Ковалентная модификация белков
Ковалентная модификация белков с участием убиквитина и родственных белков представляет собой еще один путь регулировки их функций.
Основные положения:
- Убиквитин и родственные ему белки могут ковалентно присоединяться к другим белкам и служить метками мишени.
- Убиквитин узнается различными белками, которые с ним связываются.
- Убиквитинилирование происходит наряду с другими ковалентными модификациями.
- Наряду с обоспечением деградации белков, их убиквитинилирование играет роль в системах передачи сигналов .
Важнейшим механизмом контроля функций белков является их ковалентная модификация с помощью небольших белков, относящихся к семейству убиквитина. Убиквитин представляет собой одно из семейств белков, которые носят название убиквитин-подобные белки (Ubl) . Сам убиквитин обладает весьма консервативной структурой и обнаружен во многих объектах, что свидетельствует о функциональной значимости всех 76 остатков аминокислот, из которых он состоит. Наряду с давно известной ролью убиквитина в инициации деградации белков, он также обладает многочисленными функциями в системе передачи сигнала.
Ubl белки образуют конъюгат с субстратным белком за счет образования изопептидной связи между аминогруппой субстрата и С-концевым остатком Gly белка Ubl. Образование конъюгата катализируется белками E1 , E2 и E3 . К одному субстрату могут присоединиться несколько Ubl-белков, часто при этом образуются полиубиквитиновые цепи. Моно- и полиубиквитинилирование изменяют свойства белка и индуцируют сигналы, распространяющиеся далее. Моноубиквитинилирование представляет собой регуляторную модификацию, которая играет важную роль в везикулярном переносе и репарации ДНК . Например, моноубиквитинилированная форма белка FANCD2 ассоциирует с белком репарации BRCA1 на сайтах, где происходит репарация ДНК. Модификация Ubl-белком , SUMO , играет важную роль в ядерном транспорте , транскрипции и в прохождении клетки по циклу .
Образование цепей полиубиквитина происходит, когда убиквитинилированию подвергаются остатки Lys (особенно К48 и К63) в самом убиквитине. Формирование полиубиквитина на К48 обычно приводит к тому, что белок направляется в протеосомы для деградации, а конъюгация с полиубиквитиновыми остатками на К63 способствует передаче сигнала и не приводит к протеолизу. Связанный с белком убиквитин узнается различными убиквитин-связывающими доменами, включая UIM (последовательность, взаимодействующая с убиквитином) , UBA (сайт ассоциации с убиквитином) и некоторыми доменами цинковых пальцев . Эти домены в модифицированных белках способны служить рецепторами для убиквитина.
Активация фактора транскрипции NF-kB происходит по механизму, связанному с модификацией, как за счет добавления белков Ubl , так и фосфорилирования. На рис. 18.33 представлен пример регуляции активности этого фактора с участием убиквитина. До стимуляции NF-kB удерживается в цитоплазме в неактивном состоянии за счет связывания со своим ингибитором IkB . Фосфорилирование ингибитора IkB киназным комплексом (IKK) способствует его узнаванию мультисубъединичной E3-лигазой , которая обеспечивает его убиквитинилирование и последующую деградацию в протеосомах . Деградация IkB позволяет NF-kB мигрировать в ядро и участвовать в контроле транскрипции .
Стабилизация IkB происходит в ответ на определенные сигналы, за счет ковалентного присоединения SUMO , одного из белков Ubl . Этот белок присоединяется к тому же остатку Lys, который конъюгируется с убиквитином при подготовке IkB к деградации. Таким образом, SUMO стабилизирует IkB и ослабляет эффект NF-kB. Это один из многочисленных примеров помех, возникающих при функционировании конъюгатов Ubl.
Ключевым регуляторным событием в передаче сигнала с участием NF-kB является активация комплекса IKK. Этот комплекс сам регулируется за счет убиквитинилирования и фосфорилирования. Один из цитокинов , интерлейкин-1бета (IL-1бета) , обеспечивает ассоциацию адаптерных белков со своим рецептором, образуя комплекс активации рецептора. Комплекс активации рецептора интерлейкин-1бета мобилизует другой адаптерный комплекс, содержащий TRAF6 . В результате фосфорилирования комплекс TRAF6 диссоциирует от комплекса активации рецептора и высвобождается в цитоплазму.
TRAF6 содержит домен RING и E3 убиквитинлигазу , которая катализирует образование полиубиквитиновых цепей на К63 в молекуле протеинкиназы TAK1 . После этого, TAK1 мобилизует TAB2 и TABЗ , которые представляют собой адаптерные белки, содержащие консервативные домены цинковых пальцев . Эти домены связываются с плиубиквитинилированной молекулой TAK1 и стимулируют ее активность. Активированная молекула TAK1 фосфорилирует и активирует IKK, которая затем фосфорилирует IkB, подготавливая его к деградации. Таким образом, такие домены связывания убиквитина, как цинковые пальцы в TAB2 и TABЗ могут избирательно узнавать полиубиквитиновые цепи на остатке К63 и способствовать передаче сигнала.
Активность убиквитинлигазы может непосредственно контролироваться небольшими природными молекулами. Ауксин (индолил-3-уксусная кислота) является растительным гормоном и регулирует процессы развития, способствуя транскрипции множества генов. Однако, ауксин не стимулирует активность факторов транскрипции, а скорее интенсифицирует деградацию некоторых ее специфических репрессоров. Фактически, рецепторы ауксина представляют собой убиквитин лигазный комплекс, который подготавливает к протеолизу репрессоры транскрипции, находящиеся под контролем ауксина. В экстрактах растительных клеток белки, связывающиеся с ауксином, относятся к белкам, содержащим домен F .
Смотрите также:
