Правило N-конца

Правило N -конца — это правило, которое регулирует скорость деградации белка посредством распознавания N-концевого остатка белков. Правило гласит, что N -концевая аминокислота белка определяет период его полураспада (время, по истечении которого половина общего количества данного полипептида разрушается). Это правило применимо как к эукариотическим, так и к прокариотическим организмам, но с разной силой, правилами и результатом. ^{[ 1 ]} В эукариотических клетках эти N-концевые остатки распознаются и нацеливаются убиквитинлигазами , опосредуя убиквитинирование, тем самым маркируя белок для деградации. ^{[ 2 ]} Правило было впервые открыто Александром Варшавским и его коллегами в 1986 году. ^{[ 3 ]} Однако из этого «правила» можно сделать лишь приблизительные оценки периода полураспада белка, поскольку модификация N-концевых аминокислот может привести к изменчивости и аномалиям, в то время как влияние аминокислот также может меняться от организма к организму. Другие сигналы деградации, известные как дегроны , также могут быть обнаружены последовательно.

Правила у разных организмов

Это правило может действовать по-разному в разных организмах.

Дрожжи

N -концевые остатки – приблизительный период полураспада белков S. cerevisiae ^{[ 3 ]}

Met, Gly, Ala, Ser, Thr, Val, Pro — > 20 часов (стабилизация)
Иль, Глу – ок. 30 мин (стабилизация)
Тир, Глн – ок. 10 мин (дестабилизирующее)
Leu, Phe, Asp, Lys – ок. 3 мин (дестабилизирующий)
Арг - ок. 2 мин (дестабилизирующий)

Млекопитающие

«N»-концевые остатки – примерный период полураспада белков в системах млекопитающих. ^{[ 4 ]}

Val (V)→ 100h
Мет (M), Глай (G) → 30 ч.
Профи (P) → 20 ч.
Иль (I)→ 20ч
Тр (Т) → 7,2 ч.
Лей (L) → 5,5 ч.
Бог (А) → 4.4ч.
Его (H) → 3,5 часа
Трп (Ж) → 2,8ч
Башня (Y) → 2,8 ч.
Сер (S) → 1,9 ч.
Асн (Н) → 1,4 часа
Лис (К) → 1,3 часа
Цис (С) → 1,2 ч.
Асп (Д) → 1,1 ч.
Фе (Ф) → 1,1ч.
Глу (Е) → 1,0 ч.
Арг (R) → 1,0ч
Глн (Q) → 0.8ч

Бактерии

В Escherichia coli положительно заряженные и некоторые алифатические и ароматические остатки на N-конце, такие как аргинин, лизин, лейцин, фенилаланин, тирозин и триптофан, имеют короткий период полураспада (около 2 минут) и быстро разлагаются. ^{[ 5 ]} Эти остатки (когда они расположены на N-конце белка) называются дестабилизирующими остатками . У бактерий дестабилизирующие остатки можно далее определить как первичные дестабилизирующие остатки (лейцин, фенилаланин, тирозин и триптофан) или вторичные дестабилизирующие остатки (аргинин, лизин и, в особом случае, метионин). ^{[ 6 ]} ). Вторичные дестабилизирующие остатки модифицируются путем присоединения первичного дестабилизирующего остатка с помощью фермента лейцил/фенилаланил-тРНК-протеинтрансферазы. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]} Все остальные аминокислоты, расположенные на N-конце белка, называются стабилизирующими остатками и имеют период полураспада более 10 часов. ^{[ 5 ]} Белки, несущие N-концевой первичный дестабилизирующий остаток, специфически распознаются бактериальным N-рекогнином (компонентом распознавания) ClpS. ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]} ClpS является специфическим адаптерным белком для АТФ-зависимой AAA + протеазы ClpAP и, следовательно, ClpS доставляет субстраты N-дегрона к ClpAP для деградации.

Сложная проблема заключается в том, что первый остаток бактериальных белков обычно экспрессируется с помощью N-концевого формилметионина (f-Met). Формильная группа этого метионина быстро удаляется, а сам метионин затем удаляется метиониламинопептидазой . Удаление метионина более эффективно, когда второй остаток небольшой и незаряженный (например, аланин), но неэффективно, когда он объемный и заряженный, например аргинин. После удаления f-Met второй остаток становится N-концевым остатком и подчиняется правилу N-конца. Поэтому остатки с боковыми цепями среднего размера, такие как лейцин в качестве второго остатка, могут иметь короткий период полураспада. ^{[ 9 ]}

Хлоропласты

Есть несколько причин, по которым возможно, что правило N-конца действует и в хлоропластной органелле растительных клеток. ^{[ 10 ]} Первое доказательство исходит из эндосимбиотической теории , которая включает в себя идею о том, что хлоропласты произошли от цианобактерий , фотосинтезирующих организмов, которые могут преобразовывать свет в энергию. ^{[ 11 ]}^{[ 12 ]} Считается, что хлоропласты развились в результате эндосимбиоза между эукариотической клеткой и цианобактерией, поскольку хлоропласты имеют некоторые общие черты с бактерией, включая фотосинтетические способности. ^{[ 11 ]}^{[ 12 ]} Правило бактериального N-конца уже хорошо документировано; он включает в себя протеазную систему Clp, которая состоит из адаптерного белка ClpS , шаперона ClpA/P и ядра протеазы. ^{[ 5 ]}^{[ 7 ]}^{[ 13 ]} Подобная система Clp присутствует в строме хлоропластов, что позволяет предположить, что правило N-конца может функционировать одинаково в хлоропластах и бактериях. ^{[ 10 ]}^{[ 14 ]}

Кроме того, исследование 2013 года на Arabidopsis thaliana выявило белок ClpS1, возможный пластидный гомолог бактериального рекогнина ClpS . ^{[ 15 ]} ClpS представляет собой бактериальный адаптерный белок, который отвечает за распознавание белковых субстратов через их N-концевые остатки и доставку их к ядру протеазы для деградации. ^{[ 7 ]} Это исследование предполагает, что ClpS1 функционально подобен ClpS и также играет роль в распознавании субстрата посредством специфических N-концевых остатков ( дегронов ), как и его бактериальный аналог. ^{[ 15 ]} Предполагается, что после узнавания ClpS1 связывается с этими белками-субстратами и переносит их к шаперону ClpC основного механизма протеазы, чтобы инициировать деградацию. ^{[ 15 ]}

В другом исследовании Arabidopsis thaliana стромальные белки были проанализированы для определения относительного содержания специфических N-концевых остатков. ^{[ 16 ]} Это исследование показало, что аланин, серин, треонин и валин были наиболее распространенными N-концевыми остатками, в то время как лейцин, фенилаланин, триптофан и тирозин (все триггеры деградации у бактерий) были среди остатков, которые редко обнаруживались. ^{[ 16 ]}

Кроме того, был проведен анализ аффинности с использованием ClpS1 и N-концевых остатков, чтобы определить, действительно ли ClpS1 имеет партнеров по специфическому связыванию. ^{[ 17 ]} Это исследование показало, что фенилаланин и триптофан специфически связываются с ClpS1, что делает их главными кандидатами на роль N-дегронов в хлоропластах. ^{[ 17 ]}

В настоящее время проводятся дальнейшие исследования, чтобы подтвердить, действует ли правило N-конца в хлоропластах. ^{[ 10 ]}^{[ 17 ]}

Апикопласт

Апикопласт , — это производная нефотосинтетическая . пластида обнаруженная у большинства Apicomplexa , включая Toxoplasma gondii , Plasmodium falciparum и других Plasmodium видов (паразиты, вызывающие малярию). Подобно растениям, некоторые Apicomplexa виды n, в том числе Plasmodium falciparum, содержат все необходимые компоненты. ^{[ 18 ]}^{[ 19 ]} необходим для локализованной в апикопласте Clp-протеазы, включая потенциальный гомолог бактериального ClpS N-рекогнина . ^{[ 20 ]}^{[ 21 ]} Данные in vitro показывают, что Plasmodium falciparum ClpS способен распознавать различные N-концевые первичные дестабилизирующие остатки, не только классические бактериальные первичные дестабилизирующие остатки (лейцин, фенилаланин, тирозин и триптофан), но также N-концевой изолейцин и, следовательно, проявляет широкую специфичность. (по сравнению с его бактериальным аналогом). ^{[ 21 ]}

Ссылки

^ Варшавский А (январь 1997 г.). «Путь деградации белка по правилу N-конца» . Гены в клетки . 2 (1): 13–28. дои : 10.1046/j.1365-2443.1997.1020301.x . ПМИД 9112437 . S2CID 27736735 .
^ Тасаки Т., Шрирам С.М., Пак К.С., Квон Ю.Т. (2012). «Путь правила N-конца» . Ежегодный обзор биохимии . 81 : 261–89. doi : 10.1146/annurev-biochem-051710-093308 . ПМЦ 3610525 . ПМИД 22524314 .
^ Jump up to: ^а ^б Бахмайр А., Финли Д., Варшавский А. (октябрь 1986 г.). «Период полураспада белка in vivo зависит от его аминоконцевого остатка». Наука . 234 (4773): 179–86. Бибкод : 1986Sci...234..179B . дои : 10.1126/science.3018930 . ПМИД 3018930 .
^ Гонда Д.К., Бахмайр А., Вюннинг И., Тобиас Дж.В., Лейн В.С., Варшавский А. (октябрь 1989 г.). «Универсальность и структура правила N-конца» . Журнал биологической химии . 264 (28): 16700–12. дои : 10.1016/S0021-9258(19)84762-2 . ПМИД 2506181 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Тобиас Дж.В., Шрейдер Т.Е., Рокап Г., Варшавский А. (ноябрь 1991 г.). «Правило N-конца у бактерий». Наука . 254 (5036): 1374–7. Бибкод : 1991Sci...254.1374T . дои : 10.1126/science.1962196 . ПМИД 1962196 .
^ Jump up to: ^а ^б Ниннис Р.Л., Сполл С.К., Талбо Г.Х., Траскотт К.Н., Дуган Д.А. (июнь 2009 г.). «Модификация ПАТазы с помощью L/F-трансферазы создает ClpS-зависимый субстрат правила N-конца в Escherichia coli» . Журнал ЭМБО . 28 (12): 1732–44. дои : 10.1038/emboj.2009.134 . ПМК 2699360 . ПМИД 19440203 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Эрбсе А., Шмидт Р., Борнеманн Т., Шнайдер-Мергенер Дж., Могк А., Зан Р. и др. (февраль 2006 г.). «ClpS является важным компонентом пути правила N-конца в Escherichia coli». Природа . 439 (7077): 753–6. Бибкод : 2006Natur.439..753E . дои : 10.1038/nature04412 . ПМИД 16467841 . S2CID 4406838 .
^ Шунеманн В.Дж., Кралик С.М., Альбрехт Р., Сполл С.К., Траскотт К.Н., Дуган Д.А., Зет К. (май 2009 г.). «Структурная основа распознавания субстрата правила N-конца в Escherichia coli адаптерным белком ClpAP ClpS» . Отчеты ЭМБО . 10 (5): 508–14. дои : 10.1038/embor.2009.62 . ПМЦ 2680879 . ПМИД 19373253 .
^ Хирел П.Х., Шмиттер М.Дж., Дессен П., Фаят Г., Бланке С. (ноябрь 1989 г.). «Степень удаления N-концевого метионина из белков Escherichia coli определяется длиной боковой цепи предпоследней аминокислоты» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 86 (21): 8247–51. Бибкод : 1989PNAS...86.8247H . дои : 10.1073/pnas.86.21.8247 . ПМК 298257 . ПМИД 2682640 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Бушнак I, ван Вейк К.Дж. (октябрь 2019 г.). «Пути N-дегрона в пластидах» . Тенденции в науке о растениях . 24 (10): 917–926. doi : 10.1016/j.tplants.2019.06.013 . ПМИД 31300194 . S2CID 196351051 .
^ Jump up to: ^а ^б Арчибальд Дж. М. (октябрь 2015 г.). «Эндосимбиоз и эволюция эукариотических клеток» . Современная биология . 25 (19): Р911-21. дои : 10.1016/j.cub.2015.07.055 . ПМИД 26439354 .
^ Jump up to: ^а ^б Макфадден Дж.И. (январь 2001 г.). «Происхождение и интеграция хлоропластов» . Физиология растений . 125 (1): 50–3. дои : 10.1104/стр.125.1.50 . ПМЦ 1539323 . ПМИД 11154294 .
^ Дуган Д.А., Мичевски Д., Траскотт К.Н. (январь 2012 г.). «Путь правила N-конца: от распознавания N-распознавателями к разрушению AAA + протеазами». Биохимия и биофизика Acta (BBA) - Исследования молекулярных клеток . 1823 (1): 83–9. дои : 10.1016/j.bbamcr.2011.07.002 . ПМИД 21781991 .
^ Нисимура К., ван Вейк К.Дж. (сентябрь 2015 г.). «Организация, функции и субстраты незаменимой системы протеаз Clp в пластидах» . Биохимия и биофизика Acta (BBA) - Биоэнергетика 1847 (9): 915–30. дои : 10.1016/j.bbabio.2014.11.012 . ПМИД 25482260 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Нишимура К., Асакура Ю., Фрисо Г., Ким Дж., О Ш., Рутшоу Х. и др. (июнь 2013 г.). «ClpS1 представляет собой консервативный селектор субстрата для протеазной системы Clp хлоропластов у арабидопсиса» . Растительная клетка . 25 (6): 2276–301. дои : 10.1105/tpc.113.112557 . ПМЦ 3723626 . ПМИД 23898032 .
^ Jump up to: ^а ^б Роуленд Э., Ким Дж., Бхуян Н.Х., ван Вейк К.Дж. (ноябрь 2015 г.). «Н-конец стромы хлоропласта арабидопсиса: сложности созревания и стабильности аминоконцевого белка» . Физиология растений . 169 (3): 1881–96. дои : 10.1104/стр.15.01214 . ПМК 4634096 . ПМИД 26371235 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Монтандон С., Дуган Д.А., ван Вейк К.Дж. (май 2019 г.). «N-дегронная специфичность хлоропласта ClpS1 у растений» . Письма ФЭБС . 593 (9): 962–970. дои : 10.1002/1873-3468.13378 . ПМИД 30953344 .
^ Флорентин А., Кобб Д.В., Фишберн Дж.Д., Чиприано М.Дж., Ким П.С., Фиерро М.А. и др. (ноябрь 2017 г.). «PfClpC является важным шапероном Clp, необходимым для целостности пластид и стабильности протеазы Clp в Plasmodium falciparum» . Отчеты по ячейкам . 21 (7): 1746–1756. дои : 10.1016/j.celrep.2017.10.081 . ПМК 5726808 . ПМИД 29141210 .
^ Эль Баккури М., Ратхор С., Кальметтес С., Вернимонт А.К., Лю К., Синха Д. и др. (январь 2013 г.). «Структурные данные о неактивной субъединице локализованного в апикопласте казеинолитического протеазного комплекса Plasmodium falciparum» . Журнал биологической химии . 288 (2): 1022–31. дои : 10.1074/jbc.M112.416560 . ПМЦ 3542988 . ПМИД 23192353 .
^ ЛаКаунт Дж., Виньяли М., Четтье Р., Фансалкар А., Белл Р., Хессельберт Дж.Р. и др. (ноябрь 2005 г.). «Сеть взаимодействия белков малярийного паразита Plasmodium falciparum». Природа . 438 (7064): 103–7. Бибкод : 2005Natur.438..103L . дои : 10.1038/nature04104 . ПМИД 16267556 . S2CID 4401702 .
^ Jump up to: ^а ^б Тан Дж.Л., Уорд Л., Траскотт К.Н., Дуган Д.А. (октябрь 2016 г.). «Адаптерный белок правила N-конца ClpS из Plasmodium falciparum проявляет широкую субстратную специфичность» . Письма ФЭБС . 590 (19): 3397–3406. дои : 10.1002/1873-3468.12382 . ПМИД 27588721 .

[1] Варшавский А (январь 1997 г.). «Путь деградации белка по правилу N-конца» . Гены в клетки . 2 (1): 13–28. дои : 10.1046/j.1365-2443.1997.1020301.x . ПМИД 9112437 . S2CID 27736735 .

[2] Тасаки Т., Шрирам С.М., Пак К.С., Квон Ю.Т. (2012). «Путь правила N-конца» . Ежегодный обзор биохимии . 81 : 261–89. doi : 10.1146/annurev-biochem-051710-093308 . ПМЦ 3610525 . ПМИД 22524314 .

[Bachmair-3] Jump up to: ^а ^б Бахмайр А., Финли Д., Варшавский А. (октябрь 1986 г.). «Период полураспада белка in vivo зависит от его аминоконцевого остатка». Наука . 234 (4773): 179–86. Бибкод : 1986Sci...234..179B . дои : 10.1126/science.3018930 . ПМИД 3018930 .

[4] Гонда Д.К., Бахмайр А., Вюннинг И., Тобиас Дж.В., Лейн В.С., Варшавский А. (октябрь 1989 г.). «Универсальность и структура правила N-конца» . Журнал биологической химии . 264 (28): 16700–12. дои : 10.1016/S0021-9258(19)84762-2 . ПМИД 2506181 .

[Tobias1991-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Тобиас Дж.В., Шрейдер Т.Е., Рокап Г., Варшавский А. (ноябрь 1991 г.). «Правило N-конца у бактерий». Наука . 254 (5036): 1374–7. Бибкод : 1991Sci...254.1374T . дои : 10.1126/science.1962196 . ПМИД 1962196 .

[:0-6] Jump up to: ^а ^б Ниннис Р.Л., Сполл С.К., Талбо Г.Х., Траскотт К.Н., Дуган Д.А. (июнь 2009 г.). «Модификация ПАТазы с помощью L/F-трансферазы создает ClpS-зависимый субстрат правила N-конца в Escherichia coli» . Журнал ЭМБО . 28 (12): 1732–44. дои : 10.1038/emboj.2009.134 . ПМК 2699360 . ПМИД 19440203 .

[:1-7] Jump up to: ^а ^б ^с Эрбсе А., Шмидт Р., Борнеманн Т., Шнайдер-Мергенер Дж., Могк А., Зан Р. и др. (февраль 2006 г.). «ClpS является важным компонентом пути правила N-конца в Escherichia coli». Природа . 439 (7077): 753–6. Бибкод : 2006Natur.439..753E . дои : 10.1038/nature04412 . ПМИД 16467841 . S2CID 4406838 .

[8] Шунеманн В.Дж., Кралик С.М., Альбрехт Р., Сполл С.К., Траскотт К.Н., Дуган Д.А., Зет К. (май 2009 г.). «Структурная основа распознавания субстрата правила N-конца в Escherichia coli адаптерным белком ClpAP ClpS» . Отчеты ЭМБО . 10 (5): 508–14. дои : 10.1038/embor.2009.62 . ПМЦ 2680879 . ПМИД 19373253 .

[9] Хирел П.Х., Шмиттер М.Дж., Дессен П., Фаят Г., Бланке С. (ноябрь 1989 г.). «Степень удаления N-концевого метионина из белков Escherichia coli определяется длиной боковой цепи предпоследней аминокислоты» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 86 (21): 8247–51. Бибкод : 1989PNAS...86.8247H . дои : 10.1073/pnas.86.21.8247 . ПМК 298257 . ПМИД 2682640 .

[Bouchnak2019-10] Jump up to: ^а ^б ^с Бушнак I, ван Вейк К.Дж. (октябрь 2019 г.). «Пути N-дегрона в пластидах» . Тенденции в науке о растениях . 24 (10): 917–926. doi : 10.1016/j.tplants.2019.06.013 . ПМИД 31300194 . S2CID 196351051 .

[Archibald2015-11] Jump up to: ^а ^б Арчибальд Дж. М. (октябрь 2015 г.). «Эндосимбиоз и эволюция эукариотических клеток» . Современная биология . 25 (19): Р911-21. дои : 10.1016/j.cub.2015.07.055 . ПМИД 26439354 .

[McFadden2001-12] Jump up to: ^а ^б Макфадден Дж.И. (январь 2001 г.). «Происхождение и интеграция хлоропластов» . Физиология растений . 125 (1): 50–3. дои : 10.1104/стр.125.1.50 . ПМЦ 1539323 . ПМИД 11154294 .

[Dougan2012-13] Дуган Д.А., Мичевски Д., Траскотт К.Н. (январь 2012 г.). «Путь правила N-конца: от распознавания N-распознавателями к разрушению AAA + протеазами». Биохимия и биофизика Acta (BBA) - Исследования молекулярных клеток . 1823 (1): 83–9. дои : 10.1016/j.bbamcr.2011.07.002 . ПМИД 21781991 .

[vanWijk2015-14] Нисимура К., ван Вейк К.Дж. (сентябрь 2015 г.). «Организация, функции и субстраты незаменимой системы протеаз Clp в пластидах» . Биохимия и биофизика Acta (BBA) - Биоэнергетика 1847 (9): 915–30. дои : 10.1016/j.bbabio.2014.11.012 . ПМИД 25482260 .

[Nishimura2013-15] Jump up to: ^а ^б ^с Нишимура К., Асакура Ю., Фрисо Г., Ким Дж., О Ш., Рутшоу Х. и др. (июнь 2013 г.). «ClpS1 представляет собой консервативный селектор субстрата для протеазной системы Clp хлоропластов у арабидопсиса» . Растительная клетка . 25 (6): 2276–301. дои : 10.1105/tpc.113.112557 . ПМЦ 3723626 . ПМИД 23898032 .

[Rowland2015-16] Jump up to: ^а ^б Роуленд Э., Ким Дж., Бхуян Н.Х., ван Вейк К.Дж. (ноябрь 2015 г.). «Н-конец стромы хлоропласта арабидопсиса: сложности созревания и стабильности аминоконцевого белка» . Физиология растений . 169 (3): 1881–96. дои : 10.1104/стр.15.01214 . ПМК 4634096 . ПМИД 26371235 .

[Montandon2019-17] Jump up to: ^а ^б ^с Монтандон С., Дуган Д.А., ван Вейк К.Дж. (май 2019 г.). «N-дегронная специфичность хлоропласта ClpS1 у растений» . Письма ФЭБС . 593 (9): 962–970. дои : 10.1002/1873-3468.13378 . ПМИД 30953344 .

[18] Флорентин А., Кобб Д.В., Фишберн Дж.Д., Чиприано М.Дж., Ким П.С., Фиерро М.А. и др. (ноябрь 2017 г.). «PfClpC является важным шапероном Clp, необходимым для целостности пластид и стабильности протеазы Clp в Plasmodium falciparum» . Отчеты по ячейкам . 21 (7): 1746–1756. дои : 10.1016/j.celrep.2017.10.081 . ПМК 5726808 . ПМИД 29141210 .

[19] Эль Баккури М., Ратхор С., Кальметтес С., Вернимонт А.К., Лю К., Синха Д. и др. (январь 2013 г.). «Структурные данные о неактивной субъединице локализованного в апикопласте казеинолитического протеазного комплекса Plasmodium falciparum» . Журнал биологической химии . 288 (2): 1022–31. дои : 10.1074/jbc.M112.416560 . ПМЦ 3542988 . ПМИД 23192353 .

[20] ЛаКаунт Дж., Виньяли М., Четтье Р., Фансалкар А., Белл Р., Хессельберт Дж.Р. и др. (ноябрь 2005 г.). «Сеть взаимодействия белков малярийного паразита Plasmodium falciparum». Природа . 438 (7064): 103–7. Бибкод : 2005Natur.438..103L . дои : 10.1038/nature04104 . ПМИД 16267556 . S2CID 4401702 .

[:2-21] Jump up to: ^а ^б Тан Дж.Л., Уорд Л., Траскотт К.Н., Дуган Д.А. (октябрь 2016 г.). «Адаптерный белок правила N-конца ClpS из Plasmodium falciparum проявляет широкую субстратную специфичность» . Письма ФЭБС . 590 (19): 3397–3406. дои : 10.1002/1873-3468.12382 . ПМИД 27588721 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]