Proteasomes sind sehr große Protein-Komplexe innerhalb des ganzen eukaryotes und archaea, und in einigen Bakterien. In eukaryotes werden sie im Kern und dem Zytoplasma gelegen. Die Hauptfunktion des proteasome ist, nicht benötigte oder beschädigte Proteine durch proteolysis, eine chemische Reaktion zu erniedrigen, die peptide Obligationen bricht. Enzyme, die solche Reaktionen ausführen, werden genannt macht Spaß pro-. Proteasomes sind ein Teil eines Hauptmechanismus, durch den Zellen die Konzentration von besonderen Proteinen regeln und misfolded Proteine erniedrigen. Der Degradierungsprozess gibt peptides von ungefähr sieben bis acht Aminosäuren lange nach, die dann weiter in Aminosäuren erniedrigt und im Synthetisieren neuer Proteine verwendet werden können. Proteine werden für die Degradierung mit genanntem ubiquitin eines kleinen Proteins markiert. Die markierende Reaktion wird durch genannten ubiquitin von Enzymen ligases katalysiert. Sobald ein Protein mit einem einzelnen ubiquitin Molekül markiert wird, ist das ein Signal zu anderem ligases, um zusätzliche ubiquitin Moleküle beizufügen. Das Ergebnis ist eine polyubiquitin Kette, die durch den proteasome gebunden wird, ihm erlaubend, das markierte Protein zu erniedrigen.

In der Struktur ist der proteasome ein zylindrischer Komplex, der einen "Kern" von vier aufgeschoberten Ringen um eine Hauptpore enthält. Jeder Ring wird aus sieben individuellen Proteinen zusammengesetzt. Die inneren zwei Ringe werden aus sieben β Subeinheiten gemacht, die drei bis sieben enthalten, ziehen aktive Seiten pro-auf. Diese Seiten werden auf der Innenoberfläche der Ringe gelegen, so dass das Zielprotein in die Hauptpore eingehen muss, bevor es erniedrigt wird. Die zwei Außenringe jeder enthält sieben α Subeinheiten, deren Funktion ist, ein "Tor" aufrechtzuerhalten, durch das Proteine ins Barrel eingehen. Diese α Subeinheiten werden durch die Schwergängigkeit zu "Kappe"-Strukturen oder Durchführungspartikeln kontrolliert, die polyubiquitin Anhängsel anerkennen, die Protein-Substraten beigefügt sind, und den Degradierungsprozess beginnen. Das gesamte System von ubiquitination und proteasomal Degradierung ist als das ubiquitin-proteasome System bekannt.

Der proteasomal Degradierungspfad ist für viele Zellprozesse, einschließlich des Zellzyklus, der Regulierung des Genausdrucks und Antworten auf Oxidative-Betonung notwendig. Die Wichtigkeit von der proteolytic Degradierung innerhalb von Zellen und der Rolle von ubiquitin in proteolytic Pfaden wurde im Preis des 2004-Nobelpreises in der Chemie Aaron Ciechanover, Avram Hershko und Irwin Rose anerkannt.

Entdeckung

Vor der Entdeckung des ubiquitin proteasome System, wie man dachte, hat sich die Protein-Degradierung in Zellen hauptsächlich auf lysosomes, membranengebundenen organelles mit acidic verlassen und - gefülltes Innere Spaß pro-gemacht, das erniedrigen und dann exogenous Proteine und im Alter von oder beschädigter organelles wiederverwenden kann. Jedoch hat die Arbeit von Alfred Goldberg 1977 auf der ATP-abhängigen Protein-Degradierung in reticulocytes, die an lysosomes Mangel haben, die Anwesenheit eines zweiten intrazellulären Degradierungsmechanismus angedeutet. Wie man zeigte, wurde das 1978 aus mehreren verschiedenen Protein-Ketten zusammengesetzt, eine Neuheit darunter macht zurzeit Spaß pro-. Die spätere Arbeit an der Modifizierung von histones hat zur Identifizierung einer unerwarteten covalent Modifizierung des histone Proteins durch ein Band zwischen einer lysine Seitenkette des histone und dem C-Terminal glycine Rückstand von ubiquitin, ein Protein geführt, das keine bekannte Funktion hatte. Es wurde dann entdeckt, dass ein vorher identifiziertes Protein, das mit der proteolytic Degradierung vereinigt ist, die als ATP-abhängiger proteolysis Faktor 1 (APF-1) bekannt ist, dasselbe Protein wie ubiquitin war. Später wurde der ATP-abhängige proteolytic Komplex, der für die ubiquitin-abhängige Protein-Degradierung verantwortlich war, entdeckt und wurde die 26 proteasome genannt.

Viel von der frühen Arbeit, die bis zur Entdeckung des ubiquitin proteasome System führt, ist gegen Ende der 1970er Jahre und Anfang der 1980er Jahre an Technion im Laboratorium von Avram Hershko vorgekommen, wo Aaron Ciechanover als ein Student im Aufbaustudium gearbeitet hat. Das jahrelange Sabbatjahr von Hershko im Laboratorium von Irwin Rose am Fuchs-Verfolgungskrebs-Zentrum hat Schlüssel Begriffseinblicke gewährt, obwohl Rose später seine Rolle in der Entdeckung heruntergespielt hat. Die drei haben den 2004-Nobelpreis in der Chemie für ihre Arbeit im Entdecken dieses Systems geteilt.

Obwohl Elektronmikroskopie-Daten, die die Struktur des aufgeschoberten Rings des proteasome offenbaren, verfügbar Mitte der 1980er Jahre geworden sind, wurde die erste Struktur der proteasome Kernpartikel durch die Röntgenstrahl-Kristallographie bis 1994 nicht gelöst. Bezüglich 2006 ist keine Struktur der Kernpartikel im Komplex mit dem grössten Teil der Standardform der Durchführungskappe gelöst worden.

Struktur und Organisation

Auf die proteasome Teilelemente wird häufig durch ihren Ablagerungskoeffizienten von Svedberg verwiesen (hat S angezeigt). Der grösste Teil der Standardform des proteasome ist als die 26 proteasome bekannt, der ungefähr 2000 kilodaltons (kDa) in der molekularen Masse ist und eine Kernpartikel-Struktur der 20ER JAHRE und zwei 19 Durchführungskappen enthält. Der Kern ist hohl und stellt eine beiliegende Höhle zur Verfügung, in der Proteine erniedrigt werden; Öffnungen an den zwei Enden des Kerns erlauben dem Zielprotein hereinzugehen. Jedes Ende der Kernpartikel verkehrt mit 19 Durchführungssubeinheit, die vielfache ATPase aktive Seiten und ubiquitin verbindliche Seiten enthält; es ist diese Struktur, die polyubiquitinated Proteine anerkennt und sie dem katalytischen Kern überträgt. Eine alternative Form der Durchführungssubeinheit hat gerufen die 11-Partikel kann mit dem Kern auf im Wesentlichen dieselbe Weise wie die 19-Partikel verkehren; die 11 können eine Rolle in der Degradierung von ausländischem peptides wie diejenigen spielen, die nach Infektion durch ein Virus erzeugt sind.

Kernpartikel der 20ER JAHRE

Die Zahl und Ungleichheit von in der Kernpartikel der 20ER JAHRE enthaltenen Subeinheiten hängen vom Organismus ab; die Zahl von verschiedenen und spezialisierten Subeinheiten ist im mehrzellularen größer als einzellige Organismen und größere in eukaryotes als in prokaryotes. Alle Partikeln der 20ER JAHRE bestehen aus vier hat Heptameric-Ringstrukturen aufgeschobert, die selbst aus zwei verschiedenen Typen von Subeinheiten zusammengesetzt werden; α-Subeinheiten sind in der Natur strukturell, wohingegen β Subeinheiten vorherrschend katalytisch sind. Die zwei Außenringe im Stapel bestehen aus sieben α Subeinheiten jeder, die als dockende Gebiete für die Durchführungspartikeln dienen und die Alpha-SubeinheitsN-Endstationen ein Tor bilden, das ungeregelten Zugang von Substraten zur Innenhöhle blockiert. Die inneren zwei Ringe besteht jeder aus sieben β Subeinheiten und enthält das Pro-Aufziehen aktiver Seiten, die die proteolysis Reaktionen durchführen. Die Größe des proteasome wird relativ erhalten und ist ungefähr 150 Angströme (Å) durch 115 Å. Der Innenraum ist höchstens 53 Å breit, obwohl der Eingang so schmal sein kann wie 13 Å, darauf hinweisend, dass Substrat-Proteine mindestens teilweise entfaltet werden müssen, um hereinzugehen.

In archaea wie Thermoplasma acidophilum sind der ganze α und alle β Subeinheiten identisch, wohingegen eukaryotic proteasomes wie diejenigen in der Hefe sieben verschiedene Typen jeder Subeinheit enthalten. In Säugetieren sind die β1, β2, und β5 Subeinheiten katalytisch; obwohl sie einen allgemeinen Mechanismus teilen, haben sie drei verschiedene Substrat-Genauigkeit betrachtet chymotrypsin ähnlich, trypsin ähnlich, und peptidyl-glutamyl peptide-hydrolyzing (PHGH). Alternative β Formen hat β1i, β2i angezeigt, und β5i kann in hematopoietic Zellen als Antwort auf die Aussetzung von pro-entzündlichen Signalen wie cytokines, insbesondere Interferongamma ausgedrückt werden. Der mit diesen alternativen Subeinheiten gesammelte proteasome ist als der immunoproteasome bekannt, dessen Substrat-Genauigkeit hinsichtlich des normalen proteasome verändert wird.

19 Durchführungspartikel

Die 19-Partikel in eukaryotes besteht aus 19 individuellen Proteinen und ist in zwei Subbauteile, eine 10-Proteine-Basis teilbar, die direkt zum α Ring der Kernpartikel der 20ER JAHRE und einem 9-Proteine-Deckel bindet, wo polyubiquitin gebunden wird. Sechs der zehn Grundproteine sind ATPase Subeinheiten von der AAA Familie, und ein evolutionärer homolog dieser ATPases besteht in archaea, genannt PFANNE (Nucleotidase Proteasome-aktivierend). Die Vereinigung der 19 und Partikeln der 20ER JAHRE verlangt die Schwergängigkeit von ATP zu den 19 ATPase Subeinheiten, und ATP Hydrolyse ist für den gesammelten Komplex erforderlich, gefaltete und ubiquitinated Proteine zu erniedrigen. Bemerken Sie, dass nur der Schritt des sich entfaltenden Substrats Energie von der ATP Hydrolyse verlangt, während ATP-Schwergängigkeit allein alle anderen Schritte unterstützen kann, die für die Protein-Degradierung (z.B, komplizierter Zusammenbau, Tor-Öffnung, Versetzung und proteolysis) erforderlich sind. Tatsächlich unterstützt ATP, der zum ATPases allein bindet, die schnelle Degradierung von entfalteten Proteinen. Jedoch, während ATP Hydrolyse erforderlich ist, um sich nur zu entfalten, ist es noch nicht klar, ob diese Energie in der Kopplung von einigen dieser Schritte verwendet werden kann. Bezüglich 2011 ist der Atombau der 26 proteasome trotz massiver Anstrengungen nicht gelöst worden, so zu tun. Dennoch wird es im Allgemeinen verstanden, wie die 19-Partner damit und die Kernpartikel der 20ER JAHRE regeln. Tatsächlich binden die 19 und 11-Partikeln zu denselben Seiten in den α Ringen der Kernpartikel der 20ER JAHRE, obwohl sie jeder Tor veranlasst, das sich durch den verschiedenen Mechanismus öffnet.

Regulierung der 20ER JAHRE durch die 19

Die 19 Durchführungspartikel sind dafür verantwortlich, die 20ER JAHRE zu stimulieren, um Proteine zu erniedrigen. Eine primäre Funktion der 19 regelnder ATPases soll das Tor in den 20ER JAHREN öffnen, das den Zugang von Substraten in den Degradierungsraum blockiert. Der Mechanismus, durch den die proteasomal ATPase dieses Tor öffnen, ist kürzlich aufgehellt worden. Tor-Öffnung der 20ER JAHRE, und so Substrat-Degradierung, verlangen die C-Endstationen des proteasomal ATPases, der ein spezifisches Motiv (d. h., Motiv von HbYX) enthält. Die ATPases C-Endstationen binden in Taschen in der Spitze der 20ER JAHRE, und binden den ATPase Komplex zu den 20ER JAHREN proteolytic Komplex an, so sich der Substrat-Entfalten-Ausrüstung mit der Degradierungsmaschinerie der 20ER JAHRE anschließend. Die Schwergängigkeit dieser C-Endstationen in diese Taschen der 20ER JAHRE durch sich stimuliert Öffnung des Tors in den 20ER JAHREN auf die ziemlich gleiche Weise, wie ein "Schlüssel in einem Schloss" eine Tür öffnet. Der genaue Mechanismus, durch den dieser "Schlüssel in einem Schloss" Mechanismus-Funktionen strukturell aufgehellt worden ist.

11 Durchführungspartikel

DIE 20ER JAHRE proteasomes können auch mit einem zweiten Typ der Durchführungspartikel, die 11 Durchführungspartikel, eine heptameric Struktur verkehren, die keinen ATPases enthält und die Degradierung von kurzem peptides, aber nicht von ganzen Proteinen fördern kann. Es wird gewagt, dass das ist, weil der Komplex größere Substrate nicht entfalten kann. Diese Struktur ist auch bekannt als PA28 oder REG. Die Mechanismen, durch die es zur Kernpartikel durch die C-Endschwänze seiner Subeinheiten bindet und α-ring conformational veranlasst, ändern sich, um sich zu öffnen, das Tor der 20ER JAHRE deuten einen ähnlichen Mechanismus für die 19-Partikel an. Der Ausdruck der 11-Partikel wird durch das Interferongamma veranlasst und, ist in Verbindung mit dem immunoproteasome β Subeinheiten für die Generation von peptides verantwortlich, die zum histocompatibility Hauptkomplex binden.

Zusammenbau

Der Zusammenbau des proteasome ist ein komplizierter Prozess wegen der Zahl von Subeinheiten, die verkehren müssen, um einen aktiven Komplex zu bilden. Die β Subeinheiten werden mit dem N-Terminal "propeptides" synthetisiert, die während des Zusammenbaues der Partikel der 20ER JAHRE Übersetzungs-post modifiziert werden, um die proteolytic aktive Seite auszustellen. Die Partikel der 20ER JAHRE wird von zwei half-proteasomes gesammelt, von denen jeder aus einem sieben-membered einem sieben-membered α-Ring beigefügten Pro-β-Ring besteht. Die Vereinigung der β Ringe der zwei half-proteasomes löst threonine-abhängigen autolysis des propeptides aus, um die aktive Seite auszustellen. Diese β Wechselwirkungen werden hauptsächlich durch Salz-Brücken und hydrophobe Wechselwirkungen zwischen dem erhaltenen Alpha helices vermittelt, dessen Störung durch die Veränderung die Fähigkeit des proteasome beschädigt sich zu versammeln. Der Zusammenbau des half-proteasomes wird abwechselnd durch den Zusammenbau der α Subeinheiten in ihren Heptameric-Ring begonnen, eine Schablone für die Vereinigung des entsprechenden Pro-β-Rings bildend. Der Zusammenbau von α Subeinheiten ist nicht charakterisiert worden.

Im Allgemeinen ist weniger über den Zusammenbau und die Reifung der 19 Durchführungspartikeln bekannt. Wie man glaubt, versammeln sie sich als zwei verschiedene Teilelemente, Basis und den Ubiquitin-Erkennen-Deckel ATPase-enthaltend. Die sechs ATPases in der Basis können sich auf eine pairwise durch Wechselwirkungen der aufgerollten Rolle vermittelte Weise versammeln. Die Ordnung, in der die neunzehn Subeinheiten der Durchführungspartikel gebunden werden, ist ein wahrscheinlicher Durchführungsmechanismus, der Aussetzung der aktiven Seite verhindert, bevor Zusammenbau abgeschlossen ist.

Der Protein-Degradierungsprozess

Ubiquitylation und das Zielen

Proteine werden für die Degradierung durch den proteasome durch die covalent Modifizierung eines lysine Rückstands ins Visier genommen, der die koordinierten Reaktionen von drei Enzymen verlangt. Im ersten Schritt, ein Ubiquitin-Aktivieren-Enzym (bekannt als E1) hydrolyzes ATP und adenylylates ein ubiquitin Molekül. Das wird dann der E1's aktiven Seite cysteine Rückstand gemeinsam mit dem adenylylation eines zweiten ubiquitin übertragen. Dieser adenylylated ubiquitin wird dann einem cysteine eines zweiten Enzyms übertragen, Enzym (E2) ubiquitin-konjugierend. Im letzten Schritt erkennt ein Mitglied einer hoch verschiedenen Klasse von Enzymen bekannt als ubiquitin ligases (E3) das spezifische Protein an, ubiquitinated zu sein, und katalysiert die Übertragung von ubiquitin von E2 bis dieses Zielprotein. Ein Zielprotein muss mit mindestens vier ubiquitin monomers etikettiert werden (in der Form einer polyubiquitin Kette), bevor es durch den proteasome Deckel anerkannt wird. Es ist deshalb der E3, der Substrat-Genauigkeit zu diesem System zuteilt. Die Zahl von E1, E2 und E3 ausgedrückten Proteinen hängt vom Organismus- und Zelltyp ab, aber es gibt viele verschiedene E3 Enzym-Gegenwart in Menschen, anzeigend, dass es eine riesige Zahl von Zielen für den ubiquitin proteasome System gibt.

Der Mechanismus, durch den ein polyubiquitinated Protein zum proteasome ins Visier genommen wird, wird nicht völlig verstanden. Ubiquitin-Empfänger-Proteine haben ein N-Terminal ubiquitin ähnliches (UBL) Gebiet und ein oder mehr ubiquitin-verbundene (UBA) Gebiete. Die UBL Gebiete werden durch die 19 proteasome Kappen anerkannt, und die UBA Gebiete binden ubiquitin über Drei-Spiralen-Bündel. Diese Empfänger-Proteine können polyubiquitinated Proteine zum proteasome eskortieren, obwohl die Details dieser Wechselwirkung und seiner Regulierung unklar sind.

Das ubiquitin Protein selbst ist 76 Aminosäuren lange und wurde wegen seiner allgegenwärtigen Natur genannt, weil es eine hoch erhaltene Folge hat und insgesamt bekannte eukaryotic Organismen gefunden wird. Die Gene, die ubiquitin in eukaryotes verschlüsseln, werden in Tandem-Wiederholungen vielleicht wegen der schweren Abschrift-Anforderungen auf diesen Genen eingeordnet, um genug ubiquitin für die Zelle zu erzeugen. Es ist vorgeschlagen worden, dass ubiquitin das sich am langsamsten entwickelnde Protein identifiziert bis heute ist.

Sich entfaltend und Versetzung

Nachdem ein Protein ubiquitinated gewesen ist, wird es durch die 19 Durchführungspartikel in einem ATP-abhängigen verbindlichen Schritt anerkannt. Das Substrat-Protein muss dann ins Interieur der Partikel der 20ER JAHRE eingehen, um mit den proteolytic aktiven Seiten in Berührung zu kommen. Weil der Hauptkanal der Partikel der 20ER JAHRE schmal ist und gated durch die N-Endschwänze der α-Ringsubeinheiten, müssen die Substrate mindestens teilweise entfaltet werden, bevor sie in den Kern eingehen. Der Durchgang des entfalteten Substrats in den Kern wird Versetzung genannt und kommt notwendigerweise danach deubiquitination vor. Jedoch ist die Ordnung, in der Substrate deubiquitinated und entfaltet sind, noch nicht klar. Der dieser Prozesse der Rate beschränkende Schritt in der gesamten proteolysis Reaktion ist, hängt vom spezifischen Substrat ab; für einige Proteine ist der sich entfaltende Prozess Rate-Begrenzen, während deubiquitination der langsamste Schritt für andere Proteine ist. Das Ausmaß, in dem Substrate vor der Versetzung entfaltet werden müssen, ist nicht bekannt, aber wesentliche tertiäre Struktur, und in besonderen nichtlokalen Wechselwirkungen wie Disulfid-Obligationen, ist genügend, um Degradierung zu hemmen.

Das durch die α Subeinheiten gebildete Tor verhindert peptides länger als ungefähr vier Rückstände davon, ins Interieur der Partikel der 20ER JAHRE einzugehen. Die ATP Moleküle haben gebunden vor dem anfänglichen Anerkennungsschritt sind hydrolyzed vor der Versetzung. Während Energie für das sich entfaltende Substrat erforderlich ist, ist es für die Versetzung nicht erforderlich. Die gesammelten 26 proteasome können entfaltete Proteine in Gegenwart von einem non-hydrolyzable ATP Analogon erniedrigen, aber können gefaltete Proteine nicht erniedrigen, anzeigend, dass die Energie von der ATP Hydrolyse für das sich entfaltende Substrat verwendet wird. Der Durchgang des entfalteten Substrats durch das geöffnete Tor kommt über die erleichterte Verbreitung vor, wenn die 19-Kappe im ATP-bestimmten Staat ist.

Der Mechanismus, um sich von kugelförmigen Proteinen zu entfalten, ist notwendigerweise allgemein, aber von der Aminosäure-Folge etwas abhängig. Wie man gezeigt hat, haben lange Folgen, glycine und alanine abwechseln zu lassen, das Substrat-Entfalten gehemmt, das die Leistungsfähigkeit der proteasomal Degradierung vermindert; das läuft auf die Ausgabe teilweise erniedrigter Nebenprodukte, vielleicht wegen des Entkoppelns der ATP Hydrolyse und sich entfaltenden Schritte hinaus. Solche Glycine-Alanine-Wiederholungen werden auch in der Natur zum Beispiel im Seidenseidenfibroin gefunden; insbesondere bestimmte Virus-Genprodukte von Epstein-Barr, die diese Folge tragen, können den proteasome einstellen, dem Virus helfend, sich durch das Verhindern der Antigen-Präsentation auf dem histocompatibility Hauptkomplex fortzupflanzen.

Proteolysis

Der Mechanismus von proteolysis durch die β Subeinheiten der Kernpartikel der 20ER JAHRE ist durch einen threonine-abhängigen Nucleophilic-Angriff. Dieser Mechanismus kann von einem verbundenen Wassermolekül für die Deprotonierung des reaktiven threonine hydroxyl abhängen. Degradierung kommt innerhalb des Hauptraums vor, der von der Vereinigung der zwei β-Ringe gebildet ist, und veröffentlicht normalerweise teilweise erniedrigte Produkte nicht, stattdessen das Substrat auf kurzen polypeptides normalerweise 7-9 Rückstände lange reduzierend, obwohl sie sich von 4 bis 25 Rückständen abhängig vom Organismus und Substrat erstrecken können. Der biochemische Mechanismus, der Produktlänge bestimmt, wird nicht völlig charakterisiert. Obwohl die drei katalytischen β Subeinheiten einen allgemeinen Mechanismus haben, haben sie ein bisschen verschiedene Substrat-Genauigkeit, die chymotrypsin ähnlich, trypsin ähnlich, und peptidyl-glutamyl peptide-hydrolyzing (PHGH) artig betrachtet wird. Diese Schwankungen in der Genauigkeit sind das Ergebnis von Zwischenatomkontakten mit lokalen Rückständen in der Nähe von den aktiven Seiten jeder Subeinheit. Jede katalytische β Subeinheit besitzt auch einen erhaltenen lysine für proteolysis erforderlichen Rückstand.

Obwohl der proteasome normalerweise sehr kurze peptide Bruchstücke erzeugt, in einigen Fällen sind diese Produkte selbst biologisch aktive und funktionelle Moleküle. Bestimmte Abschrift-Faktoren, die den Ausdruck von spezifischen Genen, einschließlich eines Bestandteils des Säugetierkomplexes NF-κB regeln, werden als untätige Vorgänger synthetisiert, deren ubiquitination und nachfolgende proteasomal Degradierung sie zu einer aktiven Form umwandeln. Solche Tätigkeit verlangt, dass der proteasome das Substrat-Protein innerlich zerspaltet: anstatt processively das Vermindern davon von einer Endstation. Es ist darauf hingewiesen worden, dass lange Schleifen auf dem Oberflächenaufschlag dieser Proteine als die proteasomal Substrate und in die Haupthöhle eingehen, während die Mehrheit des Proteins draußen bleibt. Ähnliche Effekten sind in Hefe-Proteinen beobachtet worden; dieser Mechanismus der auswählenden Degradierung, ist wie geregelt, ubiquitin/proteasome Abhängiger bekannt, der (RUP) bearbeitet.

Ubiquitin-unabhängige Degradierung

Obwohl die meisten proteasomal Substrate ubiquitinated sein müssen, bevor sie erniedrigt werden, gibt es einige Ausnahmen zu dieser allgemeinen Regel besonders, wenn der proteasome eine normale Rolle in der Postübersetzungsverarbeitung des Proteins spielt. Die proteasomal Aktivierung von NF-κB durch die Verarbeitung p105 in p50 über inneren proteolysis ist ein Hauptbeispiel. Einige Proteine, die, wie man Hypothese aufstellt, wegen wirklich unstrukturierter Gebiete nicht stabil sind, werden auf eine ubiquitin-unabhängige Weise erniedrigt. Das wohl bekannteste Beispiel eines ubiquitin-unabhängigen proteasome Substrats ist das Enzym ornithine decarboxylase. Ubiquitin-unabhängige Mechanismen, die Schlüsselzellzyklus-Gangregler wie p53 ins Visier nehmen, sind auch berichtet worden, obwohl p53 auch der ubiquitin-abhängigen Degradierung unterworfen ist. Schließlich, strukturell anomal, sind misfolded, oder hoch oxidierte Proteine auch der ubiquitin-unabhängigen und mit dem 19 unabhängigen Degradierung unter Bedingungen der Zellbetonung unterworfen.

Evolution

Die 20ER JAHRE proteasome sind sowohl allgegenwärtig als auch in eukaryotes notwendig. Einige prokaryotes, einschließlich vieler archaea und der Bakterienordnung Actinomycetales teilen auch homologs der 20ER JAHRE proteasome, wohingegen die meisten Bakterien Hitzestoß-Gene hslV und hslU besitzen, dessen Genprodukte ein multimeric sind, machen eingeordnet in einem zwei-layered Ring und einem ATPase Spaß pro-. Wie man Hypothese aufgestellt hat, hat das hslV Protein dem wahrscheinlichen Vorfahren der 20ER JAHRE proteasome geähnelt. Im Allgemeinen ist HslV in Bakterien nicht notwendig, und nicht alle Bakterien besitzen es, wohingegen einige protists sowohl die 20ER JAHRE als auch die hslV Systeme besitzen.

Folge-Analyse weist darauf hin, dass die katalytischen β Subeinheiten früher in der Evolution abgewichen sind als die vorherrschend strukturellen α Subeinheiten. In Bakterien, die die 20ER JAHRE proteasome ausdrücken, haben die β Subeinheiten hohe Folge-Identität zu archaeal und eukaryotic β Subeinheiten, wohingegen die α Folge-Identität viel niedriger ist. Die Anwesenheit der 20ER JAHRE proteasomes in Bakterien kann sich aus seitlicher Genübertragung ergeben, während die Diversifikation von Subeinheiten unter eukaryotes vielfachen Genverdoppelungsereignissen zugeschrieben wird.

Zellzyklus-Kontrolle

Zellzyklus-Fortschritt wird von der bestellten Handlung von cyclin-abhängigem kinases (CDKs) kontrolliert, durch spezifische cyclins aktiviert, die Phasen des Zellzyklus abgrenzen. Mitotic cyclins, die auf der Zelle seit nur ein paar Minuten andauern, haben eine der kürzesten Lebensdauer aller intrazellulären Proteine. Nachdem ein CDK-cyclin Komplex seine Funktion durchgeführt hat, ist der verbundene cyclin polyubiquitinated und zerstört durch den proteasome, der directionality für den Zellzyklus zur Verfügung stellt. Insbesondere gehen Sie von mitosis ab verlangt die proteasome-abhängige Trennung des Durchführungsbestandteils cyclin B vom mitosis Förderung des Faktor-Komplexes. In Wirbelzellen kann "die Schlüpfrigkeit" durch den mitotic Kontrollpunkt, der zu FrühM Phase-Ausgang führt, trotz der Verzögerung dieses Ausgangs durch den Spindel-Kontrollpunkt vorkommen.

Frühere Zellzyklus-Kontrollpunkte wie Postbeschränkungspunkt-Kontrolle zwischen G Phase und S Phase schließen ähnlich proteasomal Degradierung von cyclin A ein, dessen ubiquitination durch die anaphase Förderung des Komplexes (APC), E3 ubiquitin ligase gefördert wird. Die APC und Skp1/Cul1/F-box Protein-Komplex (SCF Komplex) sind die zwei Schlüsselgangregler der cyclin Degradierung und Kontrollpunkt-Kontrolle; der SCF selbst wird durch den APC über ubiquitination des Adapter-Proteins, Skp2 geregelt, der SCF Tätigkeit vor dem G1-S Übergang verhindert.

Individuelle Bestandteile der 19-Partikel haben ihre eigenen Durchführungsrollen. Gankyrin, ein kürzlich identifizierter oncoprotein, ist eines der 19-Teilelemente, das auch dicht den cyclin-abhängigen kinase CDK4 bindet und eine Schlüsselrolle im Erkennen ubiquitinated p53, über seine Sympathie für den ubiquitin ligase MDM2 spielt. Gankyrin ist anti-apoptotic und ist gezeigt worden, in einigen Geschwulst-Zelltypen wie Hepatocellular-Krebsgeschwür überausgedrückt zu werden.

Regulation des Pflanzenwachstums

In Werken, durch auxins oder phytohormones signalisierend, die die Richtung und tropism des Pflanzenwachstums bestellen, veranlasst das Zielen einer Klasse des Abschrift-Faktors repressors bekannt als Aux/IAA Proteine für die proteasomal Degradierung. Diese Proteine sind ubiquitinated durch SCFTIR1 oder SCF im Komplex mit dem auxin Empfänger TIR1. Die Degradierung von Aux/IAA Proteinen derepresses Abschrift-Faktoren in der Familie des Auxin-Ansprechfaktors (ARF) und veranlasst GeARF-leiteten Genausdruck. Die Zellfolgen der ARF Aktivierung hängen vom Pflanzentyp und der Entwicklungsbühne ab, aber werden an der Richtung des Wachstums in Wurzeln und Blatt-Adern beteiligt. Wie man denkt, wird die spezifische Antwort auf ARF derepression durch die Genauigkeit in der Paarung von individuellem ARF und Aux/IAA Proteinen vermittelt.

Apoptosis

Sowohl innere als auch äußerliche Signale können zur Induktion von apoptosis oder programmiertem Zelltod führen. Der resultierende deconstruction von Zellbestandteilen wird in erster Linie durch den spezialisierten ausgeführt macht bekannt als caspases Spaß pro-, aber der proteasome spielt auch wichtige und verschiedene Rollen im Apoptotic-Prozess. Die Beteiligung des proteasome in diesem Prozess wird sowohl durch die Zunahme im Protein ubiquitination angezeigt, als auch E1, wie man auch beobachtet hat, haben E2 und E3 Enzyme, der lange im Voraus apoptosis, Während apoptosis, proteasomes lokalisiert zum Kern beobachtet wird, zur Außenmembran blebs Eigenschaft von apoptosis verlagert.

Hemmung von Proteasome hat verschiedene Effekten auf die apoptosis Induktion in verschiedenen Zelltypen. Im Allgemeinen ist der proteasome für apoptosis nicht erforderlich, obwohl das Hemmen davon pro-apoptotic in den meisten Zelltypen ist, die studiert worden sind. Apoptosis wird durch die Unterbrechung der geregelten Degradierung von Pro-Wachstums-Zellzyklus-Proteinen vermittelt. Jedoch werden einige Zelllinien — insbesondere primäre Kulturen von ruhigen und unterschiedenen Zellen wie thymocytes und Neurone — gehindert, apoptosis auf der Aussetzung von proteasome Hemmstoffen zu erleben. Der Mechanismus für diese Wirkung ist nicht klar, aber wird Hypothese aufgestellt, zu Zellen in Ruhezuständen spezifisch zu sein, oder sich aus der Differenzialtätigkeit des pro-apoptotic kinase JNK zu ergeben. Die Fähigkeit von proteasome Hemmstoffen, apoptosis in sich schnell teilenden Zellen zu veranlassen, ist in mehreren kürzlich entwickelten Chemotherapie-Agenten wie bortezomib ausgenutzt worden und.

Antwort auf Zellbetonung

Als Antwort auf Zellbetonungen - wie Infektion, heizen Sie Stoß, oder Oxidative-Schaden - Hitzestoß-Proteine, die misfolded oder entfaltete Proteine identifizieren und sie für die proteasomal Degradierung ins Visier nehmen, werden ausgedrückt. Sowohl Hsp27 als auch Hsp90 — Anstandsdame-Proteine sind in die Erhöhung der Tätigkeit des ubiquitin-proteasome Systems hineingezogen worden, obwohl sie nicht direkte Teilnehmer im Prozess sind. Hsp70 bindet andererseits ausgestellte hydrophobe Flecke auf der Oberfläche von misfolded Proteinen und rekrutiert E3 ubiquitin ligases wie SPAN, um die Proteine für die proteasomal Degradierung zu markieren. Das SPAN-Protein (carboxyl Endstation des Hsp70-aufeinander-wirkenden Proteins) wird selbst über die Hemmung von Wechselwirkungen zwischen dem E3 Enzym-SPAN und seinem E2-Schwergängigkeitspartner geregelt.

Ähnliche Mechanismen bestehen, um die Degradierung von beschädigten Proteinen von oxidatively über das proteasome System zu fördern. Insbesondere proteasomes lokalisiert zum Kern werden durch PARP geregelt und erniedrigen aktiv unpassend oxidierten histones. Oxidierte Proteine, die häufig große amorphe Anhäufungen in der Zelle bilden, können direkt durch die Kernpartikel der 20ER JAHRE ohne die 19 Durchführungskappe erniedrigt werden und verlangen ATP Hydrolyse nicht oder mit ubiquitin markierend. Jedoch, hohe Niveaus des Oxidative-Schadens vergrößert den Grad der Quer-Verbindung zwischen Protein-Bruchstücken, die gegen proteolysis widerstandsfähigen Anhäufungen machend. Größere Zahlen und Größen solcher hoch oxidierten Anhäufungen werden mit dem Altern vereinigt.

Dysregulation des ubiquitin proteasome System kann zu mehreren Nervenkrankheiten beitragen. Es kann zu Gehirngeschwülsten wie astrocytomas führen. In etwas vom späten Anfall neurodegenerative Krankheiten, die Ansammlung von misfolded Proteinen als ein gemeinsames Merkmal, wie die Parkinsonsche Krankheit und Alzheimerkrankheit teilen, können sich große unlösliche Anhäufungen von misfolded Proteinen formen und dann auf neurotoxicity durch Mechanismen hinauslaufen, die noch nicht gut verstanden werden. Verminderte proteasome Tätigkeit ist als eine Ursache der Ansammlung und Körperbildung von Lewy in Parkinson angedeutet worden. Diese Hypothese wird durch die Beobachtung unterstützt, dass Hefe-Modelle von Parkinson gegen die Giftigkeit von α-synuclein, dem Hauptprotein-Bestandteil von Körpern von Lewy unter Bedingungen der niedrigen proteasome Tätigkeit empfindlicher sind. Verschlechterte proteasomal Tätigkeit kann kognitiven Unordnungen wie die Autismus-Spektrum-Unordnungen und Muskel- und Nervenkrankheiten wie Einschließungskörper myopathy unterliegen.

Rolle im Immunsystem

Der proteasome spielt eine aufrichtige, aber kritische Rolle in der Funktion des anpassungsfähigen Immunsystems. Antigene von Peptide werden durch die größere histocompatibility komplizierte Klasse I (MHC) Proteine auf der Oberfläche von Antigen präsentierenden Zellen gezeigt. Diese peptides sind Produkte der proteasomal Degradierung von Proteinen, die durch das Eindringen pathogen hervorgebracht sind. Obwohl bestimmend ausgedrückt, kann proteasomes an diesem Prozess, ein Spezialkomplex teilnehmen, der aus Proteinen zusammengesetzt ist, deren Ausdruck durch das Interferongamma veranlasst wird, erzeugt peptides der optimalen Größe und Zusammensetzung für die MHC-Schwergängigkeit. Diese Proteine, deren Ausdruck-Zunahmen während der geschützten Antwort die 11 Durchführungspartikel einschließen, deren biologische bekannte Hauptrolle die Produktion von MHC ligands und spezialisierten β Subeinheiten regelt, haben β1i, β2i, und β5i mit der veränderten Substrat-Genauigkeit genannt. Der mit den β Spezialsubeinheiten gebildete Komplex ist als der immunoproteasome bekannt. Eine andere β5i verschiedene Subeinheit, β5t, wird im Thymus ausgedrückt, zu einem mit dem Thymus spezifischen "thymoproteasome" führend, dessen Funktion bis jetzt unklar ist.

Die Kraft der MHC Klasse, die ich Ligand-Schwergängigkeit ist von der Zusammensetzung der ligand C-Endstation, als peptides abhängig, durch das Wasserstoffabbinden und durch nahe Kontakte mit einem Gebiet binde, hat "B Tasche" auf der MHC-Oberfläche gerufen. Viele MHC Allele der Klasse I bevorzugen hydrophobe C-Endrückstände, und der immunoproteasome Komplex wird mit größerer Wahrscheinlichkeit hydrophobe C-Endstationen erzeugen.

Wegen seiner Rolle im Erzeugen der aktivierten Form von NF-κB, einem anti-apoptotic und pro-entzündlichem Gangregler des cytokine Ausdrucks, proteasomal Tätigkeit ist mit entzündlichen und autogeschützten Krankheiten verbunden worden. Vergrößerte Niveaus der proteasome Tätigkeit entsprechen der Krankheitstätigkeit und sind in autogeschützte Krankheiten einschließlich systemischen lupus erythematosus und rheumatische Arthritis hineingezogen worden.

Der proteasome wird auch an Intrazellulärem Antikörper-vermitteltem proteolysis gebundenen virions des Antikörpers beteiligt. In diesem neutralisation Pfad verpflichtet TRIM21 (ein Protein der Dreiermotiv-Familie) mit immunoglobulin G, den virion zum proteasome zu leiten, wo es erniedrigt wird.

Hemmstoffe von Proteasome

Hemmstoffe von Proteasome haben wirksame Antigeschwulst-Tätigkeit in der Zellkultur, apoptosis durch die Unterbrechung der geregelten Degradierung von Pro-Wachstums-Zellzyklus-Proteinen veranlassend. Diese Annäherung, auswählend apoptosis in Geschwulst-Zellen zu veranlassen, hat sich wirksam in Tiermodellen und menschlichen Proben erwiesen. Bortezomib, ein Molekül, das durch Millennium-Arzneimittel entwickelt ist und als Velcade auf den Markt gebracht ist, ist der erste proteasome Hemmstoff, um klinischen Gebrauch als ein Chemotherapie-Agent zu erreichen. Bortezomib wird in der Behandlung von vielfachem myeloma verwendet. Namentlich, wie man beobachtet hat, ist vielfacher myeloma auf vergrößerte proteasome Niveaus auf das Blutserum hinausgelaufen, die zu normalen Niveaus als Antwort auf erfolgreiche Chemotherapie abnehmen. Studien in Tieren haben angezeigt, dass bortezomib auch klinisch bedeutende Effekten in Bauchspeicheldrüsenkrebs haben kann. Vorklinische und frühe klinische Studien sind angefangen worden, um die Wirksamkeit von bortezomib im Behandeln anderer B-cell-related Krebse, besonders einige Typen des lymphoma von non-Hodgkin zu untersuchen.

Das Molekül ritonavir, auf den Markt gebracht als Norvir, wurde als ein pro-aufziehen Hemmstoff entwickelt und verwendet, um HIV-Infektion ins Visier zu nehmen. Jedoch, wie man gezeigt hat, hat es proteasomes gehemmt, sowie frei macht Spaß pro-; um spezifisch zu sein, wird die chymotrypsin ähnliche Tätigkeit des proteasome durch ritonavir gehemmt, während die trypsin ähnliche Tätigkeit etwas erhöht wird. Studien in Tiermodellen weisen darauf hin, dass ritonavir hemmende Effekten auf das Wachstum von glioma Zellen haben kann.

Hemmstoffe von Proteasome haben auch Versprechung im Behandeln autogeschützter Krankheiten in Tiermodellen gezeigt. Zum Beispiel haben Studien in Mäusen, die menschliche Hautpfropfreiser ertragen, die Verminderung der Größe von Verletzungen von der Schuppenflechte-Nachbearbeitung mit einem proteasome Hemmstoff gefunden. Hemmstoffe zeigen auch positive Effekten in Nagemodellen des Asthmas.

Das Beschriften und Hemmung des proteasome ist auch in Laboreinstellungen sowohl für in vitro als auch in der vivo Studie der proteasomal Tätigkeit in Zellen von Interesse. Die meistens verwendeten Laborhemmstoffe sind lactacystin, ein natürliches Produkt, das von Bakterien von Streptomyces und peptide MG132 synthetisiert ist. Leuchtstoffhemmstoffe sind auch entwickelt worden, um die aktiven Seiten des gesammelten proteasome spezifisch zu etikettieren.

Siehe auch

• Die Proteolysis-Karte
• Exosome
• Endoplasmic reticulum-verbundene Protein-Degradierung

Links

• Die Hefe-26 Proteasome mit der Liste von Subeinheiten und Bildern