Proteasome
Proteasomien ovat monimutkaisia entsymaattisia multiproteiinikompleksien, jotka löytyvät eukaryooteissa , arkkien ja joidenkin bakteerien luokkaa Actinomycetales . Eukaryoottisoluissa se löytyy sytosolista ja liittyy endoplasman verkkoon sekä ytimeen. Niiden päätehtävänä on hajottaa väärin taitettuja , denaturoituja tai vanhentuneita proteiineja kohdennetulla tavalla. Tämä hajoaminen tapahtuu proteolyysillä , kemiallisella reaktiolla, joka katkaisee peptidisidokset ja joka tapahtuu proteaaseiksi kutsuttujen entsyymien avulla . Proteiini leikataan siten 7 - 9 aminohapon pitkiksi peptideiksi, jotka hydrolysoidaan sitten proteasomin ulkopuolella ja kierrätetään. Proteiinit on merkitty hajoamista varten ubikvitiiniksi kutsuttuun proteiiniin . Tämä merkintä tapahtuu kolmen entsyymityypin koordinoidulla toiminnalla. Kun leimaaminen ensimmäisellä ubikvitiinimolekyylillä on suoritettu, sen jälkeen lisätään muita ubikvitiineja. 26S-proteasomille tarvitaan vähintään neljän ubikvitiinin ketju, jotta se tunnistaa hajoavan proteiinin. Tälle on lokero.
Proteasomi on tynnyrinmuotoinen, ja sen keskellä onkalo on neljän renkaan ympäröimä, mikä tarjoaa suljetun tilan proteiinien pilkkomiseen. Jokainen rengas koostuu seitsemästä proteiinista : kaksi sisäistä rengasta koostuu seitsemästä β-alayksiköstä, jotka sisältävät proteaasin aktiivisen kohdan , kun taas kaksi ulompaa rengasta sisältävät seitsemän a-alayksikköä, joiden tehtävänä on ylläpitää aukkoa, jonka läpi proteiinit pääsevät hajoavat astumaan tynnyriin: nämä a-alayksiköt pystyvät tunnistamaan polyubikitiinimerkit, jotka säätelevät hajoamisprosessia. Kokonaisuus tunnetaan proteasomi-ubikitiinikompleksina.
Proteasomaalinen hajoaminen on olennainen osa monia soluprosesseja, mukaan lukien solusykli , geeniekspressio ja vaste oksidatiiviseen stressiin . Tärkeyttä proteolyyttisen hajoamisen ja roolin ubikitiinipromoottori kun se on vahvistettu tekoon Nobelin kemian vuonna 2004 ja Aaron Ciechanover , Avram Hershko ja Irwin Rose . Proteasomin säätely on edelleen intensiivisen tutkimuksen kohteena.
Löytö
Kunnes löydettiin ubikvitiini-proteasomikompleksi, proteiinin hajoamisen soluissa uskottiin perustuvan pääasiassa lysosomien , solukalvoon sitoutuneiden organellien ympärille ja joiden happama sisustus on täynnä proteaaseja, jotka voivat hajottaa ja kierrättää soluja. Eksogeeniset proteiinit ja kuluneet tai vaurioituneet. organellit. Uusi työ ATP- riippuvaisen proteiinin hajoamisesta retikulosyyteissä, joista puuttuu lysosomeja, ehdotti vaihtoehtoisen solunsisäisen mekanismin läsnäoloa tämän hajoamisen hallitsemiseksi: tämä, joka koostuu useista erillisistä proteiiniketjuista, kuvattiin ensimmäisen kerran vuonna 1978 . Myöhemmät histonimodifikaatiotutkimukset johtivat odottamattoman kovalenttisen modifikaation tunnistamiseen N-terminaalisen lysiinin ja ubikitiinin glysiinin välillä , jonka toimintaa ei tuolloin ollut tiedossa. Sitten loimme yhteyden proteiiniin, joka on äskettäin löydetty ja tunnettu nimellä ATP-riippuvainen proteolyyttinen tekijä 1 ( ATP-riippuvainen proteolyysitekijä 1 tai yksinkertaisemmin APF-1), joka oli siis yksi ubikvitiinin kanssa.
Useimmat varhaisen työkyvyttömyyden aiheuttaneiden tunnistamista proteasomin tapahtui 1970- ja 80-luvulla on Technion , vuonna Avram Hershko n laboratorio , jossa Aaron Ciechanover oli jatko-opiskelija. Sapattivapaasta ottanut Hershko sisällä Irwin Rose ryhmä on Fox Chase Cancer Center in Philadelphia mahdollisti uusien käsitteelliset lähestymistavat, vaikka Rose pitkälti suhteellistavat roolistaan tämän löydön. Joko niin, kolme tutkijaa jakoi vuonna 2004 kemian Nobel-palkinnon löytöstään.
Käyttö elektronimikroskoopilla on 1980-luvun puolivälissä paljasti proteasomin n pinottu rengasrakenne, mutta rakenne yksi alayksiköistä (20S) ei ratkaista kristallografia kunnes 1994 . Aktiivisen keskuksen ja kohdeproteiinin vuorovaikutusta osoittavaa täydellistä rakennetta ei ole vielä ratkaistu (Maaliskuu 2007), vaikka onkin kehitetty malleja, jotka antavat hyvän käsityksen kompleksin toiminnasta.
Rakenne ja organisaatio
Proteasomin komponentit on nimetty niiden Svedberg- sedimenttikertoimen (merkitty S ) mukaan. Yleisin muoto on 26S-proteasomi, jonka molekyylipaino on 2000 kilodaltonia ja joka sisältää tynnyrin muotoisen katalyyttisen ytimen, 20S: n, ja kaksi 19S-säätökompleksia, jotka on sijoitettu sen kummallekin puolelle.
Keskellä on ontto ja muodostaa ontelon ytimessä jotka proteiinit hajoavat, syöttämisen jälkeen yhden kahdesta päästä, jälkimmäinen yhdistävä kanssa 19S-säätelyalayksikkö, joka sisältää aktiivisia kohtia ja ATPaasin ja ubikitiinipromoottori sitovaa kohtaa. Tämä rakenne tunnistaa polyubikinitoidut proteiinit ja siirtää ne katalyyttikeskukseen. Toinen alayksikkö (11S) voi myös liittyä siihen samalla tavalla kuin 19S-kompleksi: on oletettu, että 11S: llä olisi sitten rooli "vieraiden" peptidien hajoamisessa, kuten sellaisten, joita tuotetaan virustartunnan aikana. .
20S-katalyyttinen ydin
20S-kompleksin muodostavien alayksiköiden määrä ja moninaisuus riippuu organismista, jonka osa se on, ymmärretään, että erillisten alayksiköiden määrä ja niiden erikoistumisaste on suurempi monisoluisissa kuin yksisoluisissa , siis kuin eukaryooteissa verrattuna prokaryooteihin . Kaikki 20S koostuvat kuitenkin neljästä pyöreästä heptameerirakenteesta, jotka itse muodostuvat kahdesta erillisestä alayksikkötyypistä: a-alayksiköiden kaksi ulkorengasta palvelevat säätelyä ja niillä on melko rakenteellinen rooli (pääsyproteiinien säätäminen proteasomin sydämessä) ), kun taas kahden sisemmän renkaan seitsemän p-alayksikköä kuljettaa katalyyttistä aktiivisuutta sisältämiensä proteaasien aktiivisten kohtien kautta .
Proteasomin koko on säilynyt suhteellisen hyvin evoluution aikana , mitaten noin 150 angströmiä (Å), joiden halkaisija on 115 Å. Aktiivinen keskus on korkeintaan 53 Å, mutta joskus sen polku on vain 13 Å leveä - joten on todennäköistä, että proteiinit on jo osittain denaturoitava, jotta ne voivat olla vuorovaikutuksessa aktiivisten kohtien kanssa.
Eukaryooteissa (kuten hiivassa ) seitsemän alayksikköä eroavat toisistaan, kun taas arkeissa ne ovat kaikki samanlaisia. Bakteereilla, lukuun ottamatta Actinomycetales- järjestystä , ei ole 20S-proteasomia, vaan vastaava kompleksi nimeltä Hs1v, jolla on avoin katalyyttinen kohta. Eukaryooteissa, vain kolme β-alayksiköt ovat aktiivisia, mutta niillä on erilaisia pilkkominen erityispiirteet: n trypsiini tyyppiä varten perus aminohappoja , kymotrypsiini aromaattisten aminohappojen ja kaspaasi että happamien aminohappojen. Esimerkiksi nisäkkäissä katalyyttisiä ovat β1-, β2- ja β5-alayksiköt. Variantit merkitään β1i, β2i ja β5i voidaan ilmentää hematopoieettisissa soluissa vasteena tulehduksellisten signaalien , kuten sytokiinien , erityisesti gamma-interferonit . Näistä alayksiköistä koostuvaa proteasomia kutsutaan immunoproteasomiksi , jonka substraattispesifisyys muuttuu verrattuna "normaaliin" proteasomiin.
Sääntelykompleksi 19S
19S-kompleksi koostuu 17 erillisestä proteiinista ja siinä on kaksi vyöhykettä: 9 proteiinin "emäs" tarttuu 20S: n a-renkaaseen, ja sillä on ATPaasiaktiivisuus kuudessa 9: stä ainesosasta (tämä on ATP: n läsnäolo, joka sallii 19S: n ja 20S: n yhdistys); toinen osa (8 proteiinia) muodostaa joustavamman "kannen", joka toimii suojana katalyyttiseen kohtaan pääsemiseksi. Tämä kompleksi tunnistaa polyubikitiiniketjun. Se osallistuu proteiinin avautumiseen ja sen translokaatioon 20S: n sydämessä, ja sisältää myös isopeptidaasia, joka poistaa ubikitiiniketjun proteiinista, vaikkakaan ei vielä tiedetä tarkalleen, toimiiko ATP: n hydrolyysin vapautama energia avaa, avaa keskikanava tai molemmat.
19S-kompleksin eri ainesosilla on oma säätelyaktiivisuus: Gankyriini , äskettäin löydetty onkoproteiini , on 19S-elementti, joka on vuorovaikutuksessa myös sykliiniriippuvaisen kinaasi CDK4: n kanssa, ja sillä on rooli p53: n ubikvitinoidun version tunnistamisessa sen kautta. affiniteetti MDM2 ubikitiinipromoottori ligaasilla . Gankyriini on anti- apoptoottista ja sen on osoitettu yliekspressoituneen tietyntyyppisissä kasvaimissa , kuten maksasolusyöpä .
Sääntelykompleksi 11S
Lopuksi on olemassa niin kutsuttu "aktivaattori" 11S-heptameerinen kompleksi, joka voi yhdistää 20S: n. Se stimuloi proteasomin peptidaasiaktiivisuutta, mutta ei kykene tunnistamaan ubikitiinia eikä sillä ole aktivoitua ATPaasia. Sillä voi olla merkitys viruspeptidien, mutta ei suurempien proteiinien, hajoamisessa. Tämä 11S-rakenne löytyy joskus termillä PA28 tai REG. Mekanismi, jota käytetään sitoutumaan 20S: ään sen C-pään kautta ja avoin pääsy proteasomin ytimeen edistämällä muutosta a-renkaiden konformaatiossa, näyttää olevan hyvin lähellä, ellei ole samanlainen, kuin 19S-kompleksin käyttämä.
Gamma-interferoni indusoi 11S: n ilmentymisen ja aiheuttaa yhdessä immunoproteasomin P-alayksiköiden kanssa sellaisten peptidien muodostumisen, jotka sitoutuvat tärkeimpään histo-yhteensopivuuskompleksiin .
26S-kompleksin rakennetta ei vieläkään selvitetty vuonna 2006, mutta 11S- ja 19S-kompleksien uskotaan sitoutuvan samalla tavalla kuin 20S-kompleksilla.
Kokoaminen
Proteasomin kokoaminen on monimutkainen prosessi johtuen alayksikköjen lukumäärästä, jotka on yhdistettävä aktiivisen kompleksin muodostamiseksi. P-alayksiköt syntetisoidaan N-terminaalisen "propeptidin" kanssa, jota modifioidaan 20S-kompleksin kokoonpanon aikana protelytisen aktiivisen kohdan paljastamiseksi. 20S kootaan sitten kahdesta puoliproteasomista, joista kukin koostuu p-protorenkaasta, jossa on seitsemän ainesosaa, ja kiinnitetty a-heptameeriin.
Kahden p-renkaan yhdistyminen laukaisee propeptidien treoniiniriippuvan autolyysin paljastaen siten aktiivisen kohdan. Nämä P: n väliset vuorovaikutukset ovat pääosin seurausta suolasiltojen ja hydrofobisten vuorovaikutusten välillä konservoituneiden alfa-heliksien välillä (niiden mutaatio vähentää proteasomin kykyä koota). Puoliproteasomien assosiaatio aloitetaan ryhmittelemällä a-alayksiköt heptameereiksi. Jälkimmäisen kokoonpanomenetelmää ei ole vielä karakterisoitu.
Yleensä 19S-säätökompleksin kokoamis- ja kypsytysmenetelmästä tiedetään paljon vähemmän. Alayksiköt voisivat koota kahteen erilliseen komponenttiin, ATPaasipohjaan ja ubikitiinispesifiseen korkiin. Kuusi ATPaasia kokoontuisi pareiksi kelattujen kelojen vuorovaikutusten avulla . Järjestys, jossa säätökompleksin 19 alayksikköä kokoontuu, liittyy todennäköisesti mekanismiin, joka estää aktiivisen kohdan altistumisen, kunnes itse säätelymekanismi on paikallaan.
Proteiinin hajoamisprosessi
Ubiquitination
Ubikitiini on 76 aminohapon proteiini, joka on erittäin konservoitunut eukaryooteissa. Se toimii tunnistussignaalina 26S-proteasomin hajoamiselle. Se kiinnittyy tuhottavaan proteiiniin kovalenttisella sidoksella sen C-terminaalisen osan yhden kysteiinitähteen ja kohdeproteiinin lysiinin NH2-ryhmän välillä. Muut ubikitiinit voivat sitten kiinnittyä ensimmäisen ubikitiinin lysiinitähteeseen ketjun muodostamiseksi. Itse asiassa 26S-proteasomi tunnistaa vain proteiinit, jotka on kytketty vähintään neljän ubikitiinimolekyylin ketjuun.
Nämä toimenpiteet suoritetaan kolmen muun tyyppisen entsyymin avulla (huomattiin E1, E2 ja E3):
- Ubikitiiniä aktivoiva entsyymi (E1) aktivoi ubikitiinin ATP: n läsnä ollessa muodostamalla tiolesterisidoksen sen katalyyttisen kohdan kysteiinitähteen ja ubikvitiinin välille ja siirtää sitten aktivoidun ubikitiinin E2: een.
- Ubiquitin-konjugaatioentsyymi (E2) modifioi jälleen ubikitiinia muodostamalla tiolesterisidoksen ja pystyy kiinnittämään ubikitiinia kohdeproteiiniin yleensä E3: n avulla.
- Ubikitiiniligaasilla (E3) on rooli ubikitiinin ja erilaisten kohdeproteiinien välisessä tunnistuksessa.
Yksi ubikitiinidomeeneista tunnistaa sitten proteasomin 19S-kompleksin. Kun proteasomi on poistanut sen, polyubikitiiniketju leikataan uudelleenkäyttöä varten. Proteiinien monokombikointi on mukana myös muissa prosesseissa, mukaan lukien endosytoosi ja eksosytoosi.
Ubiquitination ja kohdentaminen
Proteiinit kohdennetaan hajoamiseen proteasomilla muokkaamalla lysiinitähde kovalenttisesti , mikä edellyttää kolmen entsyymin koordinoitua toimintaa . Ensinnäkin ubikitiiniä aktivoiva entsyymi (tunnetaan nimellä E1) hydrolysoi ATP: n ja adenyloi ubikitiinimolekyylin. Sitten molekyyli siirretään E1: n aktiivisen kohdan kystesiinitähteisiin yhdessä toisen ubikitiinimolekyylin adenylaation kanssa. Tämä adenyloitu molekyyli siirretään sen jälkeen toisen entsyymin (E2) kysteiiniin. Sitten erilaisten entsyymiluokan jäsen, joka tunnetaan nimellä ubikvitiini (E3) ligaasit, tunnistaa spesifisen proteiinin, joka on tarkoitus "ubikvititoida", ja katalysoi ubikitiinin siirtymistä E2: sta kohdeproteiiniin. Kohteena proteiinit on leimattu vähintään neljä ubikitiinipromoottori monomeerien (muodossa, joka polyubiquitin ketju) ennen tunnusta toinen päiden proteasomin. Siksi E3-proteiini luovuttaa spesifisen substraatin järjestelmään. Ekspressoitujen E1-, E2- ja E3-proteiinien määrä riippuu organismista ja solutyypistä, mutta ihmisillä on monia erilaisia E3-entsyymejä, mikä osoittaa valtavan määrän kohteita d-järjestelmälle. 'Ubikitiini.
Mekanismia, jolla polyubikinitoitu proteiini kulkeutuu proteasomiin, ei ole täysin ymmärretty. Ubikitiinireseptoriproteiineilla on N-terminaalinen "ubikitiinimäinen" (UBL) -tyyppinen vyöhyke ja yksi tai useampi ubikitiiniin liittyvä vyöhyke (UBA tarkoittaa "ubikvitiiniin liittyvää"). UBL-vyöhykkeet tunnistavat proteasomin 19S-kapselit, ja UBA-vyöhykkeet sitovat ubikitiinia kolmen heliksin nippujen kautta. Nämä reseptoriproteiinit todennäköisesti liittävät polyubikinitoituja proteiineja proteasomiin, vaikka näiden vuorovaikutusten yksityiskohdat ja niiden säätely ovat epäselviä.
Ubikvitiiniproteiini koostuu 76 aminohaposta, ja sen nimi johtuu kaikkialla esiintyvästä luonteestaan, koska sillä on erittäin konservoitunut sekvenssi ja sitä esiintyy kaikissa tunnetuissa eukaryoottisissa organismeissa.
Eukaryooteissa ubikvitiinia koodaavat geenit on järjestetty pareittain, varmasti näiden geenien korkeiden vaatimusten vuoksi tuottaa riittävä määrä ubikvitiinia soluille. Esitetään hypoteesi, jonka mukaan ubikitiini on tähän mennessä tunnistettu hitaimmin kehittyvä proteiini.
Käsittele ja siirrä
Osa englanninkielisestä tekstistä käännetään ranskaksi
Englanninkielinen käännettävä teksti:
Ubiquitination ja kohdentaminen
Proteiinit kohdennetaan hajoamiseen proteasomin kautta kovalenttisesti modifioimalla lysiinitähde, joka vaatii kolmen entsyymin koordinoituja reaktioita . Ensimmäisessä vaiheessa ubikvitiiniä aktivoiva entsyymi (tunnetaan nimellä E1) hydrolysoi ATP: n ja adenyloi ubikitiinimolekyylin. Tämä siirretään sitten E1: n aktiivisen kohdan kysteiinitähteeseen yhdessä toisen ubikitiinin adenylaation kanssa. Tämä adenyloitu ubikvitiini siirretään sitten toisen entsyymin, ubiquitin-konjugoivan entsyymin (E2) kysteiiniin . Lopuksi eräs entsyymiluokan, joka tunnetaan ubiquitin-ligaaseina (E3), jäsen tunnistaa ubiquitinoitavan spesifisen proteiinin ja katalysoi ubikitiinin siirtymisen E2: sta tähän kohdeproteiiniin. Kohdeproteiini on merkittävä vähintään neljällä ubikitiinimonomeerillä (polyubikitiiniketjun muodossa), ennen kuin proteasomikansi tunnistaa sen. Siksi E3 antaa alustalle spesifisyyden tälle järjestelmälle. Ekspressoitujen E1-, E2- ja E3-proteiinien määrä riippuu organismista ja solutyypistä, mutta ihmisillä on monia erilaisia E3-entsyymejä, mikä osoittaa, että ubikitiiniproteasomijärjestelmälle on valtava määrä kohteita.
Mekanismia, jolla polyubikinitoitu proteiini kohdennetaan proteasomiin, ei tunneta täysin. Ubikitiinireseptoriproteiineilla on N-terminaalinen ubikitiinimäinen (UBL) domeeni ja yksi tai useampi ubikitiiniin liittyvä (UBA) domeeni. 19S-proteasomikorkit tunnistavat UBL-domeenit ja UBA-domeenit sitovat ubikitiinia kolmen kierteen nippujen kautta . Nämä reseptoriproteiinit voivat saattaa polyubikinitoituja proteiineja proteasomiin, vaikka tämän vuorovaikutuksen ja sen säätelyn yksityiskohdat ovat epäselviä.
Itse ubikitiiniproteiini on 76 aminohappoa pitkä ja se nimettiin kaikkialle luonteensa vuoksi, koska sillä on erittäin konservoitunut sekvenssi ja sitä esiintyy kaikissa tunnetuissa eukaryoottisissa organismeissa. Eukaryooteissa ubikvitiinia koodaavat geenit on järjestetty peräkkäin , mahdollisesti johtuen näiden geenien voimakkaista transkriptiovaatimuksista tuottaa riittävästi ubikvitiinia solulle. On ehdotettu, että ubikitiini on tähän mennessä tunnistettu hitaimmin kehittyvä proteiini.
Laajentaminen ja siirtäminen
Kun proteiini on ubikinitoitu, 19S-säätelypartikkeli tunnistaa sen ATP-riippuvaisessa sitoutumisvaiheessa. Substraattiproteiinin on tällöin tultava 20S-partikkelin sisälle, jotta se joutuu kosketukseen proteolyyttisten aktiivisten kohtien kanssa. Koska 20S-hiukkasen keskikanava on kapea ja a-renkaan alayksiköiden N-terminaalisten hännän reunustama, substraattien on oltava ainakin osittain auki, ennen kuin ne tulevat ytimeen. Taittamattoman substraatin kulkeutumista ytimeen kutsutaan translokaatioksi ja se tapahtuu välttämättä deubikvitinaation jälkeen. Alustojen deubikitinoinnin ja avautumisen järjestys ei kuitenkaan ole vielä selvä. Mikä näistä prosesseista on nopeutta rajoittava vaihe proteolyysireaktiossa, riippuu spesifisestä substraatista; joillekin proteiineille avautumisprosessi on nopeutta rajoittava , kun taas deubikvitinaatio on hitain vaihe muille proteiineille. Se, missä määrin substraatit on avattava ennen translokaatiota, ei ole tiedossa, mutta oleellinen tertiäärinen rakenne ja erityisesti ei-paikalliset vuorovaikutukset, kuten disulfidisidokset , ovat riittäviä estämään hajoamista.
A-alayksiköiden muodostama portti estää noin neljää tähdettä pidempien peptidien pääsyn 20S-partikkelin sisälle. Ennen ensimmäistä tunnistusvaihetta sitoutuneet ATP-molekyylit hydrolysoidaan ennen translokaatiota, vaikka onkin erimielisyyttä siitä, tarvitaanko energiaa substraatin avautumiseen vai portin avaamiseen. Koottu 26S-proteasomi voi hajottaa avautumattomat proteiinit hydrolysoitumattoman ATP-analogin läsnä ollessa , mutta ei hajota taitettuja proteiineja, mikä osoittaa, että substraatin avautumiseen käytetään ATP-hydrolyysin energiaa. Taittamattoman substraatin kulku avoimen portin läpi tapahtuu helpotetun diffuusion kautta, jos 19S-korkki on ATP: hen sitoutuneessa tilassa.
Globulaaristen proteiinien avautumismekanismi on välttämättä yleinen, mutta riippuu jonkin verran aminohapposekvenssistä . Pitkän vuorottelevan glysiinin ja alaniinin sekvenssien on osoitettu estävän substraatin leviämistä vähentäen proteasomaalisen hajoamisen tehokkuutta; tämä johtaa osittain hajonneiden sivutuotteiden vapautumiseen, johtuen mahdollisesti ATP-hydrolyysin irrotuksesta ja avautumisvaiheista. Kuten glysiini-alaniini-toistoja esiintyy myös luonnossa, esimerkiksi silkki fibroiinin ; erityisesti tiettyjä Epstein-Barr-virus -geenin tuotteita, joissa tämä sekvenssi voi viivyttää proteasomin, auttaa virus lisääntyä estämällä antigeenin esittely on major histocompatibility complex .
Proteolyysi
Proteolyysin mekanismi 20S-ydinpartikkelin β-alayksiköiden kautta tapahtuu treoniinista riippuvan nukleofiilisen hyökkäyksen kautta . Tämä mekanismi voi riippua siihen liittyvän veden molekyyli deprotonointi reaktiivisen treoniinin hydroksyyliryhmä . Hajoaminen tapahtuu kahden β-renkaan yhdistymisen muodostamassa keskikammiossa, eikä normaalisti vapauta osittain hajonneita tuotteita, vaan pelkistää substraatin lyhyiksi polypeptideiksi, tyypillisesti 7–9 tähdettä pitkiä, vaikka ne voivat vaihdella 4-25 tähteestä riippuen organismi ja substraatti. Tuotteen pituuden määrittävää biokemiallista mekanismia ei ole täysin luonnehdittu. Vaikka kolmella katalyyttisellä P-alayksiköllä on yhteinen mekanismi, niillä on hieman erilaiset substraattispesifisyydet, joita pidetään kymotrypsiinin kaltaisina, trypsiinin kaltaisina ja peptidyyliglutamyylipeptidejä hydrolysoivina (PHGH). Nämä spesifisyyden vaihtelut ovat seurausta atomien välisistä kontakteista paikallisten tähteiden kanssa lähellä kunkin alayksikön aktiivisia kohtia. Jokaisella katalyyttisellä P: llä on myös proteolyysiin tarvittava konservoitunut lysiinitähde .
Vaikka proteasomi tuottaa normaalisti hyvin lyhyitä peptidifragmentteja, joissakin tapauksissa nämä tuotteet ovat itse biologisesti aktiivisia ja toiminnallisia molekyylejä. Tiettyjä transkriptiotekijöitä , mukaan lukien yksi komponentti nisäkkään monimutkainen NF-KB , syntetisoidaan inaktiivisina prekursoreina jonka ubikitinaation ja sen jälkeen proteasomaalista hajoaminen muuntaa ne aktiiviseen muotoon. Tällainen aktiivisuus vaatii proteasomia pilkkomaan substraattiproteiini sisäisesti: sen sijaan, että se hajottaisi sitä prosessuaalisesti yhdestä päästä. On ehdotettu, että näiden proteiinien pinnalla olevat pitkät silmukat toimivat proteasomaalisina substraateina ja pääsevät keskiosaan, kun taas suurin osa proteiinista jää ulkopuolelle. Samanlaisia vaikutuksia on havaittu hiivaproteiineissa ; tämä selektiivisen hajoamisen mekanismi tunnetaan säännellynä ubikitiinista / proteasomista riippuvana prosessointina (RUP).
Ubikitiinistä riippumaton hajoaminen
Vaikka suurin osa proteasomaalisista substraateista on ubikinitoitava ennen hajoamista, on joitain poikkeuksia tästä yleisestä säännöstä, varsinkin kun proteasomilla on normaali rooli proteiinin translaation jälkeisessä prosessoinnissa. Proteasomaalisten aktivointi NF-KB prosessoimalla p105 osaksi p50 kautta sisäinen proteolyysi on yksi merkittävä esimerkki. Jotkut proteiinit, joiden oletetaan olevan epävakaita sisäisesti rakentumattomien alueiden takia, hajoavat ubikitiiniriippumattomalla tavalla. Tunnetuin esimerkki ubikitiinistä riippumattomasta proteasomisubstraatista on ornitiinidekarboksylaasientsyymi . On myös raportoitu ubikitiinistä riippumattomia mekanismeja, jotka kohdistuvat keskeisiin solusyklisäätimiin , kuten p53 , vaikka p53 on myös ubikitiinistä riippuvan hajoamisen kohteena. Lopuksi, rakenteellisesti epänormaalit, väärin taitetut tai voimakkaasti hapettuneet proteiinit altistuvat myös ubikitiinistä riippumattomalle ja 19S-riippumattomalle hajoamiselle solupaineessa.
Käännä tämä teksti • Työkalut • (+)Kun proteiini on merkitty ubikitiiniketjulla, 19S-säätelykompleksi tunnistaa sen, joka sitoutuu siihen kuluttamalla ATP: tä. Proteiinisubstraatin on tällöin tultava 20S-kompleksin sisälle kosketukseen entsyymin aktiivisten kohtien kanssa. Koska 20S-kompleksin keskihuokoset ovat ruuhkautuneet alayksiköiden N-terminaalisista päistä johtuen, substraatin on oltava osittain auki, jotta se pääsee tunkeutumaan proteasomin sisään. Laajentumattoman proteiinin kulkemista 20S-kompleksin sisällä kutsutaan translokaatioksi, ja se tapahtuu vasta ubikitiiniketjun poistamisen jälkeen proteiinista. On huomattava, että järjestys, jossa proteiini avautuu ja sitten ubiquitinoidaan, ei ole vielä selvä.
Terapeuttinen kohde
Useita molekyylejä on kehitetty lääkkeinä, jotka toimivat proteasomin estäjinä. Ensimmäinen markkinoitu on bortetsomibi .
Huomautuksia ja viitteitä
- Peters JM, Franke WW, Kleinschmidt JA. (1994) 26S-proteasomin erilliset 19S- ja 20S-alikompleksit ja niiden jakautuminen ytimessä ja sytoplasmassa. J Biol Chem , 11. maaliskuuta; 269 (10): 7709-18. .
- Lodish, H, Berk A, Matsudaira P, Kaiser CA, Krieger M, Scott MP, Zipursky SL, Darnell J. (2004). Molecular Cell Biology , 5. painos, luku 3, s. 66-72 . New York: WH Freeman. ( ISBN 0716743663 ) .
- " Nobelin vuoden 2004 voittajat, Nobelin komitean verkkosivustolla " .
- Ciehanover A, Hod Y, Hershko A. (1978). Retikulosyyteistä peräisin oleva ATP-riippuvaisen proteolyyttisen järjestelmän lämpöstabiili polypeptidikomponentti. Biokemiallinen ja biofysikaalinen tutkimusviestintä 81 (4): 1100-1105. .
- Ciechanover A. (2000). Varhainen työ ubikitiiniproteasomijärjestelmän parissa, haastattelu Aaron Ciechanoverin kanssa. Solukuolema eroaa. Syyskuu; 12 (9): 1167-77. .
- Hershko A. (2005). Varhainen työ ubikvitiiniproteasomijärjestelmän parissa, haastattelu Avram Hershkon kanssa. Solukuolema eroaa. 12, 1158–1161. .
- Kopp F, Steiner R, Dahlmann B, Kuehn L, Reinauer H. (1986). Rotan luurankolihaksesta peräisin olevan monikatalyyttisen proteinaasin koko ja muoto. Biochim Biophys Acta 872 (3): 253-60. .
- J. Löwe, D. Stock, B. Jap, P. Zwickl, W. Baumeister, R. Huber, “20S Proteasomen kristallirakenne Archaeon T. acidophilumista 3,4 Å: n resoluutiolla”, julkaisussa Science , voi. 268, 1995, s. 533 - 539 . .
- Groll M, Huber R, Potts BC (2006). Salinosporamidi A: n (NPI-0052) ja B: n (NPI-0047) kristallirakenteet yhdessä 20S-proteasomin kanssa paljastavat beetalaktonirenkaan avaamisen tärkeät seuraukset ja mekanismin peruuttamattomaan sitoutumiseen. J Am Chem Soc. 128 (15): 5136-41. .
- Wang J, Maldonado MA. (2006). Ubiquitin-Proteasome-järjestelmä ja sen rooli tulehduksellisissa ja autoimmuunisairauksissa. Cell Mol Immunol 3 (4): 255. .
- Nandi D, Tahiliani P, Kumar A, Chandu D. (2006). Ubikitiini-proteasomijärjestelmä. J Biosci Mar; 31 (1): 137-55. .
- Heinemeyer W, Fischer M, Krimmer T, Stachon U, Wolf DH. (1997). Eukaryoottisen 20S-proteasomin aktiiviset alueet ja heidän osallistumisensa alayksikön esiasteiden käsittelyyn J Biol Chem 272 (40): 25200-25209. .
- Liu CW, Li X, Thompson D, Wooding K, Chang TL, Tang Z, Yu H, Thomas PJ, DeMartino GN. (2006). ATP-sitoutumisella ja ATP-hydrolyysillä on erilliset roolit 26S-proteasomin toiminnassa. Mol Cell 6. lokakuuta; 24 (1): 39-50. .
- Lam YA, Lawson TG, Velayutham M, Zweier JL, Pickart CM. (2002). Proteasomaalinen ATPaasi-alayksikkö tunnistaa polyubikitiinin hajoamisen signaalin. Nature 416 (6882): 763-7. .
- Sharon M, Taverner T, Ambroggio XI, Deshaies RJ, Robinson CV. (2006). 19S Proteasome-kannen rakenteellinen organisaatio: oivalluksia koskemattomien kompleksien MS: ltä. PLoS Biol elokuu; 4 (8): e267. .
- Higashitsuji H, Liu Y, Mayer RJ, Fujita J. (2005). Onkoproteiinigankyriini säätelee negatiivisesti sekä p53: ta että RB: tä tehostamalla proteasomaalista hajoamista. Solusyklin 4 (10): 1335-7. .
- Forster A, Masters EI, Whitby FG, Robinson H, Hill CP. (2005). Proteasome-11S-aktivaattorikompleksin 1,9 Å-rakenne ja vaikutukset Proteasome-PAN / PA700-vuorovaikutuksiin. Mol Cell, 27. toukokuuta; 18 (5): 589-99. .
- Witt S, Kwon YD, Sharon M, Felderer K, Beuttler M, Robinson CV, Baumeister W, Jap BK. (2006). Proteasome-kokoonpano laukaisee kytkimen, joka tarvitaan aktiivisen alueen kypsymiseen. Rakenne heinäkuu; 14 (7): 1179–88. .
- Kruger E, Kloetzel PM, Enenkel C. (2001). 20S-proteasomibiogeneesi. Biokemia maalis-huhtikuu; 83 (3-4): 289-93. .
- Gorbea C, Taillandier D, Rechsteiner M. (1999). 26S-proteasomin säätökompleksin kokoaminen. Mol Biol Rep huhtikuu; 26 (1-2): 15-9. .
- Haas AL, Warms JV, Hershko A, Rose IA. Ubikitiiniä aktivoiva entsyymi: Mekanismi ja rooli proteiini-ubikitiinikonjugaatiossa. J Biol Chem 1982, maaliskuu 10; 257 (5): 2543–8. .
- Heittäjä JS, Hoffman L, Rechsteiner M, Pickart CM. (2000). Polyubikitiiniproteolyyttisen signaalin tunnistaminen. EMBO J 19, 94–102.
- Risseeuw EP, Daskalchuk TE, Banks TW, Liu E, Cotelesage J, Hellmann H, Estelle M, Somers DE, Crosby WL. Arabidopsiksen SCF-ubikvitiini E3-ligaasin alayksiköiden proteiinien vuorovaikutusanalyysi. Plant J. 2003 kesäkuu; 34 (6): 753-67. .
- Elsasser S, Finley D. (2005). Ubiquitinated substraattien toimitus proteiinia avautuviin koneisiin. Nat Cell Biol 7 (8): 742-9.
- Terävä pääministeri, Li WH. (1987). Ubiquitin-geenit tandem-toistojen yhtenäisen evoluution paradigmana. J Mol Evol 25 (1): 1432–1432.
- Zhu Q, Wani G, Wang QE, El-mahdy M, Snapka RM, Wani AA. (2005). Deubikvitinaatio proteasomilla koordinoidaan substraatin translokaation kanssa proteolyysille in vivo. Exp Cell Res 307 (2): 436-51. .
- Wenzel T, Baumeister W. (1995). Konformaatiorajoitukset proteiinin hajoamisessa 20S-proteasomilla. Nat Struct Mol Biol 2: 199–204.
- Smith DM, Kafri G, Cheng Y, Ng D, Walz T, Goldberg AL. (2005). ATP: n sitoutuminen PAN: ään tai 26S: n ATPaaseihin aiheuttaa yhteyden 20S-proteasomiin, portin avautumisen ja avautumattomien proteiinien translokaation. Mol Cell 20 (5): 687-98.
- Smith DM, Benaroudj N, Goldberg A. (2006). Proteasomit ja niihin liittyvät ATPaasit: tuhoisa yhdistelmä. J Struct Biol 156 (1): 72–83.
- Hoyt MA, Zich J, Takeuchi J, Zhang M, Govaerts C, Coffino P. (2006). Glysiini-alaniini toistaa proteasomin avautuvan parittoman oikean substraatin. EMBO J 25 (8): 1720–9.
- Zhang M, Coffino P. (2004). Epstein-Barrin viruksen koodaaman ydinantigeeni 1 -proteiinin toistuva sekvenssi keskeyttää proteasomisubstraatin prosessoinnin. J Biol Chem 279 (10): 8635 - 41.
- Voges D, Zwickl P, Baumeister W. (1999). 26S-proteasomi: molekyylikone, joka on suunniteltu kontrolloitua proteolyysiä varten. Annu Rev Biochem 68: 1015–1068.
- Raiskaus M, Jentsch S. (2002). Purema: proteasomaalisen proteiinin käsittely. Nat Cell Biol 4 (5): E113-6.
- Raiskaus M, Jentsch S. (2004). Tuottava RUPture: transkriptiotekijöiden aktivointi proteasomaalisella prosessoinnilla. Biochim Biophys Acta 1695 (1-3): 209-13.
- Asher G, Reuven N, Shaul Y. (2006). 20S-proteasomit ja proteiinien hajoaminen "oletuksena". Bioessays 28 (8): 844-9.
- Zhang M, Pickart CM, Coffino P. (2003). Ubikitiinista riippumattoman substraatin, ornitiinidekarboksylaasin, proteasomintunnistuksen tekijät. EMBO J 22 (7): 1488–96.
- Asher G, Shaul Y. (2005). p53-proteasomaalinen hajoaminen: poly-ubiquitination ei ole koko tarina. Solusyklin 4 (8): 1015-8.
- Shringarpure R, Grune T, Mehlhase J, Davies KJ. (2003). Ubiquitin-konjugaatiota ei tarvita hapettuneiden proteiinien hajoamiseen proteasomilla. J Biol Chem 278 (1): 311-8.