Войти
| Убиквитин - протеинлигаза | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Убиквитинлигаза E3 Cbl (синий) в комплексе с E2 (голубой) и субстратным пептидом (зеленый). Запись PDB 4a4c | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер EC | 2.3.2.27 | ||||||||
| Номер CAS | 74812-49-0 | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| IntEnz | IntEnz view | ||||||||
| BRENDA | Запись BRENDA | ||||||||
| ExPASy | Просмотр NiceZyme | ||||||||
| KEGG | Запись KEGG | ||||||||
| MetaCyc | метаболический путь | ||||||||
| PRIAM | профиль | ||||||||
| структуры PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Онтология генов | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
| Убиквитинлигаза | |
|---|---|
| Идентификаторы | |
| Символ | Убиквитинлигаза |
| суперсемейство OPM | 471 |
| OPM белок | 4v6p |
| Мембранома | 240 |
A убиквитинлигаза (также называемая убиквитинлигазой E3 ) - это белок, который привлекает E2 убиквитин-конъюгированный фермент, который был загружен убиквитином, распознает белковый субстрат и способствует или непосредственно катализирует перенос убиквитина от E2 к протеиновому субстрату. убиквитин присоединен к лизину на целевом белке с помощью изопептидной связи. Лигазы E3 взаимодействуют как с целевым белком, так и с ферментом E2, и таким образом придают субстратную специфичность E2. Обычно E3 полиубиквитинируют свой субстрат с Lys48-связанными цепями убиквитина, направляя субстрат для разрушения протеасомой. Однако возможны многие другие типы связей, которые изменяют активность, взаимодействия или локализацию белка. Убиквитинирование лигазами E3 регулирует различные области, такие как перенос клеток, репарация ДНК и передача сигналов, и имеет огромное значение в биологии клетки. Лигазы E3 также являются ключевыми участниками в контроле клеточного цикла, опосредуя деградацию циклинов, а также белков ингибитора циклинзависимой киназы. Геном человека кодирует более 600 предполагаемых лигаз E3, что обеспечивает огромное разнообразие субстратов.
Схематическая диаграмма системы убиквитилирования. Убиквитинлигаза обозначается как E3, и действует совместно с убиквитин-активирующим ферментом E1 и E2-убиквитин-конъюгированным ферментом. Существует один главный фермент E1, общий для всех убиквитинлигаз, который использует АТФ для активации убиквитина для конъюгации и передачи его ферменту E2. Фермент E2 взаимодействует со специфическим партнером E3 и переносит убиквитин на целевой белок. E3, который может быть мультибелковым комплексом, обычно отвечает за нацеливание убиквитинирования на конкретные субстратные белки.
Реакция убиквитилирования протекает в трех или четыре стадии в зависимости от механизма действия убиквитинлигазы E3. На консервативной первой стадии остаток E1 цистеина атакует АТФ-активированный C-концевой глицин на убиквитине, в результате чего образуется комплекс тиоэфир Ub-S-E1. Энергия от гидролиза АТФ и дифосфата приводит к образованию этого реактивного тиоэфира, и последующие стадии являются термонейтральными. Затем происходит реакция транстиоляции, в которой остаток цистеина E2 атакует и замещает E1. Домен HECT лигазы типа E3 будут иметь еще одну реакцию транстиоляции для переноса молекулы убиквитина на E3, тогда как гораздо более распространенные лигазы типа RING finger domain переносят убиквитин непосредственно с E2 на субстрат.. Заключительным этапом первого события убиквитилирования является атака аминогруппы лизина целевого белка, которая удаляет цистеин и формирует стабильную изопептидную связь. Заметным исключением из этого правила является белок p21, который, по-видимому, убиквитилирован с использованием своего N-концевого амина, образуя пептидную связь с убиквитином.
У людей примерно 500-1000 лигаз E3, которые придают субстратную специфичность E1 и E2. Лигазы E3 подразделяются на четыре семейства: HECT, RING-finger, U-box и PHD-finger. Лигазы RING-finger E3 являются самым большим семейством и содержат лигазы, такие как комплекс, стимулирующий анафазу (APC) и комплекс SCF (Skp1 - Cullin -F-box белковый комплекс). Комплексы SCF состоят из четырех белков: Rbx1, Cul1, Skp1, которые инвариантны для комплексов SCF, и белка F-бокса, который варьируется. Идентифицировано около 70 белков F-бокса человека. Белки F-бокса содержат F-бокс, который связывает остальную часть комплекса SCF, и субстрат-связывающий домен, который придает E3 его субстратную специфичность.
Убиквитин с остатки лизина (красный), N-концевой метионин (синий) и C-концевой глицин (желтый). Передача сигналов убиквитина зависит от разнообразия тегов убиквитина для специфичности его сообщения. Белок может быть помечен одной молекулой убиквитина (моноубиквитилирование) или множеством различных цепей молекул убиквитина (полиубиквитилирование). Убиквитинлигазы E3 катализируют события полиубиквитинирования во многом таким же образом, как и единичный механизм убиквитилирования, используя вместо этого остаток лизина из молекулы убиквитина, в настоящее время присоединенной к белку-субстрату, чтобы атаковать C-конец новой молекулы убиквитина. Например, обычная метка 4-убиквитина, связанная через лизин в положении 48 (K48), рекрутирует меченый белок в протеасому и последующую деградацию. Однако все семь остатков лизина убиквитина (K6, K11, K27, K29, K33, K48 и K63), а также N-концевой метионин используются в цепях in vivo.
Моноубиквитинирование проводилось. связаны с мембранным белком путями эндоцитоза. Например, фосфорилирование тирозина в положении 1045 в рецепторе эпидермального фактора роста (EGFR) может рекрутировать лигазу E3 типа RING c-Cbl через домен SH2. C-Cbl моноубиквитилирует EGFR, передавая сигналы для его интернализации и доставки в лизосомы.
Моноубиквитинирование также может регулировать локализацию цитозольного белка. Например, лигаза E3 MDM2 убиквитилирует p53 либо для деградации (полиубиквитиновая цепь K48), либо для ядерного экспорта (моноубиквитилирование). Эти события происходят в зависимости от концентрации, что свидетельствует о том, что модуляция концентрации лигазы E3 является клеточной регуляторной стратегией для контроля гомеостаза и локализации белка.
Убиквитин-лигазы являются последними и потенциально наиболее эффективными. наиболее важная детерминанта субстратной специфичности в убиквитинировании белков. Лигазы должны одновременно отличать свой белковый субстрат от тысяч других белков в клетке и от других (неактивных в отношении убиквитинирования) форм того же белка. Это может быть достигнуто с помощью различных механизмов, большинство из которых включает распознавание дегронов : специфических коротких аминокислотных последовательностей или химических мотивов на субстрате.
Протеолитическое расщепление может приводить к обнажению остатков на N-конце белка. Согласно правилу N-конца, различные N-концевые аминокислоты (или N-дегроны) распознаются в разной степени их соответствующей убиквитинлигазой (N-распознаванием), влияя на полу- жизнь белка. Например, положительно заряженные (Arg, Lys, His ) и объемные гидрофобные аминокислоты (Phe, Trp, Tyr, Leu, Ile ) распознаются преимущественно и поэтому считаются дестабилизирующими дегронами, поскольку они позволяют быстрее деградация их белков.
Фосфорилированный дегрон (зеленый) стабилизируется водородными связями (желтый) между атомами кислорода его фосфата (красный) и боковыми цепями SCF -убиквитинлигазы (синий). Соответствующая часть убиквитинлигазы показана серым цветом. Запись PDB 2ovr Дегрон может быть преобразован в его активную форму с помощью посттрансляционной модификации, такой как фосфорилирование тирозина, серина или треониновый остаток. В этом случае убиквитинлигаза распознает исключительно фосфорилированную версию субстрата за счет стабилизации внутри сайта связывания. Например, FBW7, блок распознавания субстрата F-box убиквитинлигазы SCF, стабилизирует фосфорилированный субстрат посредством связывания водорода его аргинин остатков фосфата, как показано на рисунке справа. В отсутствие фосфата остатки FBW7 отталкивают субстрат.
Наличие кислорода или других малых молекулы могут влиять на распознавание дегронов. Например, белок фон Хиппель-Линдау (VHL) (часть распознавания субстрата специфической лигазы E3) распознает индуцируемый гипоксией фактор альфа (HIF-α) только при нормальных условиях. кислородные условия, когда его пролин является гидроксилированным. С другой стороны, при гипоксии HIF-a не гидроксилируется, избегает убиквитинирования и, таким образом, действует в клетке при более высоких концентрациях, которые могут инициировать транскрипционный ответ на гипоксия. Другим примером низкомолекулярного контроля деградации белка является фитогормон ауксин в растениях. Ауксин связывается с TIR1 (домен узнавания субстрата SCF убиквитинлигазы), увеличивая сродство TIR1 к его субстратам (транскрипционные репрессоры : Aux / IAA) и способствуя их деградации.
Помимо распознавания аминокислот, убиквитинлигазы могут также обнаруживать необычные особенности на субстратах, которые служат сигналами для их разрушения. Например, San1 (), ядерный белок для контроля качества в дрожжах, имеет неупорядоченный субстрат связывающий домен, который позволяет ему связываться с гидрофобными доменами неправильно свернутые белки. С другой стороны, неправильно свернутые или избыточные несобранные гликопротеины пути ERAD распознаются Fbs1 и Fbs2, белками F-бокса млекопитающих лигаз E3 SCF и SCF. Эти домены узнавания имеют небольшие гидрофобные карманы, позволяющие им связывать маннозу, содержащую гликаны.
В дополнение к линейным дегронам, E3 лигаза может в некоторых случаях также распознавать структурные мотивы на субстрате. В этом случае 3D-мотив может позволить субстрату напрямую связывать свою биохимическую функцию с убиквитинизацией. Эта связь может быть продемонстрирована с помощью белка TRF1 (регулятор длины теломер человека), который распознается соответствующей лигазой E3 (FBXO4 ) через межмолекулярное бета-лист взаимодействие. TRF1 не может быть убихинирован при связывании с теломерами, вероятно, потому что тот же домен TRF1, который связывается с его лигазой E3, также связывается с теломерами.
Лигазы убиквитина E3 регулируют гомеостаз, клеточный цикл и ДНК пути репарации, и в результате ряд этих белков участвует в различных раковых заболеваниях, включая известные MDM2, BRCA1 и опухолевый супрессор фон Хиппеля-Линдау. Например, мутация MDM2 была обнаружена при раке желудка, почечно-клеточной карциноме и раке печени (среди прочего) для дерегулирования концентраций MDM2 путем увеличения его сродство промотора к транскрипционному фактору Sp1, вызывающее усиление транскрипции мРНК MDM2. Для идентификации пар убиквитин-лигаза-субстрат E3 доступно несколько основанных на протеомике экспериментальных методов, таких как идентификация биотина, зависимая от близости (BioID), улавливание убиквитин-лигаза-субстрат и тандемные убиквитин-связывающие объекты (TUBE).
