stringtranslate.com

Фермент, активирующий убиквитин

Активирующие убиквитин ферменты , также известные как ферменты E1 , катализируют первый шаг в реакции убиквитинирования , которая (помимо прочего) может нацеливать белок на деградацию через протеасому . Эта ковалентная связь убиквитина или убиквитин-подобных белков с целевыми белками является основным механизмом регулирования функции белка в эукариотических организмах . [2] Многие процессы, такие как деление клеток , иммунные реакции и эмбриональное развитие, также регулируются посттрансляционной модификацией убиквитином и убиквитин-подобными белками. [2]

Убиквитинирование (убиквитилирование)

Фермент, активирующий убиквитин (E1), запускает процесс убиквитинирования (рисунок 1). Фермент E1 вместе с АТФ связывается с белком убиквитина. Затем фермент E1 передает белок убиквитина второму белку, называемому переносчиком убиквитина или конъюгационным белком (E2). Белок E2 образует комплекс с лигазой белка убиквитина (E3). Эта лигаза белка убиквитина распознает, какой белок необходимо пометить, и катализирует перенос убиквитина на этот белок. Этот путь повторяется до тех пор, пока целевой белок не будет иметь полную цепь убиквитина, присоединенную к нему. [3]

Структура и механизм

В начале каскада убиквитинирования фермент E1 (рисунок 2) связывает АТФ-Mg2 + и убиквитин и катализирует ацил-аденилирование С-конца убиквитина. [4] На следующем этапе каталитический цистеин (рисунок 3) на ферменте E1 атакует комплекс убиквитин-АМФ через ацильную замену, одновременно создавая тиоэфирную связь и уходящую группу АМФ. [2] Наконец, комплекс E1-убиквитин переносит убиквитин на фермент E2 через реакцию транстиоэстерификации, в которой каталитический цистеин E2 атакует заднюю сторону комплекса E1-убиквитин. [5] Однако процесс транстиоэстерификации очень сложен, поскольку и ферменты E1, и E2 образуют промежуточный комплекс, в котором оба фермента претерпевают ряд конформационных изменений для связывания друг с другом. [5]

На протяжении всего этого механизма фермент E1 связан с двумя молекулами убиквитина. Хотя этот вторичный убиквитин также аденилирован, он не образует тот же тиоэфирный комплекс, который был описан ранее. Функция вторичного убиквитина остается в значительной степени неизвестной, однако считается, что он может способствовать конформационным изменениям, наблюдаемым в ферменте E1 во время процесса транстиоэстерификации. [2]

  • Рисунок 1 показывает последовательность того, как активирующий убиквитин фермент присоединяется к АТФ и субстрату убиквитина. Он также показывает, как два субстрата убиквитина могут быть связаны одновременно.[6]
    Рисунок 1. показывает последовательность того, как активирующий убиквитин фермент присоединяется к АТФ и субстрату убиквитина. Он также показывает, как два субстрата убиквитина могут быть связаны одновременно. [6]
  • Рисунок 2. Белок E1 связывает молекулу убиквитина в каждом из двух идентичных активных участков (выделено). Важные остатки, цистеин и аргинин, отмечены красным.[2]
    Рисунок 2. Белок E1 связывает молекулу убиквитина в каждом из двух идентичных активных участков (выделено). Важные остатки, цистеин и аргинин, отмечены красным. [2]
  • Рисунок 3. Крупный план несвязанного активного центра. Считается, что Arg (603) перезаряжает каталитический Cys (600) после того, как убиквитин переносится на фермент E2.[2]
    Рисунок 3. Крупный план несвязанного активного центра. Считается, что Arg (603) перезаряжает каталитический Cys (600) после того, как убиквитин был перенесен на фермент E2. [2]
  • Рисунок 4. Полный механизм аденилирования убиквитина и последующего связывания убиквитина с E1.
    Рисунок 4. Полный механизм аденилирования убиквитина и последующего связывания убиквитина с E1.
  • Принципиальная схема системы убиквитинирования.
    Принципиальная схема системы убиквитинирования.

Изоферменты

Следующие гены кодируют ферменты, активирующие убиквитин:

Ассоциация заболеваний

Система убиквитин-протеасома имеет решающее значение для надлежащей деградации белка в клетках. Дисфункции этой системы могут нарушить клеточный гомеостаз и привести к множеству расстройств. В нормально функционирующих клетках ковалентная связь убиквитина или убиквитин-подобного белка с целевым белком изменяет поверхность целевого белка. Эти убиквитинированные белки подвергаются деградации протеолитическими и непротеолитическими путями. [7] Если эта система дает сбой, могут возникнуть многочисленные наследственные и приобретенные заболевания, такие как рак, диабет , инсульт , болезнь Альцгеймера , боковой амиотрофический склероз , рассеянный склероз , астма , воспалительное заболевание кишечника , аутоиммунный тиреоидит , воспалительный артрит , волчанка и синдром VEXAS . [7]

Миссенс вУБЭ1и Х-сцепленная детская спинальная мышечная атрофия (XL-SMA)

Среди различных расстройств, связанных с убиквитин-протеасомным путем, есть Х-сцепленная детская спинальная мышечная атрофия (XL-SMA). [8] Это фатальное детское расстройство связано с потерей клеток переднего рога и детской смертью. Клинические признаки включают гипотонию, арефлексию и множественные врожденные контрактуры. В крупномасштабном мутационном анализе скрининг шести семей XL-SMA дал результаты, указывающие на две новые миссенс-мутации в двух семьях и новую синонимическую замену C→T в еще трех семьях. Все эти обнаруженные мутации были расположены в экзоне 15 гена UBE1 (ген, кодирующий убиквитин-активирующий фермент) и, как было отмечено, сегрегировали с заболеванием в семьях. Вкратце, миссенс UBE1 может привести к нарушению комплексного строительства с гигаксонином , белком, участвующим в структуре аксонов и поддержании нейронов. Это может привести к нарушению деградации белка 1B, связанного с микротрубочками (MAP1B), что приводит к накоплению белка MAP1B, что может усилить гибель нейрональных клеток. [8] Таким образом, предполагается, что мутации в UBE1 являются причиной генетических дефектов у людей с XL-SMA.

Ссылки

  1. ^ PDB : 3CMM ​; Lee I, Schindelin H (июль 2008 г.). «Структурное понимание активации убиквитина, катализируемой E1, и переноса на конъюгирующие ферменты». Cell . 134 (2): 268–78. doi : 10.1016/j.cell.2008.05.046 . PMID  18662542.
  2. ^ abcdef Schulman BA, Harper JW (май 2009). «Активация убиквитин-подобного белка ферментами E1: вершина для нисходящих сигнальных путей». Nature Reviews Molecular Cell Biology . 10 (5): 319–31. doi :10.1038/nrm2673. PMC 2712597. PMID 19352404  . 
  3. ^ Lecker SH, Goldberg AL, Mitch WE (июль 2006 г.). «Деградация белка путем убиквитин-протеасомы в норме и при заболеваниях» (PDF) . Журнал Американского общества нефрологии . 17 (7): 1807–19. doi : 10.1681/ASN.2006010083 . PMID  16738015.
  4. ^ Tokgöz Z, Bohnsack RN, Haas AL (май 2006). «Плейотропные эффекты связывания ATP.Mg2+ в каталитическом цикле убиквитин-активирующего фермента». Журнал биологической химии . 281 (21): 14729–37. doi : 10.1074/jbc.M513562200 . PMID  16595681.
  5. ^ ab Lee I, Schindelin H (июль 2008 г.). «Структурные представления об активации убиквитина, катализируемой E1, и его передаче конъюгирующим ферментам». Cell . 134 (2): 268–78. doi : 10.1016/j.cell.2008.05.046 . PMID  18662542.
  6. ^ Этот рисунок адаптирован из Схемы 1 "Механизм активации убиквитина ферментом: кинетический и равновесный анализ" Артура Хааса. Хаас АЛ, Роуз IA (сентябрь 1982). "Механизм активации убиквитина ферментом. Кинетический и равновесный анализ". Журнал биологической химии . 257 (17): 10329–37. PMID  6286650.
  7. ^ ab Wang J, Maldonado MA (август 2006 г.). «Система убиквитин-протеасома и ее роль в воспалительных и аутоиммунных заболеваниях» (PDF) . Клеточная и молекулярная иммунология . 3 (4): 255–61. PMID  16978533.
  8. ^ ab Ramser J, Ahearn ME, Lenski C и др. (январь 2008 г.). «Редкие миссенс- и синонимичные варианты в UBE1 связаны с Х-сцепленной детской спинальной мышечной атрофией». American Journal of Human Genetics . 82 (1): 188–93. doi :10.1016/j.ajhg.2007.09.009. PMC 2253959 . PMID  18179898. 

Внешние ссылки