Ubikvitin

Izvor: Wikipedija
Skoči na: orijentacija, traži

Ubikvitin je mali regulatorni protein konzervirane sekvence koji je prisutan kod svih eukariota. Ubikvitinacija je proces post-translacijske modifikacije nekog proteina koja nastaje kada se poveže s jednim ili više ubikvitinskih monomera, preko kovalentne veze. Najznačajnija uloga ubikvitina je označavanje onih proteina koji će se razgraditi u proteasomu. Osim ovog, ubikvitinacija kontrolira stabilnost, funkciju i unutarstanični položaj velikog broja proteina. Proces ubikvitinacije započinje enzim E1.

Model molekule ubikvitina. Sedam lizinskih lanaca prikazano je narančasto
Prostorni model ubikvitina

Identifikacija[uredi VE | uredi]

Ubikvitin (prvotno sveprisutni imunopotentni polipeptid) prvi su put identificirali 1975. godine kao sveprisutni protein mase 8.5kDa. Osnovne uloge ubikvitina otkrivene su u ranim 1980-im u istraživanjima Fox Chase instituta za rak, a otkrila ga je ekipa znanstvenika koju su sačinjavali Aaron Ciechanover, Avram Hershko i Irwin Rose, koji su za svoje otkriće dobili Nobelovu nagradu za kemiju 2004. godine.[1]


Ubikvitinacijski sustav je prvotno okarakteriziran kao ATP-ovisan proteolitički sustav prisutan u staničnim ekstraktima. Termostabilan polipeptid prisutan u ovim ekstraktima, proteolitički faktor 1 (APF-1) ovisan o ATP-u je pronađen, povezan kovalentnom vezom za model supstrata lizozima, u procesima ovisnim o ATP-u i M2+. Višestruke molekule APF-1 su bile povezane s jednim supstratom preko izopeptidne veze, i otkriveno je da njihove konjugirane proteine brzo otapa oslobađanje slobodnih APF-1. Ubrzo nakon toga, otkrivena je konjugacija proteina APF-1, koji je nazvan ubikvitinom. Karboksilna grupa aminokiseline glicin je otkrivena kao mjesto spajanja sa lizinom supstrata.

Protein[uredi VE | uredi]

Svojstva ubikvitina (čovjek)
Broj aminokiselina 76
Molekulska masa 8564.47 Da
Izoelektrično polje (pI) 6.79
Nazivi gena RPS27A (UBA80, UBCEP1), UBA52 (UBCEP2), UBB, UBC

Ubikvitin je mali protein prisutan u svim eukariotskim stanicama. Obavlja mnoštvo uloga vezujući se na brojne ciljane proteine. Sam se ubikvitin sastoji od 76 aminokiselina i ima molekulsku masu od 8.5kDa. Ključne karakteristike su C-terminalni rep i 7 aminokiseliza lizina. Veoma je konzerviran među eukariotskim vrstama: ljudi i kvasci dijele 96% sekvence. Kod ljudskog ubikvitina, pri kojem svako slovo označava aminokiselinu, glasi:


MQIFVKTLTGKTITLEVEPSDTIENVKAKIQDKEGIPPDQQRLIFAGKQLEDGRTLSDYNIQKESTLHLVLRLRGG



Ubikvitinacija[uredi VE | uredi]

Proces označavanja nekog proteina ubikvitinom (ubikvitinacija) se sastoji od serije koraka:

  1. Aktivacija ubikvitina: Ubikvitin aktivira E1 ubikvitin-aktivirajući enzim u procesu koji zahtijeva ATP kao izvor energije. Prvi korak uključuje proizvodnju ubikvitin-adenilata. Druga je faza prijenos ubikvitina do aktivnog mjesta, cisteina na E1 enzimu, uz otpuštanje AMP-a. Ovaj korak rezultira tioesterskom vezom između C-terminalne karboksilne grupe ubikvitina i sulfihidrilnom grupom cisteina na enzimu E1.
  2. Prijenos ubikvitina s E1 do aktivnog mjesta cisteina ubikvitin-konjugirajućeg enzima E2 preko tran(tio)esterifikacijske reakcije. Genomi sisavaca imaju 30 - 40 ubikvitin-konjugirajućih enzima.
  3. Završni korak reakcije ubikvitinacije je stvaranje izopeptidne veze između lizina ciljanog proteina i C-terminalnog glicina ubikvitina. Ovaj korak u reakciji zahtijeva aktiviranje jednog od stotina E3 ubikvitin-protein ligaza (ili skraćeno, ubikvitin ligaza). E3 enzimi djeluju kao supstrat za prepoznavanje i sposobne su reagirati i s E2 i sa supstratom.

U reakciji ubikvitinacije E1 se može povezati sa desetinama E2, koji se mogu povezati sa stotinama E3, hijerarhijski. Ostali ubikvitin-slični proteini također reagiraju preko E1-E2-E3 kaskade.

E3[uredi VE | uredi]

Enzimi E3 posjeduju jednu od dvije moguće domene:

  • HECT (Homologous to the E6-AP Carboxyl Terminus) domena
  • RING (Really Interesting New Gene) domena

Prijenos je moguć na dva načina:

  • Izravno s E2, preko katalize RING domena E3 enzima
  • Preko E3 enzima, katalizom HECT domene E3. U ovom slučaju, intermedijat kovalentnog E3-ubikvitina se stvara prije prebacivanja na supstrat.

Funkcije i načini vezivanja[uredi VE | uredi]

Osim da se samo jedan ubikvitin veže na supstrat, moguće je vezivanje niza molekula ubikvitina, pa tako nastaje poliubikvitinski lanac. Osim toga, neki su supstrati modificirani adicijom ubikvitinskih modula s lizinskim nastavkom, u procesu koji se naziva multiubikvitinacija. Kao što je već rečeno, ubikvitim ima 7 lizinskih nastavaka. Povijesno, prvotni tip prepoznatih ubikvitinskih lanaca su bili oni povezani preko lizina 48. Ipak, noviji su radovi otkrili varijetet veza koji uključuje sve moguće lizinske nastavke i osim toga i linearne lance povezane s N-terminalom ubikvitinske molekule.[2] Radovi izdani 2007. godine pokazuju stvaranje lanaca ubikvitina preko različitih veza.[3]. Work published in 2007 has demonstrated the formation of branched ubiquitin chains containing multiple linkage types[4] "Atipični" (nelizinski vezani) lanci ubikvitina se spominju u radu znastvenika Ikede i Ivana Đikića.[5]


Ubikvitinacijski sustav djeluje u brojnim staničnim procesima, uključujući[6]:

  • razgradnja antigena
  • apoptozu
  • stvaranje organela
  • stanični ciklus i dijeljenje
  • transkripciju DNK i njen popravak
  • diferencijaciju i razvoj
  • imunosni odgovor i upale
  • živčanu i mišićnu degeneraciju
  • morfogenezu živčanih stranica
  • modulaciju receptora na površini stanice i ionskih kanala
  • odgovor na stres i vanjske čimbenike
  • stvaranje ribosoma
  • virusne infekcije

Lanci povezani preko 48. lizina[uredi VE | uredi]

Najistraživaniji poliubikvitinski lanci, oni povezani preko 48. molekule lizina, označavaju proteine za razgradnju u procesu koji se zove proteoliza. Barem četiri ubikvitinske molekule moraju biti povezane za lizinske nastavke ciljanog proteina kako bi ga prepoznao 26S-protasom.[7]. Proteasom je kompleksna, bačvasta struktura s dvije komore, u kojima se odvija proteoliza. Proteini se brzo razgrađaju u manje peptide (obično duge od 3 - 24 aminokiseline). Ubikvitinske molekule se odvajaju od proteina prije same razgradnje i recikliraju za daljnju uporabu. Iako su većine proteosomskih supstrata ubikvitinirane, postoje primjeri neubikvitiniranih proteina za razgradnju u proteasomu.

Model predstavlja dvije molekule ubikvitina povezanih preko 48. lizina. Mjesto spajanja je prikazano žuto.
Model predstavlja dvije molekule ubikvitina povezanih preko 63. lizina. Mjesto spajanja je prikazano žuto.

Monoubikvitinacija[uredi VE | uredi]

Ubikvitin također može označiti membranske proteine (na primjer, receptore) koje treba odstraniti s membrane i izvršiti nekoliko signalnih uloga u stanici. Molekule na membrani stanice označene s ubikvitinom su često monoubikvitinizirane, i ove modifikacije često označavaju protein za razgradnju u lizosomu.

Povezanost s bolestima i poremećajima[uredi VE | uredi]

Genski poremećaji[uredi VE | uredi]

Neki genski poremećaji često povezani s ubikvitinom su:

  • Gen čija disfunkcija uzrokuje Angelmanov sindrom, UBE3A, nosi na sebi kod za ubikvitin ligazu (E3) ezmin pod nazivom E6-AP.
  • Gen poremećen Von Hippel-Lindauvim sindromom kodira ubikvitin E3 ligazu pod nazivom VHL tumorski supresor ili VHL gen.
  • Gen poremećen Liddlovim sindromom rezultira disregulacijom epitelnog Na+ kanala (ENaC) i uzrokuje hipertenziju.
  • Osam od trinaest identificiranih gena čija disfunkcija uzrokuje Fanconijevu anemiju kodira proteina koji tvore veliki ubikvitin ligaza (E3) kompleks.
  • Mutacije Cullin7 E3 ubikvitin ligaze su povezane s 3-M sindromom, recesivnim poremećajem koji rezultira retardacijom.[8]


Imunohistokemija[uredi VE | uredi]

Antitijela za ubikvitin se koriste u histologiji kako bi se identificiralo abnormalne nakupine proteina unutar stanice koji su markeri bolesti. Ove nakupine se nazivaju inkluzijska tjelešca. Primjeri za takve nenormalne inkluzije su:

  • Neufobrilarna klupka u Alzheimerovoj bolesti
  • Lewyjeva tjelešca u Parkinskonovoj bolesti
  • Pickova tjelešca u Pickovoj bolesti
  • Inkluzije u bolesti motornih neurona i Huntingtonovoj bolesti
  • Malloryjeva tjelešca u alkoholnoj bolesti jetre
  • Rosenthalska vlakna u astrocitima

Izvori[uredi VE | uredi]

  1. Official website of Nobel Prize Commitee, list of 2004 winners. pristupljeno 2008-04-30
  2. Xu, Ping, Junmin Peng (2008-05-01). "Characterization of polyubiquitin chain structure by middle-down mass spectrometry". Analytical Chemistry 80 (9): 3438–44. Peng, Junmin, Daniel Schwartz, Joshua E Elias, Carson C Thoreen, Dongmei Cheng, Gerald Marsischky, Jeroen Roelofs, Daniel Finley, Steven P Gygi (2003-08). "A proteomics approach to understanding protein ubiquitination". Nature Biotechnology 21 (8): 921–6.
  3. Kirisako, Takayoshi, Kiyoko Kamei, Shigeo Murata, Michiko Kato, Hiromi Fukumoto, Masato Kanie, Soichi Sano, Fuminori Tokunaga, Keiji Tanaka, Kazuhiro Iwai (2006-10-18). "A ubiquitin ligase complex assembles linear polyubiquitin chains". The EMBO Journal 25 (20): 4877–87.
  4. Kim, Hyoung Tae, Kwang Pyo Kim, Fernando Lledias, Alexei F Kisselev, K Matthew Scaglione, Dorota Skowyra, Steven P Gygi, Alfred L Goldberg (2007-06-15). "Certain pairs of ubiquitin-conjugating enzymes (E2s) and ubiquitin-protein ligases (E3s) synthesize nondegradable forked ubiquitin chains containing all possible isopeptide linkages". The Journal of Biological Chemistry 282 (24): 17375–86.
  5. Ikeda, Fumiyo, Ivan Dikic (2008-06). "Atypical ubiquitin chains: new molecular signals. 'Protein Modifications: Beyond the Usual Suspects' review series". EMBO Reports 9 (6): 536–42.
  6. Ubiquitin Proteasome Pathway Overview. pristupljeno 2008-04-30
  7. Thrower, J S, L Hoffman, M Rechsteiner, C M Pickart (2000-01-04). "Recognition of the polyubiquitin proteolytic signal". The EMBO Journal 19 (1): 94–102.
  8. Huber, Céline, Dora Dias-Santagata, Anna Glaser, James O'Sullivan, Raja Brauner, Kenneth Wu, Xinsong Xu, Kerra Pearce, Rong Wang, Maria Luisa Giovannucci Uzielli, Nathalie Dagoneau, Wassim Chemaitilly, Andrea Superti-Furga, Heloisa Dos Santos, André Mégarbané, Gilles Morin, Gabriele Gillessen-Kaesbach, Raoul Hennekam, Ineke Van der Burgt, Graeme C M Black, Peter E Clayton, Andrew Read, Martine Le Merrer, Peter J Scambler, Arnold Munnich, Zhen-Qiang Pan, Robin Winter, Valérie Cormier-Daire (2005-10). "Identification of mutations in CUL7 in 3-M syndrome". Nature Genetics 37 (10): 1119–24.