Система убиквитинирования

Основным субстратом 26S протеасомы являются белковые молекулы, несущие цепи полиубнквитина. Убиквитин - это небольшой полипептид, состоящий из 76 аминокислотных остатков. В его составе имеется семь остатков лизина, однако присоединение других молекул этого белка с образованием полиубиквитиновой цепи происходит в данном случае через остаток Lуs-48.

В эукариотических клетках существует специальная система ферментов (Е1 (Uba) – Ubiquitin-activated enzyme, Е2 (Ubc) – Ubiquitin-conjugating enzyme, ЕЗ (Ubr) – Ubiquitin-recognition factor или Ubiquitin-protein-ligase), которая узнает белки, несущие специальные деградационные сигналы, и осуществляет их конъюгацию с убиквитином через ε-NH_2:-группу остатка лизина белкового субстрата. Высокая специфичность и селективность системы достигается за счет ее иерархичности. Так, в клетке существует только один фермент Е1, который активирует молекулу убиквитина, образуя тиоэфирную связь с карбоксильной группой остатка Glу-76, и передает ее на один из членов семейства убиквитин-конъюгирующих ферментов - Е2. Геном дрожжей S. cerevis ае кодирует 13 Е2-подобных белков, у млекопитающих их количество гораздо больше. Показано, что каждый Е2 участвует в определенном клеточном процессе. Например, Ubс2/RAD6 вовлечен в регуляцию репарации ДНК, а UbcЗ/СDС34 необходим в регуляции перехода от G1- к S-фазе клеточного цикла. Фермент из Е2 семейства взаимодействует с одним или несколькими представителями семейства ЕЗ, функция которых заключается в ковалентном присоединении полиубиквитина к молекуле белка через изопептидную связь между остатком Lys субстрата и Glу-76 убиквитина. Минимальным сигналом для эффективного присоединения к протеасоме является цепочка из четырех убиквитиновых звеньев.

На данный момент известно около ста различных убиквитин-протеин-лигаз, которые и определяют, в конечном счете, высокую специфичность системы. Убиквнтинирование субстрата, несущего определенный деградационный сигнал, осуществляется различными группами ферментов ЕЗ, причем они могут соединяться с субстратом напрямую или через вспомогательный белок. Хотя еще совсем мало известно о молекулярных механизмах катализа убиквитин-протеин-лигаз, недавние исследования показали, что все известные ЕЗ-ферменты можно разделить на три класса на основании структуры их каталитических доменов.

1-ый класс - ферменты ЕЗ, содержащие НЕСТ-домены - консервативную область в 350 аминокислотных остатков, гомологичную С-концу Е6-АР, наиболее хорошо изученного ЕЗ (Homology to E6-AP carboxyl terminus); 2-ой класс - ферменты ЕЗ. содержащие RING-finger- домены - мотив из восьми цисгеиновых и гистидиновых остатков, которые удерживают два иона цинка; 3-ий класс - ферменты ЕЗ, содержащие U-box-домены - новый класс убиквитин-протеин-лигаз с третичной структурой близкой к RING-finger, но без металл-хелатирующих аминокислотных остатков; некоторые представители этого класса выполняют функции Е4.

Цепи полиубиквитина служат сигналом для 26S протеасомы о том, что конъюгированные с ними белки должны быть деградированы. Предполагалось, что полиубиквитин узнаётся субъединицей Rpn10 комплекса РА700 и заякоривается на ней, удерживая белок на протеасоме. Однако, хотя Rpn10 и связывает некоторые поли-убиквитинированные белки in vitro, но делеции гена RPN10 не являются летальными. Поэтому вопрос о том, какие из субъединиц РА700 отвечают за узнавание полиубиквитина, оставался открытым. Однако по последним данным полиубиквитиновая цепь контактирует с одной из АТРаз РА700, а именно - с Rpt5(S6'), причем этот процесс, так же как и последующее разворачивание субстрата, АТР-зависим, Далее в процессе деградации белка полиубиквитиновые цепи высвобождаются и расщепляются до мономеров изопептидазами.