stringtranslate.com

Правило N-конца

Правило N -конца — это правило, которое управляет скоростью деградации белка посредством распознавания N-концевого остатка белков. Правило гласит, что N -концевая аминокислота белка определяет его период полураспада (время, по истечении которого половина общего количества данного полипептида деградирует). Правило применяется как к эукариотическим, так и к прокариотическим организмам, но с разной силой, правилами и результатом. [1] В эукариотических клетках эти N-концевые остатки распознаются и нацеливаются на убиквитинлигазы , опосредуя убиквитинирование, тем самым помечая белок для деградации. [2] Правило было первоначально открыто Александром Варшавским и его коллегами в 1986 году. [3] Однако из этого «правила» можно вывести только грубые оценки периода полураспада белка, поскольку модификация N-концевой аминокислоты может привести к изменчивости и аномалиям, в то время как воздействие аминокислот также может меняться от организма к организму. В последовательности можно обнаружить и другие сигналы деградации, известные как дегроны .

Правила в разных организмах

Это правило может действовать по-разному у разных организмов.

Дрожжи

N -концевые остатки – приблизительный период полураспада белков для S. cerevisiae [3]

Млекопитающие

N -концевые остатки – приблизительный период полураспада белков в системах млекопитающих [4]

Бактерии

В Escherichia coli положительно заряженные и некоторые алифатические и ароматические остатки на N-конце, такие как аргинин, лизин, лейцин, фенилаланин, тирозин и триптофан, имеют короткий период полураспада около 2 минут и быстро разрушаются. [5] Эти остатки (когда они расположены на N-конце белка) называются дестабилизирующими остатками . У бактерий дестабилизирующие остатки могут быть дополнительно определены как первичные дестабилизирующие остатки (лейцин, фенилаланин, тирозин и триптофан) или вторичные дестабилизирующие остатки (аргинин, лизин и в особом случае метионин [6] ). Вторичные дестабилизирующие остатки модифицируются путем присоединения первичного дестабилизирующего остатка ферментом лейцил /фенилаланил-тРНК-протеинтрансферазой. [5] [6] Все остальные аминокислоты, расположенные на N-конце белка, называются стабилизирующими остатками и имеют период полураспада более 10 часов. [5] Белки, несущие первичный дестабилизирующий остаток на N-конце, специфически распознаются бактериальным N-распознавателем (компонент распознавания) ClpS. [7] [8] ClpS является специфическим адаптерным белком для АТФ-зависимой протеазы AAA + ClpAP , и, следовательно, ClpS доставляет субстраты N-дегрона в ClpAP для деградации.

Осложняющей проблемой является то, что первый остаток бактериальных белков обычно экспрессируется с N-концевым формилметионином (f-Met). Формильная группа этого метионина быстро удаляется, а сам метионин затем удаляется метиониламинопептидазой . Удаление метионина более эффективно, когда второй остаток небольшой и незаряженный (например, аланин), но неэффективно, когда он объемный и заряженный, такой как аргинин. После удаления f-Met второй остаток становится N-концевым остатком и подчиняется правилу N-конца. Остатки со средними по размеру боковыми цепями, такие как лейцин в качестве второго остатка, поэтому могут иметь короткий период полураспада. [9]

Хлоропласты

Существует несколько причин, по которым правило N-конца может функционировать и в органелле хлоропласта растительных клеток. [10] Первое доказательство исходит из эндосимбиотической теории , которая охватывает идею о том, что хлоропласты произошли от цианобактерий , фотосинтезирующих организмов, которые могут преобразовывать свет в энергию. [11] [12] Считается, что хлоропласт развился в результате эндосимбиоза между эукариотической клеткой и цианобактерией, поскольку хлоропласты имеют несколько общих черт с бактерией, включая фотосинтетические способности. [11] [12] Бактериальное правило N-конца уже хорошо документировано; оно включает в себя систему протеазы Clp, которая состоит из адаптерного белка ClpS и шаперона ClpA/P и ядра протеазы. [5] [7] [13] Похожая система Clp присутствует в строме хлоропласта, что позволяет предположить, что правило N-конца может функционировать аналогичным образом в хлоропластах и ​​бактериях. [10] [14]

Кроме того, исследование 2013 года на Arabidopsis thaliana выявило белок ClpS1, возможный пластидный гомолог бактериального распознавателя ClpS . [15] ClpS — это бактериальный адаптерный белок, который отвечает за распознавание белковых субстратов через их N-концевые остатки и доставку их в ядро ​​протеазы для деградации. [7] Это исследование предполагает, что ClpS1 функционально похож на ClpS, также играя роль в распознавании субстрата через специфические N-концевые остатки ( дегроны ), как и его бактериальный аналог. [15] Предполагается, что после распознавания ClpS1 связывается с этими субстратными белками и доставляет их к шаперону ClpC ядра протеазы для инициирования деградации. [15]

В другом исследовании стромальные белки Arabidopsis thaliana были проанализированы для определения относительного содержания специфических остатков N-конца. [16] Это исследование показало, что аланин, серин, треонин и валин были наиболее распространенными остатками N-конца, в то время как лейцин, фенилаланин, триптофан и тирозин (все триггеры деградации у бактерий) были среди остатков, которые обнаруживались редко. [16]

Кроме того, был проведен анализ сродства с использованием остатков ClpS1 и N-конца, чтобы определить, действительно ли ClpS1 имеет специфических партнеров по связыванию. [17] Это исследование показало, что фенилаланин и триптофан специфически связываются с ClpS1, что делает их основными кандидатами на роль N-дегронов в хлоропластах. [17]

В настоящее время проводятся дальнейшие исследования для подтверждения того, действует ли правило N-конца в хлоропластах. [10] [17]

Апикопласт

Апикопласт — это производная нефотосинтетическая пластида , обнаруженная у большинства Apicomplexa , включая Toxoplasma gondii , Plasmodium falciparum и других Plasmodium spp . (паразиты, вызывающие малярию). Подобно растениям, несколько видов Apicomplexa n, включая Plasmodium falciparum , содержат все необходимые компоненты [18] [19], требуемые для локализованной в апикопласте Clp-протеазы, включая потенциальный гомолог бактериального ClpS N-распознавателя . [20] [21] Данные in vitro показывают, что ClpS Plasmodium falciparum способен распознавать различные N-концевые первичные дестабилизирующие остатки, не только классические бактериальные первичные дестабилизирующие остатки (лейцин, фенилаланин, тирозин и триптофан), но также N-концевой изолейцин и, следовательно, проявляет широкую специфичность (по сравнению со своим бактериальным аналогом). [21]

Ссылки

  1. ^ Варшавский А (январь 1997). "Путь деградации белка по правилу N-конца". Гены в клетки . 2 (1): 13–28. doi : 10.1046/j.1365-2443.1997.1020301.x . PMID  9112437. S2CID  27736735.
  2. ^ Tasaki T, Sriram SM, Park KS, Kwon YT (2012). «Путь правила N-конца». Annual Review of Biochemistry . 81 : 261–89. doi :10.1146/annurev-biochem-051710-093308. PMC 3610525. PMID 22524314  . 
  3. ^ ab Bachmair A, Finley D, Varshavsky A (октябрь 1986 г.). "In vivo период полураспада белка является функцией его аминоконцевого остатка". Science . 234 (4773): 179–86. Bibcode :1986Sci...234..179B. doi :10.1126/science.3018930. PMID  3018930.
  4. ^ Gonda DK, Bachmair A, Wünning I, Tobias JW, Lane WS, Varshavsky A (октябрь 1989). «Универсальность и структура правила N-конца». Журнал биологической химии . 264 (28): 16700–12. doi : 10.1016/S0021-9258(19)84762-2 . PMID  2506181.
  5. ^ abcd Tobias JW, Shrader TE, Rocap G, Varshavsky A (ноябрь 1991 г.). «Правило N-конца у бактерий». Science . 254 (5036): 1374–7. Bibcode :1991Sci...254.1374T. doi :10.1126/science.1962196. PMID  1962196.
  6. ^ Аб Ниннис Р.Л., Сполл С.К., Талбо Г.Х., Траскотт К.Н., Дуган Д.А. (июнь 2009 г.). «Модификация ПАТазы с помощью L/F-трансферазы создает ClpS-зависимый субстрат правила N-конца в Escherichia coli». Журнал ЭМБО . 28 (12): 1732–44. дои : 10.1038/emboj.2009.134. ПМК 2699360 . ПМИД  19440203. 
  7. ^ abc Erbse A, Schmidt R, Bornemann T, Schneider-Mergener J, Mogk A, Zahn R и др. (февраль 2006 г.). "ClpS является важным компонентом пути правила N-конца в Escherichia coli". Nature . 439 (7077): 753–6. Bibcode :2006Natur.439..753E. doi :10.1038/nature04412. PMID  16467841. S2CID  4406838.
  8. ^ Schuenemann VJ, Kralik SM, Albrecht R, Spall SK, Truscott KN, Dougan DA, Zeth K (май 2009). "Структурная основа распознавания субстрата правила N-конца в Escherichia coli адапторным белком ClpAP ClpS". EMBO Reports . 10 (5): 508–14. doi :10.1038/embor.2009.62. PMC 2680879. PMID 19373253  . 
  9. ^ Hirel PH, Schmitter MJ, Dessen P, Fayat G, Blanquet S (ноябрь 1989 г.). «Степень удаления N-концевого метионина из белков Escherichia coli регулируется длиной боковой цепи предпоследней аминокислоты». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 86 (21): 8247–51. Bibcode : 1989PNAS...86.8247H. doi : 10.1073/pnas.86.21.8247 . PMC 298257. PMID  2682640 . 
  10. ^ abc Bouchnak I, van Wijk KJ (октябрь 2019 г.). "Пути N-дегрона в пластидах". Trends in Plant Science . 24 (10): 917–926. doi : 10.1016/j.tplants.2019.06.013 . PMID  31300194. S2CID  196351051.
  11. ^ ab Archibald JM (октябрь 2015 г.). «Эндосимбиоз и эволюция эукариотических клеток». Current Biology . 25 (19): R911-21. doi : 10.1016/j.cub.2015.07.055 . PMID  26439354.
  12. ^ ab McFadden GI (январь 2001). "Происхождение и интеграция хлоропластов". Физиология растений . 125 (1): 50–3. doi :10.1104/pp.125.1.50. PMC 1539323. PMID  11154294 . 
  13. ^ Дуган Д.А., Мичевски Д., Траскотт К.Н. (январь 2012 г.). «Путь правила N-конца: от распознавания N-распознавателями к разрушению AAA + протеазами». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Исследования молекулярных клеток . 1823 (1): 83–91. дои : 10.1016/j.bbamcr.2011.07.002. ПМИД  21781991.
  14. ^ Нишимура К., ван Вейк К.Дж. (сентябрь 2015 г.). «Организация, функции и субстраты незаменимой системы протеаз Clp в пластидах». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Биоэнергетика . 1847 (9): 915–30. дои : 10.1016/j.bbabio.2014.11.012 . ПМИД  25482260.
  15. ^ abc Nishimura K, Asakura Y, Friso G, Kim J, Oh SH, Rutschow H и др. (июнь 2013 г.). «ClpS1 — это консервативный селектор субстрата для системы протеазы хлоропласта Clp у Arabidopsis». The Plant Cell . 25 (6): 2276–301. doi :10.1105/tpc.113.112557. PMC 3723626 . PMID  23898032. 
  16. ^ ab Rowland E, Kim J, Bhuiyan NH, van Wijk KJ (ноябрь 2015 г.). "N-термином стромы хлоропласта арабидопсиса: сложности созревания и стабильности аминоконцевого белка". Plant Physiology . 169 (3): 1881–96. doi :10.1104/pp.15.01214. PMC 4634096 . PMID  26371235. 
  17. ^ abc Montandon C, Dougan DA, van Wijk KJ (май 2019). "N-дегронная специфичность хлоропластного ClpS1 в растениях". FEBS Letters . 593 (9): 962–970. doi : 10.1002/1873-3468.13378 . PMID  30953344.
  18. ^ Флорентин А., Кобб Д.В., Фишберн Дж.Д., Чиприано М.Дж., Ким П.С., Фиерро М.А. и др. (ноябрь 2017 г.). «PfClpC — это необходимый шаперон Clp, необходимый для целостности пластид и стабильности протеазы Clp в Plasmodium falciparum». Cell Reports . 21 (7): 1746–1756. doi :10.1016/j.celrep.2017.10.081. PMC 5726808. PMID 29141210  . 
  19. ^ El Bakkouri M, Rathore S, Calmettes C, Wernimont AK, Liu K, Sinha D и др. (январь 2013 г.). «Структурное понимание неактивной субъединицы казеинолитического протеазного комплекса, локализованного в апикопласте, у Plasmodium falciparum». Журнал биологической химии . 288 (2): 1022–31. doi : 10.1074/jbc.M112.416560 . PMC 3542988. PMID  23192353 . 
  20. ^ LaCount DJ, Виньяли М., Четтье Р., Фансалкар А., Белл Р., Хессельберт Дж.Р. и др. (ноябрь 2005 г.). «Сеть взаимодействия белков малярийного паразита Plasmodium falciparum». Природа . 438 (7064): 103–7. Бибкод : 2005Natur.438..103L. дои : 10.1038/nature04104. PMID  16267556. S2CID  4401702.
  21. ^ ab Tan JL, Ward L, Truscott KN, Dougan DA (октябрь 2016 г.). «Адаптерный белок правила N-конца ClpS из Plasmodium falciparum проявляет широкую субстратную специфичность». FEBS Letters . 590 (19): 3397–3406. doi : 10.1002/1873-3468.12382 . PMID  27588721.