• Rub1: related to ubiquitin
• NEDD8: neuronal precursor cell-expressed developmentally downregulated protein 8 (egér)
• 50%-os hasonlóság az ubiquitinnel
• cullinhoz köt (SCF ubiquitin ligázban)
A Rub1/NEDD8 egy ubiquitin-szerű fehérje, melynek aminosav sorrendje 50%-ban hasonló az ubiquitinéhez.
Egyetlen ismert funkciója, hogy az SCFSkp2ubiquitin ligázt aktiválja azzal, hogy a ligáz cullin alegységéhez köt (2.39. ábra).
2.39. ábra A Rub1/NEDD8-cal aktivált SCFSkp2 ubiquitin ligáz térszerkezete az alegységek kristályszerkezeteiből összeállítva(Schwartz és Hochstrasser, 2003). A NEDD8 fehérjét kötő lizin oldallánc világoskék.
A NEDD8 aktiváló enzimnek (E1NEDD8) két alegysége van: az UBA3 és a APPBP1. ATP jelenlétében a NEDD8 tioészter kialakításán keresztül aktiválódik és az UBC12-re kerül. Az UBC12 a NEDD8-at a cullin fehérje egyik lizin oldalláncára juttatja, mellyel izopeptid kötést alakít ki (2.40. ábra).
2.40. ábra A Rub1/NEDD8 konjugálása az SCF ligáz cullin alegységére
Feltéve, hogy lehetséges egy E1 enzimhez specifikus inhibitort kifejleszteni, felmerül a kérdés, hogy mi lehet a sejtbiológiai következménye egy ilyen gátlásnak. Emlős sejtvonalakon végzett korábbi kutatások kimutatták, hogy az ubiquitin aktiváló enzim (E1Ub) hőérzékeny mutációi késői S fázisban és G2-ben megállítják a sejtciklust. Ez azt mutatja, hogy az E1Ub szükséges a sejtosztódáshoz. Ehhez hasonlóan az E1NEDD8 mutációi hatékonyan blokkolják a sejtosztódást Caenorhabditis elegans-ban, továbbá mind az UBC12, mind az UBC9 szükséges a fejlődéshez emlősökben. Ezért elviekben az ilyen E1 inhibitorok sejtciklus leállást idéznének elő és használhatók lennének hiperproliferációs rendellenességek, mint például a rák gyógyításában.
Mindemellett valószínű, hogy sokféle útvonalat érintene az E1 enzimek gátlása és ezek közül több elengedhetetlen a normális sejtműködéshez. Egy lehetséges előnye az E1NEDD8 gátlásának az E1Ub helyett, az hogy ennek csak a cullint tartalmazó ubiquitin ligázok aktiválása az egyetlen ismert funkciója. Így az E1NEDD8 gátlása remélhetőleg nem érint sok száz más ubiquitinilációs reakciót, melyek nem cullin függőek (Nalepa és mtsai., 2006).
Ellenőrző kérdések
1. Mik az ubiquitin fehérje legfontosabb jellemzői?
2. Hányféle gén és hogyan kódolja az ubiquitin fehérjét?
3. Mi a mono- és multiubiquitiniláció és mit jelent a sejtben?
4. Mik a multiubiquitiniláció egy ciklusának elemi lépései?
5. Mi az N-vég szabály?
6. Milyen E3-as enzimtípusokat ismer? Keressen példákat rájuk!
7. Milyen alegységei lehetnek egy RING-finger típusú E3-as enzimnek és mi a feladata ezeknek?
8. Milyen feladatai vannak a deubiquitiniláló enzimeknek?
9. Miben hasonlítanak az ubiquitinre az ubiquitin-szerű fehérjék és miben nem?
10. Mik a SUMO feladatai egy sejtben?
11. Hogyan aktiválódik és mi a feladata a Rub1/Nedd8 fehérjének?
Irodalom
Ciechanover, A., Heller, H., Elias, S., Haas, A. L. és Hershko, A. (1980) ATP-dependent conjugation of reticulocyte proteins with the polypeptide required for protein degradation.Proc Natl Acad Sci U S A77, 1365-8.
Ciechanover, A., Hod, Y. és Hershko, A.(1978) A heat-stable polypeptide component of an ATP-dependent proteolytic system from reticulocytes.Biochem Biophys Res Commun81, 1100-5.
Clague, M. J. és Urbe, S.(2006) Endocytosis: the DUB version.Trends Cell Biol16, 551-9.
Clague, M. J. és Urbe, S.(2010) Ubiquitin: same molecule, different degradation pathways.Cell 143, 682-5.
Etlinger, J. D. és Goldberg, A. L. (1977) A soluble ATP-dependent proteolytic system responsible for the degradation of abnormal proteins in reticulocytes.Proc Natl Acad Sci U S A74, 54-8.
Finley, D. (2009) Recognition and processing of ubiquitin-protein conjugates by the proteasome. Annu Rev Biochem78, 477-513.
Geiss-Friedlander, R. és Melchior, F.(2007) Concepts in sumoylation: a decade on.Nat Rev Mol Cell Biol8, 947-56.
Hershko, A., Ciechanover, A., Heller, H., Haas, A. L. és Rose, I. A.(1980) Proposed role of ATP in protein breakdown: conjugation of protein with multiple chains of the polypeptide of ATP-dependent proteolysis.Proc Natl Acad Sci U S A77, 1783-6.
Jackson, P. K., Eldridge, A. G., Freed, E., Furstenthal, L., Hsu, J. Y., Kaiser, B. K. és Reimann, J. D.(2000) The lore of the RINGs: substrate recognition and catalysis by ubiquitin ligases.Trends Cell Biol 10, 429-39.
Jentsch, S. és Pyrowolakis, G.(2000) Ubiquitin and its kin: how close are the family ties?Trends Cell Biol.10, 335-342.
Kirkin, V., McEwan, D. G., Novak, I. és Dikic, I.(2009) A role for ubiquitin in selective autophagy.Mol Cell34, 259-69.
Kirkpatrick, D. S., Denison, C. és Gygi, S. P.(2005) Weighing in on ubiquitin: the expanding role of mass-spectrometry-based proteomics.Nat Cell Biol 7, 750-7.
Komander, D., Clague, M. J. és Urbe, S.(2009) Breaking the chains: structure and function of the deubiquitinases.
Nat Rev Mol Cell Biol10, 550-63.
Mukhopadhyay, D. és Dasso, M.(2007) Modification in reverse: the SUMO proteases.Trends Biochem Sci32, 286-95.
Müller, S., Hoege, C., Pyrowolakis, G. és Jentsch, S.(2001) SUMO, ubiquitin's mysterious cousin.Nat Rev Mol Cell Biol2, 202-10.
Nalepa, G., Rolfe, M. és Harper, J. W.(2006) Drug discovery in the ubiquitin-proteasome system.Nat Rev Drug Discov5, 596-613.
Pankiv, S., Clausen, T. H., Lamark, T., Brech, A., Bruun, J. A., Outzen, H., Overvatn, A., Bjorkoy, G. és Johansen, T.(2007) p62/SQSTM1 binds directly to Atg8/LC3 to facilitate degradation of ubiquitinated protein aggregates by autophagy.J Biol Chem282, 24131-45.
Petroski, M. D. és Deshaies, R. J.(2005) Function and regulation of cullin-RING ubiquitin ligases.Nat Rev Mol Cell Biol6, 9-20.
Ravid, T. és Hochstrasser, M.(2008) Diversity of degradation signals in the ubiquitin-proteasome system.Nat Rev Mol Cell Biol 9, 679-90.
Rotin, D. és Kumar, S.(2009) Physiological functions of the HECT family of ubiquitin ligases.Nat Rev Mol Cell Biol 10, 398-409.
Schwartz, D. C. és Hochstrasser, M.(2003) A superfamily of protein tags: ubiquitin, SUMO and related modifiers.
Trends Biochem Sci 28, 321-8.
Simpson, M. V.(1953) The release of labeled amino acids from the proteins of rat liver slices.J. Biol. Chem. 201, 143-154.
Varshavsky, A.(1996) The N-end rule: functions, mysteries, uses.Proc Natl Acad Sci U S A93, 12142-9.
Varshavsky, A.(2003) The N-end rule and regulation of apoptosis.Nat Cell Biol5, 373-6.
Welchman, R. L., Gordon, C. és Mayer, R. J.(2005) Ubiquitin and ubiquitin-like proteins as multifunctional signals.Nat Rev Mol Cell Biol6, 599-609.
Wilkinson, K. D., Urban, M. K. és Haas, A. L.(1980) Ubiquitin is the ATP-dependent proteolysis factor I of rabbit reticulocytes.J Biol Chem255, 7529-32.
Wu, G., Xu, G., Schulman, B. A., Jeffrey, P. D., Harper, J. W. és Pavletich, N. P.(2003) Structure of a β-TrCP1-Skp1-β-catenin complex: destruction motif binding and lysine specificity of the SCF(β-TrCP1) ubiquitin ligase.Mol Cell 11, 1445-56.
3. A proteaszóma szerkezete és működése
A proteaszóma az eddig ismert legösszetettebb fehérjebontó enzim komplexum. Labilis szerkezet, mely magrészecskére és szabályozó részecskékre válhat szét. A proteaszóma proteolitikusan aktív részei a magrészecskében vannak, jól elkülönítve e henger alakú szerkezet belsejében. A fehérjék a henger két végén lévő csatornákon léphetnek be a részecskébe. Szabad magrészecske azonban nem bont le ubiquitin-fehérje konjugátumokat, csak szabályozó részecskével kapcsolódva (3.1. ábra).
3.1. ábra Az ubiquitin-proteaszóma rendszer
A 26S proteaszóma
• 2,5 MDa komplexum
• 20S magrészecske
• két 19S szabályozó részecske
• multikatalitikus proteáz (MCP)
Az első leírás egy proteaszóma-szerű tulajdonságokkal rendelkező, cső alakú komplexumról még az 1960-as évek végéről származik. A későbbiekben rengeteg elnevezés született a proteaszómára vonatkozóan, ami jól mutatja, hogy mennyi problémával kellett megküzdeni biokémiai tulajdonságainak és sejten belüli szerepének meghatározása során az eltelt több, mint négy évtized alatt. Enzimológiai vizsgálatokkal egész sereg különböző proteolitikus aktivitást mutattak ki, ami a „multikatalitikus proteáz” (multicatalytic protease, MCP) egységes elnevezésre vezetett (Burger és Seth, 2004). Ezt a nevet érdekes módon hamarosan egy újabb váltotta fel, aproteaszóma, mely jobban hangsúlyozza a sejtszervecske méretű molekuláris „gépezet” jellegű tulajdonságait (3.2. ábra).
3.2. ábra A 26S proteaszóma térszerkezeti modellje(Baumeister és mtsai., 1998) mellette méretarányként egy riboszóma látható
Elektronmikroszkópos felvételeken a 26S proteaszóma elnyúlt szerkezetnek tűnik, amely kb. 45 nm hosszú. Ez egy központi 20S magrészecskéből áll (3.3. ábra), amelyet egyik vagy mindkét végéről a 19S részecske borít (3.4.
ábra).
3.3. ábra Izolált 20S proteaszóma(magrészecske) negatív kontraszttal készült elektronmikroszkópos képe
3.4. ábra Izolált 26S proteaszóma (20S mag- és két 19S szabályozó részecske) negatív kontraszttal készült elektronmikroszkópos képe
Ezek a 19S „sapkák” vagy szabályozó részecskék, melyek emlősökben körülbelül 700 kDa molekulatömegűek (ezért PA700-nak [proteaszóma aktivátor 700 kDa molekulatömeggel] is hívják őket), szolgálják az ubiquitinilált
fehérjék felismerését, és ezeket a fehérjéket a 20S magrészecske számára lebontható formába hozzák. A 20S magrészecskéhez kötődve a két 19S „sapka” ellentétes oldalra néz a 20S magrészecske középpontos szimmetriájára utalva. Érdekes, hogy egyszerre léteznek csak egyik vagy mindkét végükön „sapkát” viselő 20S magrészecskék.
Igazából nem indokolja semmi a szimmetrikus komplexum szükségességét, sőt az aszimmetrikus felépítés jobban illik a működés folyamatához a szubsztrát felvételét és a termék leadását tekintve.