Эндоплазмак-ретикаллум, связанная с деградацией белка

Эндоплазмак-ретикологическое деградация белка ( ERAD ) обозначает клеточный путь, который нацелен на неправильные свертываемые белки эндоплазматического ретикулума для убиквитинирования и последующей деградации комплексом деградирования белка, называемого протеасомой .

Механизм

Процесс ERAD можно разделить на три шага:

Распознавание неправильно свернутых или мутированных белков в эндоплазматической ретикулуме

Распознавание неправильно свернутых или мутированных белков зависит от обнаружения субструктур в белках, таких как обнаженные гидрофобные области, непарные цистеина остатки и незрелые гликаны .

в клетках млекопитающих Например, существует механизм, называемый обработкой гликана. В этом механизме лектин цифровый кальретикулин кальнексин / , (CNX / CRT) дает незрелым гликопротеинам возможность достичь своей собственной конформации. Они могут сделать это путем реглукозилирования этих гликопротеинов ферментом, называемым UDP - глюкозо -гликопротеин глюкозилтрансфераза , также известной как UGGT . Однако терминально неправильно свернутые белки должны быть извлечены из CNX/CRT. Это осуществляется членами семейства α-маннозидазы EDEM (ER-повышение α-маннозидазы (EDEM1-3) и ER Mannosidase I. Эта маннозидаза удаляет один остаток маннозы из гликопротеина, а последняя признана EDEM. В конечном итоге Edem будет нацелен на неправильно свернутые гликопротеины для деградации, облегчая связывание ERAD Lectins OS9 и XTP3-B. ^{[ 1 ]}

Ретро-транслокация в цитозоль

Поскольку система убиквитин -протеасом (UPS) расположена в цитозоле, терминально неправильно свернутые белки должны транспортироваться из эндоплазматической ретикулума обратно в цитоплазму. Большинство данных свидетельствуют о том, что убиквитин-белтин-белтин-лигаза HRD1 может функционировать как ретротранслокон или дислокон для транспортировки субстратов в цитозоль. HRD1 не требуется для всех событий ERAD, поэтому вполне вероятно, что другие белки способствуют этому процессу. Например, гликозилированные субстраты распознаются лектином E3 FBS2. ^{[ 2 ]} Кроме того, эта транслокация требует движущей силы, которая определяет направление транспорта. Поскольку полиубиквитинирование имеет важное значение для экспорта субстратов , широко считается, что эта движущая сила обеспечивается убиквитинсвязывающими факторами. Одним из этих убиквитин-связывающих факторов является комплекс CDC48P-NPL4P-UFD1P у дрожжей. Люди имеют гомолог CDC48P, известный как валозинсодержащий белок (VCP/P97) с той же функцией, что и CDC48P. VCP/P97 транспортирует субстраты из эндоплазматической ретикулумы в цитоплазму с его активностью АТФазы.

Убиквитин-зависимая деградация протеасомой

Убиквитинирование терминально неправильно свернутых белков вызвано каскадом ферментативных реакций. Первая из этих реакций происходит, когда активирующий убиквитин-активирующий фермент E1 гидролизует АТФ и образует высокоэнергетическую тиоэфирную связь между остатком цистеина в его активном сайте и С-конце убиквитина. Полученный активированный убиквитин затем передается в E2, который является убиквитином, конъюгирующим фермент . Другая группа ферментов, более конкретно убиквитин белок лигаз, называемые E3, связывается с неправильно свернутым белком. Затем они выравнивают белок и E2, что облегчает прикрепление убиквитина к остаткам лизина неправильно свернутого белка. После последовательного добавления молекул убиквитина к остаткам лизина ранее прикрепленного убиквитина образуется цепь полиубиквитина. Полибиквитинированный белок продуцируется, и это распознается специфическими субъединицами в 19 -х сшивающих комплексах протеасомы 26S. В дальнейшем полипептидная цепь подается в центральную камеру основной области 20S, которая содержит протеолитически активные сайты. Убиквитин расщепляется перед терминальным расщеплением деубиквитинирующими ферментами. Этот третий шаг очень тесно связан со вторым, поскольку убиквитинирование происходит во время транслокации. Тем не менее, протеасомная деградация происходит в цитоплазме.

Эрад убиквитинирующий механизм

Мембрана ER, закрепленная на якоре, содержащий убиквитин лигазы HRD1 и DOA10, являются основными посредниками субстратной убиквитинирования во время ERAD. Хвост закрепленный мембранным белком UBC6, а также UBC1 и CUE1 -зависимая мембрана UBC7 являются убиквитин -конъюгирующими ферментами, участвующими в ERAD.

Контрольные точки

Поскольку изменение эрад-субстрата является огромным, было предложено несколько вариаций механизма ERAD. Действительно, было подтверждено, что растворимые , мембранные и трансмембранные белки были признаны различными механизмами. Это привело к идентификации 3 различных путей, которые составляют фактически 3 контрольно -пропускных пункта.

Первая контрольная точка называется ERAD-C и контролирует состояние складывания цитозольных доменов мембранных белков. Если в цитозольных доменах обнаружены дефекты, эта контрольная точка удалит неправильно свернутый белок.
Когда обнаружено, что цитозольные домены правильно сложены, мембранный белок проходит во вторую контрольную точку, где люминальные контролируются домены. Эта вторая контрольная точка называется пути Erad-L. Не только мембранные белки, выживающие на первой контрольной точке, контролируются их люминальные домены, также растворимые белки проверяются по этому пути, поскольку они полностью просвечены и, таким образом, обходят первую контрольную точку. Если обнаружено поражение в люминальных доменах, вовлеченный белок обрабатывается для ERAD с использованием набора факторов, включая везикулярный механизм транспорта, который транспортирует неправильно свернутые белки из эндоплазматической ретикулумы в аппарат Гольджи .
Также была описана третья контрольная точка, которая опирается на проверку трансмембранных доменов белков. Он называется пути ERAD-M, но не очень ясно, в каком порядке он должен быть размещен в отношении двух ранее описанных путей.

Заболевания, связанные с эрадами

Поскольку ERAD является центральным элементом секреторного пути, расстройства в его деятельности могут вызвать ряд заболеваний человека. Эти расстройства могут быть классифицированы на две группы.

Первая группа является результатом мутаций в компонентах ERAD, которые впоследствии теряют свою функцию. Потеряя свою функцию, эти компоненты больше не способны стабилизировать аберрантные белки, так что последние накапливаются и повреждают клетку. Примером болезни, вызванной этой первой группой расстройств, является болезнь Паркинсона . Это вызвано мутацией в гене паркин . Паркин - это белок, который функционирует в комплексе с чипом в качестве убиквитин лигазы и преодолевает накопление и агрегацию неправильно свернутых белков.

[Существует множество теорий, касающихся причин болезни Паркинсона, кроме того, что представлено здесь. Многие из них можно найти в участке Википедии, посвященной причинам болезни Паркинсона .]

В отличие от этой первой группы расстройств, вторая группа вызвана преждевременной деградацией секреторных или мембранных белков. Таким образом, эти белки не могут быть развернуты в дистальных компартментах, как в случае муковисцидоза .

Эрад и ВИЧ

Как описано ранее, добавление полиубиквитиновых цепей в субстраты Erad имеет решающее значение для их экспорта. ВИЧ использует эффективный механизм для вывиха белка-хозяина с одним мембраном, CD4 , от ER и подчиняет его ERAD. Белок VPU ВИЧ-1 является белком на мембране ER и нацелен на недавно изготовленную CD4 в эндоплазматической ретикулуме для деградации цитозольными протеасомами. ^{[ 3 ]} VPU использует только часть процесса ERAD для ухудшения CD4. CD4 обычно является стабильным белком и вряд ли будет мишенью для ERAD. Тем не менее, ВИЧ продуцирует мембранный белок VPU , который связывается с CD4. Белок VPU в основном сохраняет CD4 в ER с помощью SCFβ-TRCP-зависимого убиквитинирования цитозольного хвоста и трансмембранного домена CD4. ^{[ 3 ]} CD4 GLY415 является участником взаимодействий CD4-VPU, несколько TMD-опосредованных механизмов с помощью ВПУ ВИЧ-1 необходимы для подавления CD4 и, таким образом, способствуют вирусному патогенезу. CD4, сохраняемый в ER, будет мишенью для варианта пути ERAD, а не в основном появляющимся на плазматической мембране без присутствия VPU по пути сброса. VPU опосредует удержание CD4 в ER и добавление деградации. Поскольку VPU фосфорилируется , он имитирует субстраты для комплекса E3 SCF ^βtrcpПолем В клетках, которые заражены ВИЧ, SCF ^βtrcp Взаимодействует с VPU и убиквитинирует CD4, который впоследствии разлагается протеасомой. Сам VPU выходит из деградации.

Вопросы

Большие открытые вопросы, связанные с Erad:

Как более конкретно распознаются неправильно свернутые белки?
Как подложки ERAD/люминальные субстраты и мембранные субстраты дифференцированы для ретротранслокации?
Ретротрансслокация консервативна через дрожжи к человеческой системе?
Каков канал для ретротранслокации белков Luminal ER?
Какая E3 -лигаза, наконец, помечает белки для протеасомной деградации? ^{[ Цитация необходима ]}

Смотрите также

Ссылки

^ Groisman B, Shenkman M, Ron E, LederkRemer GZ (январь 2011 г.). «Трудная обрезка необходима для доставки гликопротеина от EDEM1 до XTP3-B и для стадий деградации, ассоциированных с эндоплазматической ретикулумом» . Журнал биологической химии . 286 (2): 1292–300. doi : 10.1074/jbc.m110.154849 . PMC 3020737 . PMID 21062743 .
^ Groisman B, Avezov E, Leader GZ (сентябрь 2006 г.). «Убиквитиновые лигазы E3 HRD1 и SCFFBS2 распознают белковые фрагменты и сахарные цепи, соответственно, подложку, ассоциированного с ER,». Израильский журнал химии 46 (2): 189–96. doi : 10.1560/2QPD-9WP9-NCYK- 58x3
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Magadán JG, Pérez-Victoria FJ, Sougrat R, Ye Y, Strebel K, Bonifacino JS (апрель 2010 г.). «Многослойный механизм подавления CD4 с помощью ВПУ ВИЧ-1, включающего отдельные этапы удержания ER и нацеливание на эрад» . PLO -патогены . 6 (4): E1000869. doi : 10.1371/journal.ppat.1000869 . PMC 2861688 . PMID 20442859 .

Дальнейшее чтение

Magadán JG, Bonifacino JS (январь 2012 г.). «Трансмембранные детерминанты понижения CD4 с помощью ВПУ ВИЧ-1» . Журнал вирусологии . 86 (2): 757–72. doi : 10.1128/jvi.05933-11 . PMC 3255848 . PMID 22090097 .
Meusser B, Hirsch C, Jarosch E, Sommer T (август 2005 г.). «Эрад: долгий путь к разрушению». Природная клеточная биология . 7 (8): 766–72. doi : 10.1038/ncb0805-766 . PMID 16056268 . S2CID 6449806 .
Ding WX, Инь XM (февраль 2008 г.). «Сортировка, распознавание и активация неверных путей деградации белка с помощью макроавтофагии и протеасомы» . Аутофагия . 4 (2): 141–50. doi : 10.4161/auto.5190 . PMID 17986870 .
Vashist S, NG DT (апрель 2004 г.). «Невообразимые белки отсортируются с помощью последовательного механизма контроля качества ER» . Журнал клеточной биологии . 165 (1): 41–52. doi : 10.1083/jcb.200309132 . PMC 2172089 . PMID 15078901 .
Ruddock LW, Molinari M (ноябрь 2006 г.). «Обработка N-гликана в контроле качества ER» . Журнал сотовой науки . 119 (Pt 21): 4373–80. doi : 10.1242/jcs.03225 . PMID 17074831 .
Vembar SS, Brodsky JL (декабрь 2008 г.). «Один шаг за раз: эндоплазматическая ретикулума, связанная с деградацией» . Природные обзоры. Молекулярная клеточная биология . 9 (12): 944–57. doi : 10.1038/nrm2546 . PMC 2654601 . PMID 19002207 .
Benyair R, Ron E, LederkRemer GZ (декабрь 2011 г.). «Контроль, удержание и деградация белка в эндоплазматической ретикулуме». Международный обзор клеточной и молекулярной биологии . 292 : 197–280. doi : 10.1016/b978-0-12-386033-0.00005-0 . ISBN 9780123860330 Полем PMID 22078962 .

[pmid21062743-1] Groisman B, Shenkman M, Ron E, LederkRemer GZ (январь 2011 г.). «Трудная обрезка необходима для доставки гликопротеина от EDEM1 до XTP3-B и для стадий деградации, ассоциированных с эндоплазматической ретикулумом» . Журнал биологической химии . 286 (2): 1292–300. doi : 10.1074/jbc.m110.154849 . PMC 3020737 . PMID 21062743 .

[2] Groisman B, Avezov E, Leader GZ (сентябрь 2006 г.). «Убиквитиновые лигазы E3 HRD1 и SCFFBS2 распознают белковые фрагменты и сахарные цепи, соответственно, подложку, ассоциированного с ER,». Израильский журнал химии 46 (2): 189–96. doi : 10.1560/2QPD-9WP9-NCYK- 58x3

[Magadán_2010-3] Jump up to: ^а ^{беременный} Magadán JG, Pérez-Victoria FJ, Sougrat R, Ye Y, Strebel K, Bonifacino JS (апрель 2010 г.). «Многослойный механизм подавления CD4 с помощью ВПУ ВИЧ-1, включающего отдельные этапы удержания ER и нацеливание на эрад» . PLO -патогены . 6 (4): E1000869. doi : 10.1371/journal.ppat.1000869 . PMC 2861688 . PMID 20442859 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]