Не-АТФазная регуляторная субъединица 1 протеасомы 26S , также известная как регуляторная субъединица протеасомы 26S Rpn2 (систематическая номенклатура), представляет собой белок , который у людей кодируется геном PSMD1 . [ 5] [6] Этот белок является одной из 19 основных субъединиц, которые вносят вклад в полную сборку комплекса протеасомы 19S. [7]
Структура
Экспрессия генов
Ген PSMD1 кодирует самую большую не-АТФазную субъединицу регуляторной базы 19S, которая отвечает за распознавание и связывание субстрата. [6] Человеческий ген PSMD1 имеет 25 экзонов и расположен в хромосомной полосе 2q37.1. Человеческий белок 26S протеасомы не-АТФазная регуляторная субъединица 1 имеет размер 106 кДа и состоит из 953 аминокислот. Рассчитанная теоретическая pI этого белка составляет 5,25. Альтернативный сплайсинг во время экспрессии гена генерирует изоформу белка, в которой отсутствует аминокислотная последовательность от 797 до 827.
Комплексная сборка
Комплекс протеасомы 26S обычно состоит из основной частицы 20S (CP или протеасомы 20S) и одной или двух регуляторных частиц 19S (RP или протеасомы 19S) с одной или обеих сторон бочкообразной 20S. CP и RP обладают различными структурными характеристиками и биологическими функциями. Вкратце, подкомплекс 20S представляет три типа протеолитической активности, включая каспазоподобную, трипсиноподобную и химотрипсиноподобную активность. Эти протеолитически активные центры расположены на внутренней стороне камеры, образованной 4 сложенными друг на друга кольцами субъединиц 20S, предотвращая случайную встречу белка с ферментом и неконтролируемую деградацию белка. Регуляторные частицы 19S могут распознавать меченый убиквитином белок как субстрат деградации, разворачивать белок до линейной формы, открывать ворота основной частицы 20S и направлять субстрат в протеолитическую камеру. Для удовлетворения такой функциональной сложности регуляторная частица 19S содержит по меньшей мере 18 конститутивных субъединиц. Эти субъединицы можно разделить на два класса на основе зависимости субъединиц от АТФ, зависимые от АТФ субъединицы и независимые от АТФ субъединицы. Согласно взаимодействию белков и топологическим характеристикам этого мультисубъединичного комплекса, регуляторная частица 19S состоит из основания и субкомплекса крышки. Основание состоит из кольца из шести AAA АТФаз (субъединица Rpt1-6, систематическая номенклатура) и четырех не-АТФазных субъединиц (Rpn1, Rpn2, Rpn10 и Rpn13). Не-АТФазная регуляторная субъединица 1 протеасомы белка 26S (Rpn2) является важным компонентом формирования базового субкомплекса регуляторной частицы 19S. Традиционно считалось, что Rpn1 и Rpn2 находятся в центре базового субкомплекса и окружены шестью AAA АТФазами (Rpt 1-6). Однако недавнее исследование предоставляет альтернативную структуру основания 19S с помощью интегративного подхода, объединяющего данные криоэлектронной микроскопии, рентгеновской кристаллографии, специфического для остатков химического сшивания и нескольких методов протеомики. Rpn2 — это жесткий белок, расположенный сбоку от кольца АТФазы, поддерживающий связь между крышкой и основанием. Rpn1 конформационно изменчив, расположен на периферии кольца АТФазы. Убиквитиновые рецепторы Rpn10 и Rpn13 расположены далее в дистальной части комплекса 19S, что указывает на то, что они были привлечены к комплексу на поздней стадии процесса сборки. [8]
Функция
Как механизм деградации, который отвечает за ~70% внутриклеточного протеолиза, [9] протеасомный комплекс (протеасома 26S) играет важную роль в поддержании гомеостаза клеточного протеома. Соответственно, неправильно свернутые белки и поврежденные белки должны постоянно удаляться для переработки аминокислот для нового синтеза; параллельно некоторые ключевые регуляторные белки выполняют свои биологические функции посредством селективной деградации; кроме того, белки расщепляются на пептиды для презентации антигена MHC класса I. Чтобы удовлетворить такие сложные требования в биологическом процессе посредством пространственного и временного протеолиза, белковые субстраты должны быть распознаны, рекрутированы и в конечном итоге гидролизованы хорошо контролируемым образом. Таким образом, регуляторная частица 19S обладает рядом важных возможностей для решения этих функциональных проблем. Чтобы распознавать белок как назначенный субстрат, комплекс 19S имеет субъединицы, которые способны распознавать белки со специальной деградационной меткой, убиквитинилированием. Он также имеет субъединицы, которые могут связываться с нуклеотидами (например, АТФ), чтобы способствовать ассоциации между частицами 19S и 20S, а также вызывать конфирмационные изменения С-концов альфа-субъединицы, которые формируют субстратный вход комплекса 20S. Rpn2 является крупнейшей субъединицей регуляторной частицы 19S и находится в центре «базового» субкомплекса частицы 19S.
Клиническое значение
Протеасома и ее субъединицы имеют клиническое значение по крайней мере по двум причинам: (1) нарушенная сложная сборка или дисфункциональная протеасома могут быть связаны с базовой патофизиологией определенных заболеваний, и (2) их можно использовать в качестве лекарственных мишеней для терапевтических вмешательств. В последнее время все больше усилий было приложено для рассмотрения протеасомы с целью разработки новых диагностических маркеров и стратегий. Улучшенное и всестороннее понимание патофизиологии протеасомы должно привести к ее клиническому применению в будущем.
Протеасомы образуют основной компонент для системы убиквитин-протеасома (UPS) [10] и соответствующего клеточного контроля качества белка (PQC). Убиквитинирование белка и последующий протеолиз и деградация протеасомой являются важными механизмами в регуляции клеточного цикла , роста и дифференциации клеток , транскрипции генов, передачи сигнала и апоптоза . [11] Впоследствии, нарушенная сборка и функционирование комплекса протеасомы приводят к снижению протеолитической активности и накоплению поврежденных или неправильно свернутых видов белка. Такое накопление белка может способствовать патогенезу и фенотипическим характеристикам при нейродегенеративных заболеваниях, [12] [13] сердечно-сосудистых заболеваниях, [14] [15] [16] воспалительных реакциях и аутоиммунных заболеваниях, [17] и системных реакциях на повреждение ДНК, приводящих к злокачественным новообразованиям . [18]
Клиническое исследование пациентов с возрастной макулярной дегенерацией выявило четыре значимых белка, включая 26S протеасомную не-АТФазную регуляторную субъединицу 1 ( Rpn2 ), которые были увеличены, согласно полуколичественному протеомному профилированию. Исследование сообщило, что анализ LC-MRM выявил значительное увеличение Rpn2 у 15 пациентов с макулярной дегенерацией по сравнению с контрольными субъектами, что позволяет предположить, что этот белок может быть биомаркером этого состояния. [31] Возрастная макулярная дегенерация является основной причиной слепоты в мире. Накапливаются доказательства того, что подавление UPS способствует увеличению токсичных белков и воспалению в пигментном эпителии сетчатки , функциональные нарушения и/или дегенерация которого, как полагают, являются инициаторами и основными патологиями макулярной дегенерации. [32] Существуют лишь ограниченные возможности для лечения макулярной дегенерации, поэтому раннее выявление восприимчивости и профилактические меры являются важными терапевтическими стратегиями. Новые потенциальные биомаркеры неоваскулярной макулярной дегенерации и связанные с UPS белки, которые изменяются у пациентов, такие как Rpn2, могут послужить основой для будущих клинических исследований по определению целевых белков, участвующих в защите глаза от дегенерации макулы. [31] [32]
Ссылки
^ abc GRCh38: Ensembl выпуск 89: ENSG00000173692 – Ensembl , май 2017 г.
^ abc GRCm38: Ensembl выпуск 89: ENSMUSG00000026229 – Ensembl , май 2017 г.
^ "Human PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
^ "Mouse PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
^ Ёкота К., Кагава С., Симидзу Ю., Акиока Х., Цуруми С., Нода С., Фуджимуро М., Ёкосава Х., Фудзивара Т., Такахаши Е., Оба М., Ямасаки М., ДеМартино Г.Н., Слотер CA, Тох-е А, Танака К. (июнь 1996 г.). «Клонирование CDNA p112, крупнейшей регуляторной субъединицы протеасомы 26s человека, и функциональный анализ ее дрожжевого гомолога, sen3p». Молекулярная биология клетки . 7 (6): 853–70 . doi :10.1091/mbc.7.6.853. ПМК 275938 . ПМИД 8816993.
^ Gu ZC, Enenkel C (декабрь 2014 г.). «Сборка протеасом». Cellular and Molecular Life Sciences . 71 (24): 4729– 45. doi :10.1007/s00018-014-1699-8. PMC 11113775. PMID 25107634. S2CID 15661805 .
^ Lasker K, Förster F, Bohn S, Walzthoeni T, Villa E, Unverdorben P, Beck F, Aebersold R, Sali A, Baumeister W (январь 2012 г.). «Молекулярная архитектура голокомплекса протеасомы 26S, определяемая интегративным подходом». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (5): 1380– 7. Bibcode : 2012PNAS..109.1380L. doi : 10.1073/pnas.1120559109 . PMC 3277140. PMID 22307589 .
^ Rock KL, Gramm C, Rothstein L, Clark K, Stein R, Dick L, Hwang D, Goldberg AL (сентябрь 1994 г.). «Ингибиторы протеасомы блокируют деградацию большинства клеточных белков и генерацию пептидов, представленных на молекулах MHC класса I». Cell . 78 (5): 761– 71. doi :10.1016/s0092-8674(94)90462-6. PMID 8087844. S2CID 22262916.
^ Kleiger G, Mayor T (июнь 2014 г.). «Опасное путешествие: экскурсия по системе убиквитин–протеасома». Trends in Cell Biology . 24 (6): 352– 9. doi : 10.1016 /j.tcb.2013.12.003. PMC 4037451. PMID 24457024.
^ Goldberg AL, Stein R, Adams J (август 1995 г.). «Новые взгляды на функцию протеасомы: от архебактерий до разработки лекарств». Химия и биология . 2 (8): 503– 8. doi : 10.1016/1074-5521(95)90182-5 . PMID 9383453.
^ Sulistio YA, Heese K (январь 2015). «Система убиквитин–протеасома и нарушение регуляции молекулярных шаперонов при болезни Альцгеймера». Молекулярная нейробиология . 53 (2): 905– 31. doi :10.1007/s12035-014-9063-4. PMID 25561438. S2CID 14103185.
^ Ортега З., Лукас Дж. Дж. (2014 ) . «Участие системы убиквитин–протеасома в болезни Хантингтона». Frontiers in Molecular Neuroscience . 7 : 77. doi : 10.3389/fnmol.2014.00077 . PMC 4179678. PMID 25324717.
^ Sandri M, Robbins J (июнь 2014 г.). «Протеотоксичность: недооцененная патология при сердечных заболеваниях». Журнал молекулярной и клеточной кардиологии . 71 : 3– 10. doi : 10.1016/j.yjmcc.2013.12.015. PMC 4011959. PMID 24380730.
^ Drews O, Taegtmeyer H (декабрь 2014 г.). «Воздействие на систему убиквитин-протеасомы при заболеваниях сердца: основа новых терапевтических стратегий». Антиоксиданты и окислительно-восстановительная сигнализация . 21 (17): 2322– 43. doi :10.1089/ars.2013.5823. PMC 4241867. PMID 25133688 .
^ Wang ZV, Hill JA (февраль 2015). «Контроль качества белка и метаболизм: двунаправленный контроль в сердце». Cell Metabolism . 21 (2): 215–26 . doi :10.1016/j.cmet.2015.01.016. PMC 4317573. PMID 25651176 .
^ ab Karin M, Delhase M (февраль 2000 г.). «Киназа I каппа B (IKK) и NF-каппа B: ключевые элементы провоспалительной сигнализации». Семинары по иммунологии . 12 (1): 85–98 . doi :10.1006/smim.2000.0210. PMID 10723801.
^ Ермолаева МА, Даховник А, Шумахер Б (сентябрь 2015 г.). «Механизмы контроля качества в клеточных и системных реакциях на повреждение ДНК». Ageing Research Reviews . 23 (Pt A): 3– 11. doi :10.1016/j.arr.2014.12.009. PMC 4886828. PMID 25560147 .
^ Чеклер Ф, да Коста Калифорния, Анколио К, Шевалье Н, Лопес-Перес Э, Марамбо П (июль 2000 г.). «Роль протеасомы в болезни Альцгеймера». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Молекулярные основы болезней . 1502 (1): 133–8 . doi : 10.1016/s0925-4439(00)00039-9 . ПМИД 10899438.
^ ab Chung KK, Dawson VL, Dawson TM (ноябрь 2001 г.). «Роль убиквитин-протеасомного пути при болезни Паркинсона и других нейродегенеративных расстройствах». Trends in Neurosciences . 24 (11 Suppl): S7–14. doi :10.1016/s0166-2236(00)01998-6. PMID 11881748. S2CID 2211658.
^ ab Ikeda K, Akiyama H, Arai T, Ueno H, Tsuchiya K, Kosaka K (июль 2002 г.). «Морфометрическая переоценка системы двигательных нейронов болезни Пика и бокового амиотрофического склероза с деменцией». Acta Neuropathologica . 104 (1): 21– 8. doi :10.1007/s00401-001-0513-5. PMID 12070660. S2CID 22396490.
^ Манака Х, Като Т, Курита К, Катагири Т, Шикама Ю, Куджирай К, Каванами Т, Сузуки Ю, Нихей К, Сасаки Х (май 1992 г.). «Заметное увеличение убиквитина спинномозговой жидкости при болезни Крейтцфельдта-Якоба». Письма по неврологии . 139 (1): 47–9 . doi :10.1016/0304-3940(92)90854-z. PMID 1328965. S2CID 28190967.
^ Mathews KD, Moore SA (январь 2003 г.). «Поясно-конечностная мышечная дистрофия». Current Neurology and Neuroscience Reports . 3 (1): 78– 85. doi :10.1007/s11910-003-0042-9. PMID 12507416. S2CID 5780576.
^ Mayer RJ (март 2003 г.). «От нейродегенерации к нейрогомеостазу: роль убиквитина». Drug News & Perspectives . 16 (2): 103– 8. doi :10.1358/dnp.2003.16.2.829327. PMID 12792671.
^ Calise J, Powell SR (февраль 2013 г.). «Система протеасомы убиквитина и ишемия миокарда». Американский журнал физиологии. Физиология сердца и кровообращения . 304 (3): H337–49. doi :10.1152/ajpheart.00604.2012. PMC 3774499. PMID 23220331 .
^ Predmore JM, Wang P, Davis F, Bartolone S, Westfall MV, Dyke DB, Pagani F, Powell SR, Day SM (март 2010 г.). «Дисфункция убиквитин-протеасомы при гипертрофических и дилатационных кардиомиопатиях у человека». Circulation . 121 (8): 997– 1004. doi :10.1161/CIRCULATIONAHA.109.904557. PMC 2857348 . PMID 20159828.
^ Powell SR (июль 2006 г.). «Система убиквитин-протеасома в физиологии и патологии сердца». Американский журнал физиологии. Физиология сердца и кровообращения . 291 (1): H1 – H19 . doi :10.1152/ajpheart.00062.2006. PMID 16501026. S2CID 7073263.
^ Адамс Дж (апрель 2003 г.). «Потенциал ингибирования протеасом при лечении рака». Drug Discovery Today . 8 (7): 307– 15. doi :10.1016/s1359-6446(03)02647-3. PMID 12654543.
^ Ben-Neriah Y (январь 2002). «Регуляторные функции убиквитинирования в иммунной системе». Nature Immunology . 3 (1): 20– 6. doi :10.1038/ni0102-20. PMID 11753406. S2CID 26973319.
^ Egerer K, Kuckelkorn U, Rudolph PE, Rückert JC, Dörner T, Burmester GR, Kloetzel PM, Feist E (октябрь 2002 г.). «Циркулирующие протеасомы являются маркерами повреждения клеток и иммунологической активности при аутоиммунных заболеваниях». Журнал ревматологии . 29 (10): 2045–52 . PMID 12375310.
^ ab Lee H, Choi AJ, Kang GY, Park HS, Kim HC, Lim HJ, Chung H (май 2014 г.). «Увеличение регуляторной субъединицы 1 не-АТФазы протеасомы 26S в водянистой влаге у пациентов с возрастной макулярной дегенерацией». BMB Reports . 47 (5): 292– 7. doi :10.5483/bmbrep.2014.47.5.193. PMC 4163863. PMID 24286321 .
^ ab Pickart CM (2001). «Механизмы, лежащие в основе убиквитинирования». Annual Review of Biochemistry . 70 : 503–33 . doi :10.1146/annurev.biochem.70.1.503. PMID 11395416.
Дальнейшее чтение
Coux O, Tanaka K, Goldberg AL (1996). «Структура и функции протеасом 20S и 26S». Annual Review of Biochemistry . 65 : 801–47 . doi :10.1146/annurev.bi.65.070196.004101. PMID 8811196.
Goff SP (август 2003 г.). «Смерть от дезаминирования: новая система ограничения хозяина для ВИЧ-1». Cell . 114 (3): 281– 3. doi : 10.1016/S0092-8674(03)00602-0 . PMID 12914693. S2CID 16340355.
Сигер М., Феррелл К., Фрэнк Р., Дубиель В. (март 1997 г.). «ВИЧ-1 tat ингибирует протеасому 20 S и ее активацию, опосредованную регулятором 11 S». Журнал биологической химии . 272 (13): 8145– 8. doi : 10.1074/jbc.272.13.8145 . PMID 9079628.
Мадани Н., Кабат Д. (декабрь 1998 г.). «Эндогенный ингибитор вируса иммунодефицита человека в лимфоцитах человека преодолевается вирусным белком Vif». Журнал вирусологии . 72 (12): 10251–5 . doi :10.1128/JVI.72.12.10251-10255.1998. ПМК 110608 . ПМИД 9811770.
Simon JH, Gaddis NC, Fouchier RA, Malim MH (декабрь 1998 г.). «Доказательства недавно обнаруженного клеточного фенотипа анти-ВИЧ-1». Nature Medicine . 4 (12): 1397– 400. doi :10.1038/3987. PMID 9846577. S2CID 25235070.
Lüders J, Demand J, Höhfeld J (февраль 2000 г.). «Связанный с убиквитином BAG-1 обеспечивает связь между молекулярными шаперонами Hsc70/Hsp70 и протеасомой». Журнал биологической химии . 275 (7): 4613– 7. doi : 10.1074/jbc.275.7.4613 . PMID 10671488.
Mulder LC, Muesing MA (сентябрь 2000 г.). «Деградация интегразы ВИЧ-1 по пути правила N-конца». Журнал биологической химии . 275 (38): 29749– 53. doi : 10.1074/jbc.M004670200 . PMID 10893419.
Sheehy AM, Gaddis NC, Choi JD, Malim MH (август 2002 г.). «Выделение человеческого гена, который подавляет инфекцию ВИЧ-1 и подавляется вирусным белком Vif». Nature . 418 (6898): 646– 50. Bibcode :2002Natur.418..646S. doi :10.1038/nature00939. PMID 12167863. S2CID 4403228.
Huang X, Seifert U, Salzmann U, Henklein P, Preissner R, Henke W, Sijts AJ, Kloetzel PM, Dubiel W (ноябрь 2002 г.). «Сайт RTP, общий для белка Tat ВИЧ-1 и регуляторной субъединицы 11S альфа, имеет решающее значение для их влияния на функцию протеасомы, включая обработку антигенов». Журнал молекулярной биологии . 323 (4): 771– 82. doi :10.1016/S0022-2836(02)00998-1. PMID 12419264.
Gaddis NC, Chertova E, Sheehy AM, Henderson LE, Malim MH (май 2003 г.). «Комплексное исследование молекулярного дефекта в вирионах вируса иммунодефицита человека типа 1 с дефицитом vif». Журнал вирусологии . 77 (10): 5810– 20. doi :10.1128/JVI.77.10.5810-5820.2003. PMC 154025. PMID 12719574 .
Lecossier D, Bouchonnet F, Clavel F, Hance AJ (май 2003 г.). "Гипермутация ДНК ВИЧ-1 в отсутствие белка Vif". Science . 300 (5622): 1112. doi :10.1126/science.1083338. PMID 12750511. S2CID 20591673.
Zhang H, Yang B, Pomerantz RJ, Zhang C, Arunachalam SC, Gao L (июль 2003 г.). «Цитидиндезаминаза CEM15 вызывает гипермутацию в недавно синтезированной ДНК ВИЧ-1». Nature . 424 (6944): 94– 8. Bibcode :2003Natur.424...94Z. doi :10.1038/nature01707. PMC 1350966 . PMID 12808465.
Mangeat B, Turelli P, Caron G, Friedli M, Perrin L, Trono D (июль 2003 г.). «Широкая антиретровирусная защита с помощью человеческого APOBEC3G посредством летального редактирования зарождающихся обратных транскриптов». Nature . 424 (6944): 99– 103. Bibcode :2003Natur.424...99M. doi :10.1038/nature01709. PMID 12808466. S2CID 4347374.
Harris RS, Bishop KN, Sheehy AM, Craig HM, Petersen-Mahrt SK, Watt IN, Neuberger MS, Malim MH (июнь 2003 г.). «Дезаминирование ДНК опосредует врожденный иммунитет к ретровирусной инфекции». Cell . 113 (6): 803– 9. doi : 10.1016/S0092-8674(03)00423-9 . PMID 12809610. S2CID 544971.
Harris RS, Sheehy AM, Craig HM, Malim MH, Neuberger MS (июль 2003 г.). «Дезаминирование ДНК: не просто триггер для диверсификации антител, но и механизм защиты от ретровирусов». Nature Immunology . 4 (7): 641– 3. doi :10.1038/ni0703-641. PMID 12830140. S2CID 5549252.