Ubikuitin ligaz - Ubiquitin ligase

Ubiquitin-protein ligaz
4a4c.png
E3 ubiquitin ligaz Cbl (mavi), E2 (camgöbeği) ve substrat peptidi (yeşil) ile kompleks halinde. PDB girişi 4a4c
tanımlayıcılar
AB numarası 2.3.2.27
CAS Numarası. 74812-49-0
veritabanları
IntEnz IntEnz görünümü
BRENDA BRENDA girişi
ExPASy NiceZyme görünümü
fıçı Fıçı girişi
MetaCyc metabolik yol
PRİAM profil
PDB yapıları RCSB PDB PDBe PDB toplamı
Gen ontolojisi AmiGO / QuickGO
ubikuitin ligaz
tanımlayıcılar
Sembol ubikuitin ligaz
OPM süper ailesi 471
OPM proteini 4v6p
membran 240

Bir ubikitin ligaz (aynı zamanda adı ligaz ubikuitin E3 ) bir E2 iş veren bir proteindir , ubikitin-konjüge enzimi ile yüklendiği ubikuitin , bir protein alt-tabakanın tanır ve yardımcı veya doğrudan protein substrata E2'den ubikitin transferini katalize . Ubikuitin bir bağlandığı lisin , bir hedef protein üzerinde izopeptit bağ . E3 ligazları hem hedef protein hem de E2 enzimi ile etkileşime girer ve böylece E2'ye substrat özgüllüğü verir. Genellikle, E3'ler substratlarını Lys48'e bağlı ubikuitin zincirleri ile poliübikitleştirir ve substratı proteazom tarafından yok edilmek üzere hedefler . Bununla birlikte, diğer birçok bağlantı türü mümkündür ve bir proteinin aktivitesini, etkileşimlerini veya lokalizasyonunu değiştirir. E3 ligazları tarafından ubiquitination, hücre kaçakçılığı, DNA onarımı ve sinyalleşme gibi çeşitli alanları düzenler ve hücre biyolojisinde büyük önem taşır. E3 ligazları ayrıca hücre döngüsü kontrolünde kilit oyunculardır, siklinlerin bozulmasına aracılık eder , ayrıca sikline bağımlı kinaz inhibitör proteinleri. İnsan genomu, substratlarda muazzam çeşitliliğe izin veren 600'den fazla varsayılan E3 ligazını kodlar.

Ubiquitination sistemi

Ubiquitylation sisteminin şematik diyagramı.

Ubiquitin ligaz, bir E3 olarak adlandırılır ve bir E1 ubikuitin-aktive edici enzim ve bir E2 ubiquitin-konjuge edici enzim ile birlikte çalışır . Tüm ubikuitin ligazları tarafından paylaşılan, konjugasyon için ubikuitini aktive etmek için ATP kullanan ve onu bir E2 enzimine aktaran bir ana E1 enzimi vardır. E2 enzimi, belirli bir E3 partneri ile etkileşime girer ve ubikitin'i hedef proteine aktarır . Bir multi-protein kompleksi olabilen E3, genel olarak, spesifik substrat proteinlerine ubiquitination'ın hedeflenmesinden sorumludur .

Ubiquitylation reaksiyonu, E3 ubiquitin ligazın etki mekanizmasına bağlı olarak üç veya dört adımda ilerler. Korunan ilk adımda, bir E1 sistein kalıntısı, ubikuitin üzerindeki ATP ile aktive olan C-terminal glisine saldırır ve bir tiyoester Ub-S-E1 kompleksi ile sonuçlanır . ATP ve difosfat hidrolizinden gelen enerji, bu reaktif tiyoesterin oluşumunu yönlendirir ve sonraki adımlar termonötrdür. Ardından, bir E2 sistein kalıntısının E1'e saldırdığı ve yerini aldığı bir transtiolasyon reaksiyonu meydana gelir. HECT alan tipi E3 ligazları, ubikuitin molekülünü E3'e aktarmak için bir transtiolasyon reaksiyonuna daha sahip olurken, çok daha yaygın olan RING parmak alanı tipi ligazlar, ubikitin'i doğrudan E2'den substrata aktarır. İlk ubiquitylation olayındaki son adım, hedef protein lizin amin grubundan sistein çıkaracak ve stabil bir izopeptid bağı oluşturacak bir saldırıdır. Bunun dikkate değer bir istisnası , N-terminal amini kullanılarak her yerde bulunan ve böylece ubikuitin ile bir peptit bağı oluşturan p21 proteinidir.

Ubiquitin ligaz aileleri

İnsanlar, E1 ve E2'ye substrat spesifikliği veren tahmini 500-1000 E3 ligazına sahiptir. E3 ligazları dört aileye ayrılır: HECT, RING-parmak, U-box ve PHD-parmak. HALKA parmakla E3 ligaz büyük aileyiz ve böyle ligaz ihtiva anafaz-teşvik kompleksi (APC) ve kompleks SCF ( Skp1 - Cullin kompleksi -F-box proteini). SCF kompleksleri dört proteinden oluşur: SCF kompleksleri arasında değişmez olan Rbx1, Cul1, Skp1 ve değişen bir F-box proteini. Yaklaşık 70 insan F-box proteini tanımlanmıştır. F-box proteinleri, SCF kompleksinin geri kalanını bağlayan bir F-box ve E3'e substrat özgünlüğünü veren bir substrat bağlama alanı içerir.

Tek ve çoklu her yerde bulunma

Lizin kalıntıları (kırmızı), N-terminal metionin (mavi) ve C-terminal glisin (sarı) ile Ubiquitin.

Ubiquitin sinyali, mesajının özgüllüğü için ubiquitin etiketlerinin çeşitliliğine dayanır. Bir protein, tek bir ubikuitin molekülü (monoubiquitylation) veya çeşitli ubikuitin molekülleri zincirleri (poliubiquitylation) ile etiketlenebilir. E3 ubikuitin ligazları, yeni bir ubikuitin molekülünün C-terminaline saldırmak için şu anda substrat proteinine bağlı bir ubikuitin molekülünden bir lizin tortusu kullanarak, tekli ubiquitinasyon mekanizmasıyla aynı şekilde poliübiquitinasyon olaylarını katalize eder. Örneğin, 48. pozisyonda (K48) lizin yoluyla bağlanan ortak bir 4-ubikuitin etiketi, etiketli proteini proteazoma ve ardından degradasyona alır. Bununla birlikte, ubikuitin lizin kalıntılarının yedisinin tümü (K6, K11, K27, K29, K33, K48 ve K63) ve ayrıca N-terminal metiyonin zincirlerde in vivo olarak kullanılır.

Monoubikitinasyon, membran proteini endositoz yolaklarıyla ilişkilendirilmiştir. Örneğin, Epidermal Büyüme Faktörü Reseptöründe (EGFR) 1045 konumunda Tirozinin fosforilasyonu, bir SH2 alanı yoluyla RING tipi E3 ligaz c-Cbl'yi alabilir . C-Cbl, EGFR'yi monoubiquitile eder, içselleştirilmesi ve lizozoma ticareti için sinyal verir.

Monoubikitinasyon ayrıca sitozolik protein lokalizasyonunu da düzenleyebilir. Örneğin, E3 ligaz MDM2, p53'ü ya bozunma (K48 poliubikuitin zinciri) ya da nükleer dışa aktarma (monoubiquitylation) için her yerde çoğaltır. Bu olaylar konsantrasyona bağlı bir şekilde meydana gelir, bu da E3 ligaz konsantrasyonunun modüle edilmesinin protein homeostazını ve lokalizasyonunu kontrol etmek için hücresel düzenleyici bir strateji olduğunu düşündürür.

Yüzey tanıma

Ligazlar en önemli belirleyicisi son ve potansiyel olarak Ubikitin substrat özgünlüğü ubikitinasyon ait protein . Ligazlar, protein substratlarını hücredeki diğer binlerce proteinden ve aynı proteinin diğer (ubiquitination-inaktif) formlarından aynı anda ayırt etmelidir . Bu, çoğu degronların tanınmasını içeren farklı mekanizmalarla başarılabilir : substrat üzerindeki spesifik kısa amino asit dizileri veya kimyasal motifler.

N-degron

Proteolitik bölünme , bir proteinin N-terminalinde kalıntıların açığa çıkmasına neden olabilir . Göre , N-ucu kuralı , farklı N-terminal amino asit (veya bunun N-degrons) etkileyen, bunların uygun ubikitin ligaz (N-recognin) tarafından farklı bir ölçüde tanınan bir yarı ömür protein. Örneğin, pozitif yüklü ( Arg , Lys , His ) ve hacimli hidrofobik amino asitler ( Phe , Trp , Tyr , Leu , Ile ) tercihli olarak tanınırlar ve bu nedenle proteinlerinin daha hızlı bozulmasına izin verdikleri için kararsızlaştırıcı degronlar olarak kabul edilirler .

fosfodegronlar

Fosforillenmiş bir degron (yeşil), fosfatının oksijen atomları (kırmızı) ve SCF FBW7 ubiquitin ligazın (mavi) yan zincirleri arasındaki hidrojen bağı (sarı) ile stabilize edilir . Ubiquitin ligazın ilgili kısmı gri renkle gösterilmiştir. PDB girişi 2ovr

Bir degron, bir tirozin , serin veya treonin tortusunun fosforilasyonu gibi bir translasyon sonrası modifikasyon ile aktif formuna dönüştürülebilir . Bu durumda, ubikuitin ligaz, bağlanma bölgesi içindeki stabilizasyon nedeniyle substratın fosforile edilmiş versiyonunu özel olarak tanır . Örneğin, FBW7 , F-box bir alt tabaka tanıma birimi SCF FBW7 ligazı ubikitin, bir fosforile edilmiş substrat stabilize bağlanma, hidrojen olan arginin sağa şekilde gösterildiği gibi, fosfat kalıntıları. Fosfat yokluğunda, FBW7 kalıntıları substratı iter.

Oksijen ve küçük molekül bağımlı degronlar

Oksijen veya diğer küçük moleküllerin varlığı degron tanımayı etkileyebilir. Von Hippel Lindau (VHL) proteini (özel bir E3 ligaz alt tabaka tanıma kısmı), örneğin, kabul hipoksi ile indüklenebilir faktörü alfa onun sadece Normal oksijen koşulları altında (HIF-α), prolin olduğu hidroksile . Öte yandan hipoksi altında , HIF-a hidroksillenmez, ubiquitination'dan kaçınır ve bu nedenle hücrede hipoksiye transkripsiyonel yanıtı başlatabilen daha yüksek konsantrasyonlarda çalışır . Protein bozulmasının küçük molekül kontrolünün bir başka örneği, bitkilerdeki fitohormon oksindir . Oksin, TIR1'e ( SCF TIR1 ubiquitin ligazın substrat tanıma alanı) bağlanır, TIR1'in substratları için afinitesini arttırır (transkripsiyonel baskılayıcılar : Aux/IAA) ve bunların bozulmasını teşvik eder.

Yanlış katlanmış ve şeker degronları

Ubiquitin ligazları, amino asitleri tanımanın yanı sıra, substratlar üzerinde, bunların yok edilmesi için sinyal görevi gören olağandışı özellikleri de tespit edebilir. Örneğin, San1 ( Bay 1 antagonisti , a) nükleer protein kalite kontrolü maya , düzensiz bir substrat olan bağlama alanı bu hidrofobik etki bağlanmasına izin veren, yanlış katlanmış proteinler . Yanlış katlı veya aşırı demonte glikoproteinleri arasında ERAD yolu, diğer taraftan tarafından tanınır Fbs1 ve Fbs2, memeli F-box proteinleri E3 ligaz SCF Fbs1 ve SCF Fbs2 . Bu tanıma alanları, yüksek mannoz içeren glikanları bağlamalarına izin veren küçük hidrofobik ceplere sahiptir .

Yapısal motifler

Lineer degronlara ek olarak , E3 ligaz bazı durumlarda substrat üzerindeki yapısal motifleri de tanıyabilir . Bu durumda, 3D motifi substrat doğrudan ilişkilendirmek izin verebilir biyokimyasal fonksiyonu ubikitinasyonuna . Bu ilişki, moleküller arası bir beta levha etkileşimi yoluyla karşılık gelen E3 ligazı ( FBXO4 ) tarafından tanınan TRF1 proteini (insan telomer uzunluğunun düzenleyicisi ) ile gösterilebilir . TRF1 telomer bağlıyken ubikinasyon yapılamaz, bunun nedeni muhtemelen E3 ligazına bağlanan aynı TRF1 alanı aynı zamanda telomerlere de bağlanmasıdır.

hastalık alaka

E3 ubiquitin ligazları, homeostazı, hücre döngüsünü ve DNA onarım yollarını düzenler ve sonuç olarak, bu proteinlerin bir kısmı, ünlü MDM2, BRCA1 ve Von Hippel-Lindau tümör baskılayıcı dahil olmak üzere çeşitli kanserlerde rol oynar . Örneğin, mide kanseri , böbrek hücreli karsinom ve karaciğer kanserinde (diğerlerinin yanı sıra), promotörünün Sp1 transkripsiyon faktörü için afinitesini artırarak MDM2 mRNA'nın artan transkripsiyonuna neden olarak MDM2 konsantrasyonlarını deregüle etmek için bir MDM2 mutasyonu bulunmuştur . E3 ubikuitin ligaz-substrat çiftlerini tanımlamak için yakınlığa bağlı biotin tanımlaması (BioID), ubikuitin ligaz-substrat yakalama ve tandem ubikuitin bağlayıcı varlıklar (TUBE'ler) gibi çeşitli proteomik tabanlı deneysel teknikler mevcuttur.

Örnekler

  • Bir ring ( R, eally I nteresting N ew G en) alan E2 conjugase bağlanan ve E2-E3 karmaşık enzimatik faaliyete müdahale etmek üzere bulunabilir olabilir
  • Bir F-box alanı (SCF kompleksinde olduğu gibi) her yerde bulunan substratı bağlar. (örneğin, hedef protein Sic1'i bağlayan Cdc 4 ; Cln'yi bağlayan Grr1).
  • Ubikuitinin E2'den substrata transferinde rol oynayan bir HECT alanı .

Bireysel E3 ubiquitin ligazları

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar