.1091362 . PMID 14671306 . 
  14. ^ а б в г д Чжэн Н., Шабек Н. (июнь 2017 г.). «Убиквитин-лигазы: структура, функция и регуляция». Ежегодный обзор биохимии . 86 (1): 129–157. DOI : 10.1146 / annurev-biochem-060815-014922 . PMID 28375744 . 
  15. ^ Ravid T, Хохштрассер M (сентябрь 2008). «Разнообразие сигналов деградации в системе убиквитин-протеасома» . Обзоры природы Молекулярная клеточная биология . 9 (9): 679–90. DOI : 10.1038 / nrm2468 . PMC 2606094 . PMID 18698327 .  
  16. ^ Sriram С.М., Ким BY, Kwon YT (октябрь 2011). «Путь правила N-конца: новые функции и молекулярные принципы распознавания субстрата». Обзоры природы Молекулярная клеточная биология . 12 (11): 735–47. DOI : 10.1038 / nrm3217 . PMID 22016057 . 
  17. ^ Тасаки T, Sriram С.М., Парк К.С., Kwon YT (2012). «Путь правила N-конца» . Ежегодный обзор биохимии . 81 : 261–89. DOI : 10.1146 / annurev-biochem-051710-093308 . PMC 3610525 . PMID 22524314 .  
  18. ^ a b c Лукас X, Чиулли A (июнь 2017 г.). «Распознавание субстратных дегронов с помощью E3 ubiquitin ligases и модуляция с помощью стратегий мимикрии малых молекул» (PDF) . Текущее мнение в структурной биологии . 44 : 101–110. DOI : 10.1016 / j.sbi.2016.12.015 . PMID 28130986 .  
  19. ^ Herhaus L, Dikic I (сентябрь 2015). «Расширение кода убиквитина посредством посттрансляционной модификации» . EMBO Reports . 16 (9): 1071–83. DOI : 10.15252 / embr.201540891 . PMC 4576978 . PMID 26268526 .  
  20. ^ Reinhardt HC, Яффа MB (сентябрь 2013). «Фосфо-Ser / Thr-связывающие домены: навигация по клеточному циклу и ответ на повреждение ДНК». Обзоры природы Молекулярная клеточная биология . 14 (9): 563–80. DOI : 10.1038 / nrm3640 . PMID 23969844 . 
  21. ^ Яаккола Р, Моль ДР, Tian Ю.М., Уилсон М.И., Gielbert Дж, Гэскелл SJ, фон Kriegsheim А, Хебештрайт ВЧ, Mukherji М, Шофилд CJ, Максвелл PH, Пью CW, Ратклифф PJ (апрель 2001 г.). «Нацеливание HIF-альфа на комплекс убиквитилирования фон Хиппеля-Линдау посредством O2-регулируемого гидроксилирования пролила». Наука . 292 (5516): 468–72. Bibcode : 2001Sci ... 292..468J . DOI : 10.1126 / science.1059796 . PMID 11292861 . 
  22. ^ Шабек Н., Чжэн Н. (апрель 2014 г.). «Растение убиквитинлигаз в качестве центров передачи сигналов». Структурная и молекулярная биология природы . 21 (4): 293–6. DOI : 10.1038 / nsmb.2804 . PMID 24699076 . 
  23. ^ Yoshida Y, Мидзусим Т, Танака К (2019-02-19). "Сахар-узнавающие лигазы убиквитина: механизмы действия и физиология" . Границы физиологии . 10 : 104. DOI : 10,3389 / fphys.2019.00104 . PMC 6389600 . PMID 30837888 .  
  24. ^ Lipkowitz S, Вайсман AM (август 2011). «КОЛЬЦА добра и зла: КОЛЬЦО-пальца убиквитинлигазы на перекрестке подавления опухолей и онкогенеза» . Обзоры природы. Рак . 11 (9): 629–43. DOI : 10.1038 / nrc3120 . PMC 3542975 . PMID 21863050 .  
  25. ↑ a b Hou YC, Deng JY (январь 2015 г.). «Роль убиквитинлигаз E3 при раке желудка» . Всемирный журнал гастроэнтерологии . 21 (3): 786–93. DOI : 10,3748 / wjg.v21.i3.786 . PMC 4299330 . PMID 25624711 .  
  26. ↑ de Martino M, Taus C, Wessely IS, Lucca I, Hofbauer SL, Haitel A, Shariat SF, Klatte T (февраль 2015 г.). «Полиморфизм гена двойной минуты 2 у мышей T309G является независимым прогностическим фактором для пациентов с почечно-клеточной карциномой». ДНК и клеточная биология . 34 (2): 107–12. DOI : 10.1089 / dna.2014.2653 . PMID 25415135 . 
  27. Перейти ↑ Tang T, Song X, Yang Z, Huang L, Wang W, Tan H (ноябрь 2014 г.). «Связь между мышиным полиморфизмом двойной минуты 2 T309G и риском рака печени». Биология опухоли . 35 (11): 11353–7. DOI : 10.1007 / s13277-014-2432-9 . PMID 25119589 . 
  28. ↑ Rayner SL, Morsch M, Molloy MP, Shi B, Chung R, Lee A (июль 2019 г.). «Использование протеомики для идентификации пар убиквитинлигаза-субстрат: как новые методы могут раскрыть терапевтические цели для нейродегенеративных заболеваний». Клеточные и молекулярные науки о жизни . 76 (13): 2499–2510. DOI : 10.1007 / s00018-019-03082-9 . PMID 30919022 . 
  29. ^ Ардли HC, Robinson PA (2005). «Убиквитинлигазы Е3». Очерки биохимии . 41 : 15–30. DOI : 10,1042 / EB0410015 . PMID 16250895 . 
  30. ^ Bai С, Сен Р, Хофман К, М л, Goebl М, Harper JW, SJ Elledge (июль 1996 года). «SKP1 соединяет регуляторы клеточного цикла с механизмом протеолиза убиквитина через новый мотив, F-бокс». Cell . 86 (2): 263–74. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (00) 80098-7 . PMID 8706131 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Статья Quips с описанием функции E3 Ligase [ мертвая ссылка ] на PDBe
  • Убиквитин-протеин + лигазы в Национальных медицинских предметных рубриках США (MeSH)
  • EC 6.3.2.19