Proteazom

Z WikiSkript

Charakteristika[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Protein, který na sobě nese K48 polyubikvitinový řetězec. Může být rozpoznán tzv. 26S proteazomem a degradován v něm.

26S proteazom je běžný typ proteazomu, obsažený v našich buňkách. Skládá se ze dvou základních částí[1]:

  1. 20S proteazom čili hlavní partikule (core particle), která má tvar válce a v níž probíhá samotná proteolýza PDG;
  2. 19S proteazom čili regulační partikule (regulatory particle), která se také nazývá PA700.

Hlavní partikule[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

20S proteazom se skládá celkem ze čtyř prstenců. Dva vnější jsou tvořeny sedmi α pojednotkami a dva vnitřní sedmi β podjednotkami. Aktivní místa štěpící proteiny jsou v β prstencích a jsou obráceny dovnitř válce 20S proteazomu, konkrétně se jedná o:

  • β1 podjednotku s aktivitou podobnou kaspázám;
  • β2 podjednotku s aktivitou podobnou trypsinu;
  • β5 podjednotku s aktivitou podobnou chymotrypsinu.

Kromě běžného 20S proteazomu existují v našich buňkách také inducibilní proteazomy. Ty mají jiná aktivní místa (β1i, β2i a β5i), jež se nazývají imunoproteazomy nebo směsné proteazomy. Hrají roli v imunitní odpovědi buněk na cizorodé látky[2]. Zcela speciální typ proteazomů existuje v brzlíku, jde o tzv. thymoproteazomy. Obsahují β5t podjednotku s neobvyklou katalytickou aktivitou. Jejich role souvisí s pozitivní selekcí CD8+ T buněk[3].

Regulační partikule[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Proteazom

Regulační částice se vážou na vnější, tedy α prstence 20S proteazomu. Kromě 19S proteazomu to mohou být i jiné komplexy, jako jsou PA28 či PA200, nebo dokonce proteiny, které se reverzibilně připojují k 20S proteazomu v substechiometrických množstvích[4]. I když uspořádání proteazomů se různě dynamicky mění, bylo prokázáno, že 26S proteazom zůstává během degradace proteinů intaktní[5].

Regulační částice 26S proteazomu (PA700) obsahuje dvě základní, navzájem spojené oblasti: bázi a víko. V bázi můžeme najít šest rozdílných AAA+ ATPáz a další čtyři podjednotky. Jejím hlavním posláním je regulovat vstup do nitra 20S proteazomu[6]. Víko obsahuje devět ne-ATPázových podjednotek [7] a jeho základní funkcí je deubikvitinace ubikvitinovaných proteinů pomocí JAMM doménové DUB Poh1 před jejich vstupem do nitra 26S proteazomů[8].

Degradace neubikvitinovaných proteinů[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Typický protein, degradovaný v eukaryotní buňce proteazomy, musí být ubikvitinován. Avšak podle nedávného zjištění asi 20% všech proteinů, štěpených proteazomy v eukaryotních buňkách, nemusí mít ubikvitinové značení. Takové proteiny obsahují špatně uspořádaná místa ve svých strukturách, která slouží jako nespecifický signál pro degradaci v proteazomech bez nutnosti ubikvitinace daného proteinu[9].

Úloha proteazomu v prezentaci antigenu:
A – Bílkovina
B – Proteazom
C – MHC I syntéza proteinu
D – Peptidy k prezentaci
E – ER
F – Plasmatická membrána
1. Ubiquitinace
2. Degradace proteinu na peptidy pomocí proteazomu
3. Transport peptidu do lumen ER pomocí ABC přenašečů
4. Navazování peptidů v zářezu MHC I komplexu
5. Prezentace antigenu na plazmatické membráně

Degradace ubikvitinovaných proteinů[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Zaměříme se na mechanismus degradace ubikvitinovaných PDG v 26S proteazomech.

V rozpoznání ubikvitinovaného proteinu hrají klíčovou roli některé podjednotky z báze (ubikvitinové receptory) a také některé proteiny, které se jen přechodně asociují s 26S proteazomy[10]. Jestliže je ubikvitinovaný protein již navázán na 26S proteazom, jeho polyubikvitinový řetězec může být proteazomem různě štěpen a znovu syntetizován pomocí deubikvitináz a ubikvitin-ligáz[11]. Bylo také ukázáno, že snížení intenzity degradace samotných ubikvitinů v proteazomu souvisí s činností specifické DUB, nazývané Ubp6, která není stálou podjednotkou 26S proteazomů[12].

Jednotlivé kroky[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]
  • Před samotnou degradací PDG je polyubikvitinový řetězec zpravidla odštěpen en bloc (vcelku, najednou) pomocí Poh1 a dále je odstraňován jinými DUBy[13].
  • Rozplétání proteinu do primární struktury a jeho přesunutí do otvoru proteazomu je pak spojeno s hydrolýzou ATP AAA+ ATPázami[14].
  • Rozpletený protein může být „skladován“ v α prstencích, pokud β prstence jsou ještě vytíženy degradací předchozího PDG[15]. Proteiny mohou přitom vcházet do 20S proteazomu z obou stran[16]. Degradace probíhá tak dlouho, dokud vzniknuvší oligopeptidy nejsou dostatečně malé, aby mohly samovolně difundovat ven[17].
  • Jakmile se oligopeptidy dostanou ven z 26S proteazomů, jsou v buňce dále štěpeny jinými peptidázami až na aminokyseliny, které lze použít pro další proteosyntézu[18], nebo jsou použity v rámci imunitního systému jako antigeny[19].

Regulace aktivity proteinů[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Některé proteiny jsou 26S proteazomy degradovány neúplně, nýbrž jsou vlastně aktivovány. K tomu dojde degradací jiných proteinů, které jsou na ně vázány a inhibují je. Typickým příkladem je aktivace tzv. jaderného faktoru-κB (NF-κB), který se běžně v cytoplazmě vyskytuje v komplexu se svým inhibitorem I-κB. Jakmile je tento I-κB ubikvitinován a degradován, NF-κB se translokuje do jádra a spouští transkripci příslušných genů[20]. Funkce 26S proteazomů není spojena jen s regulací množství daného proteinu v buňce, nýbrž i s regulací aktivity různých proteinů. Z toho vyplývá, že UPS hraje klíčovou roli v mnoha terapeuticky významných procesech, jako jsou zánětlivá onemocnění, neurodegenerativní procesy, svalové dystrofie, virové infekce nebo karcinogeneze[21]-[22].

Odkazy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Související články[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Externí odkazy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Zdroj[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • CVEK, Boris. Od ubikvitinu k antabusu. Britské listy : deník o všem, o čem se v České republice příliš nemluví [online]. 2011, roč. -, s. -, dostupné také z <https://blisty.cz//legacy.blisty.cz/art/56680.html>. ISSN 1213-1792. 

Reference[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  1. BEDFORD, Lynn, Simon PAINE a Paul W SHEPPARD, et al. Assembly, structure, and function of the 26S proteasome. Trends Cell Biol [online]. 2010, vol. 20, no. 7, s. 391-401, dostupné také z <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2902798/?tool=pubmed>. ISSN 0962-8924 (print), 1879-3088. 
  2. STREHL, Britta, Ulrike SEIFERT a Elke KRÜGER, et al. Interferon-gamma, the functional plasticity of the ubiquitin-proteasome system, and MHC class I antigen processing. Immunol Rev [online]. 2005, vol. 207, s. 19-30, dostupné také z <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16181324>. ISSN 0105-2896. 
  3. MURATA, Shigeo, Yousuke TAKAHAMA a Keiji TANAKA. Thymoproteasome: probable role in generating positively selecting peptides. Curr Opin Immunol [online]. 2008, vol. 20, no. 2, s. 192-6, dostupné také z <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18403190>. ISSN 0952-7915. 
  4. DEMARTINO, George N a Thomas G GILLETTE. Proteasomes: machines for all reasons. Cell [online]. 2007, vol. 129, no. 4, s. 659-62, dostupné také z <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17512401>. ISSN 0092-8674. 
  5. KRIEGENBURG, Franziska, Michael SEEGER a Yasushi SAEKI, et al. Mammalian 26S proteasomes remain intact during protein degradation. Cell [online]. 2008, vol. 135, no. 2, s. 355-65, dostupné také z <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18957208>. ISSN 0092-8674 (print), 1097-4172. 
  6. LI, Xiaohua a George N DEMARTINO. Variably modulated gating of the 26S proteasome by ATP and polyubiquitin. Biochem J [online]. 2009, vol. 421, no. 3, s. 397-404, dostupné také z <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2872633/?tool=pubmed>. ISSN 0264-6021 (print), 1470-8728. 
  7. SHARON, Michal, Thomas TAVERNER a Xavier I AMBROGGIO, et al. Structural organization of the 19S proteasome lid: insights from MS of intact complexes. PLoS Biol [online]. 2006, vol. 4, no. 8, s. e267, dostupné také z <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1523230/?tool=pubmed>. ISSN 1544-9173 (print), 1545-7885. 
  8. VERMA, Rati, L ARAVIND a Robert OANIA, et al. Role of Rpn11 metalloprotease in deubiquitination and degradation by the 26S proteasome. Science [online]. 2002, vol. 298, no. 5593, s. 611-5, dostupné také z <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12183636>. ISSN 0036-8075 (print), 1095-9203. 
  9. BAUGH, James M, Ekaterina G VIKTOROVA a Evgeny V PILIPENKO. Proteasomes can degrade a significant proportion of cellular proteins independent of ubiquitination. J Mol Biol [online]. 2009, vol. 386, no. 3, s. 814-27, dostupné také z <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2649715/?tool=pubmed>. ISSN 0022-2836 (print), 1089-8638. 
  10. VERMA, Rati, Robert OANIA a Johannes GRAUMANN, et al. Multiubiquitin chain receptors define a layer of substrate selectivity in the ubiquitin-proteasome system. Cell [online]. 2004, vol. 118, no. 1, s. 99-110, dostupné také z <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15242647>. ISSN 0092-8674. 
  11. CROSAS, Bernat, John HANNA a Donald S KIRKPATRICK, et al. Ubiquitin chains are remodeled at the proteasome by opposing ubiquitin ligase and deubiquitinating activities. Cell [online]. 2006, vol. 127, no. 7, s. 1401-13, dostupné také z <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17190603>. ISSN 0092-8674. 
  12. HANNA, John, Alice MEIDES a Dan Phoebe ZHANG, et al. A ubiquitin stress response induces altered proteasome composition. Cell [online]. 2007, vol. 129, no. 4, s. 747-59, dostupné také z <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17512408>. ISSN 0092-8674. 
  13. KOULICH, Elena, Xiaohua LI a George N DEMARTINO. Relative structural and functional roles of multiple deubiquitylating proteins associated with mammalian 26S proteasome. Mol Biol Cell [online]. 2008, vol. 19, no. 3, s. 1072-82, dostupné také z <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2262970/?tool=pubmed>. ISSN 1059-1524 (print), 1939-4586. 
  14. STRIEBEL, Frank, Wolfgang KRESS a Eilika WEBER-BAN. Controlled destruction: AAA+ ATPases in protein degradation from bacteria to eukaryotes. Curr Opin Struct Biol [online]. 2009, vol. 19, no. 2, s. 209-17, dostupné také z <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19362814>. ISSN 0959-440X (print), 1879-033X. 
  15. SHARON, Michal, Susanne WITT a Karin FELDERER, et al. 20S proteasomes have the potential to keep substrates in store for continual degradation. J Biol Chem [online]. 2006, vol. 281, no. 14, s. 9569-75, dostupné také z <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16446364>. ISSN 0021-9258. 
  16. HUTSCHENREITER, Silke, Ali TINAZLI a Kirstin MODEL, et al. Two-substrate association with the 20S proteasome at single-molecule level. EMBO J [online]. 2004, vol. 23, no. 13, s. 2488-97, dostupné také z <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC449772/?tool=pubmed>. ISSN 0261-4189. 
  17. KÖHLER, A, P CASCIO a D S LEGGETT, et al. The axial channel of the proteasome core particle is gated by the Rpt2 ATPase and controls both substrate entry and product release. Mol Cell [online]. 2001, vol. 7, no. 6, s. 1143-52, dostupné také z <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11430818>. ISSN 1097-2765. 
  18. VABULAS, Ramunas M a F Ulrich HARTL. Protein synthesis upon acute nutrient restriction relies on proteasome function. Science [online]. 2005, vol. 310, no. 5756, s. 1960-3, dostupné také z <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16373576>. ISSN 0036-8075 (print), 1095-9203. 
  19. KLOETZEL, Peter M. Generation of major histocompatibility complex class I antigens: functional interplay between proteasomes and TPPII. Nat Immunol [online]. 2004, vol. 5, no. 7, s. 661-9, dostupné také z <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15224091>. ISSN 1529-2908. 
  20. RAPE, Michael a Stefan JENTSCH. Productive RUPture: activation of transcription factors by proteasomal processing. Biochim Biophys Acta [online]. 2004, vol. 1695, no. 1-3, s. 209-13, dostupné také z <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15571816>. ISSN 0006-3002. 
  21. RUBINSZTEIN, David C. The roles of intracellular protein-degradation pathways in neurodegeneration. Nature [online]. 2006, vol. 443, no. 7113, s. 780-6, dostupné také z <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17051204>. ISSN 0028-0836 (print), 1476-4687. 
  22. SCHWARTZ, Alan L a Aaron CIECHANOVER. Targeting proteins for destruction by the ubiquitin system: implications for human pathobiology. Annu Rev Pharmacol Toxicol [online]. 2009, vol. 49, s. 73-96, dostupné také z <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18834306>. ISSN 0362-1642.