Структура 20S протеасомы

По данным рентгеноструктурного анализа 20S протеасома представляет собой полый цилиндр длиной 15-17 нм и диаметром 11-12 нм, состоящий из четырех лежащих друг на друге колец, каждое из которых образовано семью белковыми субъединицами с молекулярной массой от 20 до 35 кДа (рис. 1a). Полная масса 20S частицы составляет 750 кДа.

Периферические кольца сформированы семью субъединицами α-типа, а центральные –субъединицами β-типа. Внутри цилиндра имеется канал с тремя расширениями - камерами: одной большой, центральной, и двумя меньшими, по краям. В центральной полости и осуществляется протеолиз поступающих в протеасому белков. Наиболее просто устроенные организмы, в частности архебактерии, имеют только по две различных субъединицы α- и β-типа, в то время как у эукариот разнообразие их значительно больше. Так, у дрожжей известно 7 различных субъединиц α-типа и 7 - β-типа. У млекопитающих это число выше, так как существуют изоформы некоторых субъединиц: в культуре клеток γ-интерферон стимулирует экспрессию трех дополнительных протеолитически активных β-субъединиц (называемых индуцибельными, или иммунными), каждая из которых замещает определенную конституционно-экспрессируемую β-субъединицу. Кроме того, в зависимости от типа ткани и стадии дифференцировки органа соотношение изоформ варьирует, и эти модификации имеют важнейшее физиологическое значение. Субъединицы α- и β-типов обладают сходной третичной структурой, но некоторыми отличиями в аминокислотной последовательности, на основании которых и подразделяются на две группы.

Формирование четвертичной структуры (семичленного кольца) из α-субъединиц происходит без участия других компонентов, тогда как β-частицы сами не могут образовать кольцо. После формирования α-кольца с ним вступают во взаимодействие три β-субъединицы, одна из которых несет лидерный пептид, функционирующий как шаперон и отщепляющийся в процессе сборки протеасомы. Именно эти три белка определяют последующую посадку остальных β-частиц; в результате образуется 13S комплекс (-300 кДа) из одного α- и одного β-кольца. В дальнейшем происходит димеризация 13S комплекса в 16S предшественник. На этой стадии сборки протеасомы осуществляется процессинг β-субъединиц, который заключается в автокаталитическом отщеплении лидерного пептида с высвобождением N-концевого треонина, входящего в активный центр фермента. На заключительном этапе образуется зрелая 20S протеасома.

Кроме инициации сборки 20S частиц, α-субъединицы образуют за счет N-концевых гидрофобных участков физический барьер, ограничивающий доступ цитоплазматических белков во внутреннюю протеолитнческую камеру и являются также местами связывания регуляторных комплексов.

β-субъединицы формируют два центральных кольца, и именно на них локализованы каталитические центры, осуществляющие протеолиз.