2015-04-12
465
В настоящее время наше понимание механизмов, регулирующих экспрессию протеасомных субъединиц, содержание в клетке и внутриклеточное распределение различных типов протеасом, еще очень ограничено. На основании уже известного можно предположить, что регуляция осуществляется, по крайней мере, на следующих этапах.
1. На этапе тканеспецифической и зависящей от стадии дифференцировки органа экспрессии изоформ β-субъединиц, а также при индукции иммунных изоформ β-субъединнц под действием γ-интерферона (в ответ на вирусную инфекцию). На этом уровне происходит регуляция набора образуемых полипелтидов без изменения скорости деградации. Например, у млекопитающих в норме в таких органах, как печень, селезенка и мышцы спектр β-субъединиц существенно отличается, а у дрозофилы на различных стадиях развития в различных тканях экспрессируются разные изоформы одной и той же субъединицы. Есть данные, что в незрелых дендритных клетках присутствуют как конституционная, так и иммунопротеасома. а в зрелых -только иммунопротеасома.
|
|
|
2. Скорость протеолиза в определенной области клетки может регулироваться путем изменения внутриклеточного распределения 20S и 26S протеасомы. Расположенный на α-субъединицах сигнал ядерной локализации NLS (Nuс1еаг localization signal) позволяет протеасоме перемещаться сквозь ядерные поры из цитоплазмы в ядерный матрикс. Так, при созревании ооцитов аксолотля происходит перемещение 26S протеасомы в ядро; такое же запрограммированное изменение в распределении форм протеасомы происходит и в клеточном цикле. Локализация 26S протеасомы в различных клеточных компартментах, видимо, связана с необходимостью ускоренного протеолиза в этих областях. Примером может являться присоединение 26S протеасомы к расположенным в цитозоле участкам мембранных рецепторов и деградации их регуляторов по убиквитин-зависимому пути, а также ассоциация 26S протеасомы с центросомой.
3. Превращение 20S комплекса в 26S может регулироваться различными внутриклеточными факторами. На данный момент известны два подобного рода внутриклеточных белковых фактора - 300 кДа модуляторный комплекс и ингибитор РI31, не образующие стабильных комплексов с протеасомой. В мейотическом цикле асцитных опухолей активность 26S протеасомы возрастает при переходе от метафазы к анафазе в результате увеличения внутриклеточного содержания кальция, а обратимое превращение 26S протеасомы в 20S и РА700 имеет место на раз личных пролиферативных стадиях у дрожжей.
4. Фосфорнлирование/дефосфорилнрование различных субъединиц как 20S, так и 26S протеасомы может являться одним из механизмов изменения соотношения этих двух форм, а также гибридной (РА28-20S-РА700) протеасомы и иммунопротеасомы.
|
|
|
5. Ряд вирусных белков (НIV-1 Таt-белок, онкобелок 16 Е7 папилломавируса человека, белок Е1А аденовируса) могут взаимодействовать с протеасомными АТРазами, увеличивая скорость протеолиза внутриклеточных белков и приводя к более эффективной вирусной репликации. Другой путь регуляции активности протеасомы при вирусной инфекции (белок X вируса гепатита В) заключается во взаимодействии вирусных белков с субъеднницами 20S протеасомы или регулятора РА28, супрессии в представлении вирусных антигенов и. тем самым, "ухода" вируса из-под контроля иммунной системы;
6. У дрожжей S/cerviseaeбелок Rpn4. первоначально выделяемый с комплеком РА700, служит активатором транскрипции генов, кодирующих субъединицы протеасомы и некоторые другие компоненты системы убиквитинирования. Rpn4 представляет собой короткоживущий белок (t 1/2 - 1 мин) с расположенным в N-концевой области деградационным сигналом. Rpn4 взаимодействует с субъединицей Rpn2 активатора РА700 без предварительного убиквитинирования и деградирует при участии 26S протеасомы. Таким образом, впервые показано, что имеет место процесс авторегуляции активности протеасомы на уровне транскрипции.
7. Изменение сродства протеасомы к различным субстратам, по-видимому, может происходить н за счет субъединиц активатора РА700. Недавно показано, что субъединица Rpn10, или S5а, экспрессируется в тканях мыши в виде 5 различных изоформ (Rpn10а-е), образующихся за счет альтернативного сплайсинга мРНК. Rpn10а экспрессируется постоянно, тогда как Rpn10е обнаружена только в эмбриональных тканях, с наиболее высоким уровнем экспрессии в мозге. Предполагается, что 26S протеасома существует, по крайней мере, в двух функционально различных формах, одна из которых может играть специфическую роль в раннем эмбриональном развитии. Эти две изоформы оказывают различное действие на деградацию В-типа циклина в экстрактах яйцеклеток Хепорих.
Субстраты, протеолиз которых осуществляется 26S протеасомой приведены в табл….
| Субстрат | Физиологическая роль в клетке |
| Факторы транскрипции NF-кВ – р105 (предшественник р50), 1кВα (.ингибитор NF-кВ) YYI АТF2 (Activating transcription factor 2) НIF1 (Hypoxia inducible factor 1) ICER (Inducible c-AMP early repressor) МуоD RXRα (Retinoid X receptor α) МАТα2 Gcn4 Rpn4 IRF1 (Interferon regulatory factor 1) Е2F | Двуступенчатая активация NF-кВ, иммунный и воспалитель ный ответ Дифференцировка мышц, репрессор транскрипции α-актиновых генов Ответ на стрессовые воздействия, мишенью которых являются гены циклина А. ДНК полимеразы β, Е-селектина и другие, отвечающие за клеточный рост и дифференцировку Регуляция энергетического обмена клетки и ангиогенеза в ответ на дефицит кислорода Регуляция сАМР-зависимой антипролиферативной активности в нейроэндокринной системе Тканеспецифичный активатор транскрипции при дифференцировке скелетных мышц, ингибитор клеточного цикла в G1-фазе1 Ядерный рецептор, связанный с гепатоканцерогенезом Репрессор транскрипции "mating-type" генов у дрожжей, контроль слияния гаплоидных клеток Активатор транскрипции, синтез аминокислот и пуринов Регуляция транскрипции генов протеасомы, активатор Регуляция транскрипции генов интерферона и интерферон-индуцируемых генов, клеточный рост и апоптоз Семейство факторов транскрипции, регуляция клеточного цикла, пролиферативный ответ |
| Регуляторы клеточного цикла Дрожжи: CLN1, CLN2, CLN3 Sic1 Fаг1р Сlb5 Dbf4 Высшие эукарпоты: Сусlin D1 p27kip p21cip Сусlin А, сусlin В CUT2, PDS1 Germinin Cdc6 Сусlin Е СЕNР-Е, NIМА, PIMPLES | Циклины G1-фазы клеточного цикла Ингибитор СDК S-фазы (СDС28-Сlb5,6), задержка в G1-фазе Ингибитор СDК, остановка в G1-фазе под действием феромонов Циклин S-фазы Поддержание клеточного гомеостаза Циклин G1-фазы, переход к S-фазе Ингибитор СDК S-фазы, остановка в G1-фазе Ингибитор СDК S-фазы, остановка в G1-фазе Митотические циклины, выход из митоза Ингибиторы анафазы Ингибитор репликации ДНК Компонент пререпликативного комплекса Поздняя G1-фаза и ранняя S-фаза, поддержание кариотипа и нормального клеточного гомеостаза Контроль митоза и морфогенез веретена у млекопитающих, Drosophila, Aspergillus |
| Онкобелки и белки-cупрeссоры опухолей с-jun с-fos С-mos E2A (E12 и E47) (helix-loop-helix motif) p53 c-myc | Продукт протоонкогена, активатор транскрипции, клеточный рост и дифференцировка Клеточный рост, дифференцировка и трансформация, продукт протоонкогена Продукт протоонкогена, ключевой регулятор клеточного цикла Контроль клеточного роста и дифференцировки, трансформация. Соотношение процессов роста и апоптоза, супрессия опухолей Фактор транскрипции, контролирующий клеточный цикл и пролиферацию, продукт протоонкогена. |
| Ферменты РНК полимераза II (большая субъединица) ДНК-топоизомераза II ДНК- топоизомераза I Орнитиндекарбоксилаза Фруктозо-1,6-дифосфатаза | Репарация ДНК Ядерный фермент, модифицирующий топологию ДНК Релаксация суперскрученной ДНК, эмбриональное развитие Ключевой фермент биосинтеза полиамннов Обмен гликогена, ключевой фермент глюконеогенеза |
| Мембранные белки CFTR (Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) ЕNаС (Epithelia Na+ channal), субъеди-ницы α и γ | Мембранный белок, транспорт ионов хлора через мембрану в секретирующих и реадсорбируюших ионы хлора эпителиальных клетках Апикальная мембрана Na+транспортирующего эпителия, солевой и водный гомеостаз |
Таблица….. Белки, протеолиз которых осуществляется 26S протеасомой.
|
|
|
Использование ингибиторов активности протеасомы позволило показать, что в клетках млекопитающих до 90% всего клеточного белка (все короткоживущие и 70%-90% долгоживущих белков) подвергается первичной деградации по убиквитин-зависимому протеасомному пути. Осуществляя деградацию короткоживущих и ключевых регуляторных белков, данный протеолитическлй путь играет важнейшую роль в регуляции основных клеточных процессов, таких как клеточный цикл и деление, дифференцировка, эмбриогенез, апоптоз, сигнальная трансдукция, репарация ДНК, трансмембранный и везикулярный транспорт, реакция на стрессовые воздействия, в том числе иммунный и воспалительный ответ.
|
|
|
Нарушения в этой системе могут быть причиной развития многих заболеваний человека как врожденных, так и приобретенных. Среди них известны различные формы мышечных дистрофий, мужская стерильность, некоторые формы злокачественного перерождения, нейродегенеративные заболевания (некоторые формы болезни Альцгеймера), нарушения иммунного и воспалительного ответа при вирусной и бактериальной инфекции. Предполагается, что изменения в функционировании протеасомного пути деградации связаны с накоплением окисленных белков при старении.
Рекомбинация ДНК.
Процесс генетической рекомбинации был подробно разобран нами в учебном пособии «Повреждение и репарация ДНК». В данном случае необходимо остановиться на тесной связи рекомбинации и репликации.
