Субстраты 26S протеасомы

Роль 26S протеасомы заключается в избирательной АТР-зависимой утилизации белков, несущих специальные деградационные сигналы. Такими сигналами, отвечающими за присоединение убиквитнна и последующую деградацию, могут быть как мотивы первичной структуры, так и вторичные посттрансляционные модификации. Первичными деградацнонными сигналами служат определенные N-концевые аминокислотные остатки (правило N-конца), а также некоторые небольшие аминокислотные последовательности внутри белковой молекулы - РЕSТ-последовательности (циклин CLN3 фазы G1, CLN3) и "desriction box"-последовательности (митотические циклины). Посттрансляционной модификацией, определяющей деградацию ряда субстратов, является фосфорилирование (1кВα). Ассоциация с некоторыми вспомогательными белками, такими как вирусные онкобелки (онкобелок Е6 вируса папилломы человека) и молекулярные шапероны, также служит сигналом для их убиквитинирования. Деградационные сигналы обычно имеются у короткоживущих, частично разрушенных белков, или у белков с нарушенной третичной структурой. Как уже было сказано, большинство белков, подвергающихся в клетке запрограммированному протеолизу, осуществляемому 26S протеасомой, деградирует по АТР- и убиквнтнн-зависимому механизму. Однако есть ряд примеров, когда система убиквитинирования не задействована, а узнавание протеасомой осуществляется за счет других механизмов. Так, деградация орнитиндекарбоксилазы (ODС), ключевого фермента биосинтеза полиаминов, происходит после нековалентного взаимодействия с белком антизимом. вызывающим диссоциацию каталитически активного димера и, вероятно, играющего роль убиквитинподобного шаперона.

Если ранее считалось, что функции протеасомы заключаются только в избирательной деградации аномальных или неправильно сложенных белков, некоторых присутствующих в норме в клетке короткоживуших белков, а также в генерации антигенных полипептидов, представляемых на поверхность клетки молекулами класса 1 МНС (Маjor Histocompartability Соmрlex), то сейчас до­казано участие протеасомы в осуществлении целого ряда жизненно важных процессов в клетке. Так, установлено, что протеасома участвует и в медленной деградации части белков в клетках млекопитающих, например, при усилении деградационных процессов в мышцах при различных патологических состояниях, а также в превращении ряда мембранных белков. Необходимо отметить, что существенный прогресс в понимании роли убиквитин-протеасомной деградации в различных клеточных процессах стал возможен благодаря применению ингибиторов протеасомы, которые легко проникают в клетку и селективно подавляют данный путь деградации белков.

Приведенные в таблице белки, протеолиз которых осуществляется 26S протеасомой, относятся, в основном, к так называемым короткоживущим белкам, время полужизни которых иcчисляется минутами (например, Rpn4, ОDС) или составляет менее трех часов (ЕNаС). Короткожпвущими являются практически все факторы регуляции транскрипции, онкобелки и супрессоры опухолей, белки, участвующие в регуляции клеточного цикла. Отметим, что в ряде случаев происходит только частичное расщепление белковой молекулы (например, р105) или протеолиз отдельной субъединицы в мультисубъединичных комплексах (например, 1кВα, Siс 1).

Рассмотрим некоторые основные метаболические события в клетке, в которых участие протеасомы общепризнано.

1. Онкобелки и белки-супрессоры опухолей. Деградация ряда онкобелков и супрессорных белков опухолей (с-jun, с-fos, с-Mos, р53) в клетках млекопитающих происходит по убиквитин-зависимому протеасомному пути. Уровень онкосупрессорного белка р53 очень низок при ряде злокачественных заболеваний, вызванных онкогенным штаммом папилломавируса человека НРV (Нuman Papilloma Virus), хотя в клетках синтезируется нормальное количество мРНК р53 и белка. Снижение количества р53 является следствием его ассоциации с нормально присутствующим в клетке белком Е6-АР (Е6-associated protein) и НРV-кодируемым онкобелком Е6. Такое взаимодействие дает импульс для убиквитинирования и ускоренной деградации р53 протеасомой, что нарушает соотношение между процессами роста и апоптоза в зараженных клетках и приводит к их злокачественному перерождению.

Концентрация онкобелка с-jun поддерживается в нормальных клетках на низком уровне также путем убиквитнн-зависимой протеасомной деградации. Если же в системе деградации происходит "сбой", то это приводит к накоплению онкобелка с-jun, что, в свою очередь, влечет за собой реализацию онкогенного потенциала с-jun и трансформацию клеток.

2. Факторы транскрипции.

Наиболее хорошо исследованным примером участия протеасомы в регуляции транскрипции является двуступенчатая активация ядерного фактора транскрипции NF-кВ (Nuclear factor). Этот фактор регулирует экспрессию разных генов, в частности, задействованных при иммунном ответе и воспалительной реакции, и представляет собой гетеродимер субъединиц р50 и р65. После убиквитин-зависимого протеолитического процессинга 105 кДа-предшественника образуется субъединица р50, которая в цитозоле связывается с субъединицей р65 и ингибиторным белком 1 kBα в неактивный комплекс, препятствующий NF-кВ-зависимой транскрипции. Активация NF-кВ происходит при деградации 26S протеасомой ингибитора 1кВα после его фосфорилнрованпя по двум сайтам и убиквитинировання убиквитнн-протеин-лигазой ЕЗ. Есть данные, что активность таких факторов транскрипции, как Gcn4р, Н1F1, 1СЕR и YAN, также регулируется убиквитнн-завнсимым протеолизом.