Ubiquitin ist ein kleines Durchführungsprotein, das in fast allen Geweben von eukaryotic Organismen gefunden worden ist. Unter anderen Funktionen leitet es Protein-Wiederverwertung.

Ubiquitin kann Proteinen beigefügt werden und sie für die Zerstörung etikettieren. Das ubiquitin Anhängsel leitet Proteine zum proteasome, der ein großer Protein-Komplex in der Zelle ist, die erniedrigt und nicht benötigte Proteine wiederverwendet. Diese Entdeckung hat den Nobelpreis für die Chemie 2004 gewonnen.

Anhängsel von Ubiquitin können auch Proteine zu anderen Positionen in der Zelle leiten, wo sie anderes Protein und Zellmechanismen kontrollieren.

Identifizierung

Ubiquitin (ursprünglich, allgegenwärtiger immunopoietic polypeptide) wurde zuerst 1975 als ein 8.5-kDa Protein der unbekannten in allen eukaryotic Zellen ausgedrückten Funktion identifiziert. Die grundlegenden Funktionen von ubiquitin und die Bestandteile des ubiquitination Pfads wurden am Anfang der 1980er Jahre in der Groundbreaking-Arbeit aufgehellt, die am Zentrum von Fox Chase Cancer von Aaron Ciechanover, Avram Hershko und Irwin Rose durchgeführt ist, für den der Nobelpreis in der Chemie 2004 zuerkannt wurde.

Das ubiquitylation System wurde als eine ATP-abhängige proteolytic Systemgegenwart in Zellextrakten am Anfang charakterisiert. Wie man fand, ist eine hitzestabile Polypeptide-Gegenwart in diesen Extrakten, ATP-abhängiger proteolysis Faktor 1 (APF-1), covalently geworden, der dem Musterprotein-Substrat lysozyme in einem ATP- und vom Mg abhängigem Prozess beigefügt ist. Vielfache APF-1 Moleküle wurden mit einem einzelnen Substrat-Molekül durch eine isopeptide Verbindung verbunden, und paart sich wurden gefunden, mit der Ausgabe von freiem APF-1 schnell erniedrigt zu werden. Bald danach APF-1-protein Konjugation wurde charakterisiert, APF-1 wurde als ubiquitin identifiziert. Die carboxyl Gruppe des C-Terminals glycine Rückstand von ubiquitin (Gly76) wurde als die Hälfte identifiziert, die zum Substrat lysine Rückstände konjugiert ist.

Das Protein

Ubiquitin ist ein kleines Protein, das in allen eukaryotic Zellen besteht. Es führt seine unzähligen Funktionen durch die Konjugation zu einer großen Reihe von Zielproteinen durch. Eine Vielfalt von verschiedenen Modifizierungen kann vorkommen. Das ubiquitin Protein selbst besteht aus 76 Aminosäuren und hat eine molekulare Masse von ungefähr 8.5 kDa. Hauptmerkmale schließen seinen C-Endschwanz und die 7 lysine Rückstände ein. Es wird unter eukaryotic Arten hoch erhalten: Mensch und Hefe ubiquitin teilen 96-%-Folge-Identität. Die menschliche ubiquitin Folge im einstelligen Code (lysine Rückstände im kühnen):

Gene

Ubiquitin wird in Säugetieren durch 4 verschiedene Gene verschlüsselt. UBA52 und RPS27A Gene codieren für eine einzelne Kopie von zu den ribosomal Proteinen verschmolzenem ubiquitin L40 und S27a beziehungsweise. Der UBB und die UBC Gene codieren für polyubiquitin Vorgänger-Proteine.

Ursprünge

Wie man

bekannt, bestehen kein ubiquitin und ubiquitination Maschinerie in prokaryotes. Jedoch, wie man glaubt, ist ubiquitin von prokaryotic Proteinen hinuntergestiegen, die ThiS oder MoaD ähnlich sind. Diese prokaryotic Proteine, trotz, wenig Folge-Identität zu haben (Hat ThiS 14-%-Identität zu ubiquitin), teilen dieselbe Protein-Falte. Diese Proteine teilen auch Schwefel-Chemie mit ubiquitin. MoaD, der an Molybdän cofactor Biosynthese beteiligt wird, wirkt mit MoeB aufeinander, der wie ein E1-Ubiquitin-Aktivieren-Enzym für MoaD handelt, die Verbindung zwischen diesen prokaryotic Proteinen und dem ubiquitin System stärkend. Ein ähnliches System besteht für ThiS, mit seinem E1 ähnlichen Enzym ThiF. Es wird auch geglaubt, dass das Protein von Saccharomyces cerevisiae Urm-1, ein ubiquitin-zusammenhängender Modifikator, ist ein "molekulares Fossil", das die Entwicklungsbeziehung mit den prokaryotic ubiquitin ähnlichen Molekülen und ubiquitin verbindet.

Ubiquitination (ubiquitylation)

Ubiquitination ist ein enzymatischer, Protein-Prozess der Postübersetzungsmodifizierung (PTM), in dem die carboxylic Säure des Terminals glycine vom di-glycine Motiv im aktivierten ubiquitin ein amide Band zum Epsilon-Amin des lysine im modifizierten Protein bildet.

Der Prozess, ein Protein mit ubiquitin (ubiquitylation oder ubiquitination) zu kennzeichnen, besteht aus einer Reihe von Schritten:

1. Aktivierung von ubiquitin: Ubiquitin wird in einer Zweipunktreaktion durch ein E1-Ubiquitin-Aktivieren-Enzym in einem Prozess aktiviert, der ATP als eine Energiequelle verlangt. Der anfängliche Schritt schließt Produktion eines ubiquitin-adenylate Zwischengliedes ein. Der zweite Schritt überträgt ubiquitin der E1 aktiven Seite cysteine Rückstand mit der Ausgabe des AMPERES. Dieser Schritt läuft auf eine thioester Verbindung zwischen dem C-Terminal carboxyl Gruppe von ubiquitin und E1 cysteine sulfhydryl Gruppe hinaus.
2. Übertragung von ubiquitin von E1 bis die aktive Seite cysteine eines sich ubiquitin-paarenden Enzyms E2 über einen trans (thio) Esterifizierungsreaktion. Säugetiergenome enthalten 30-40 UBCs.
3. Der Endschritt der Ubiquitylation-Kaskade schafft ein isopeptide Band zwischen einem lysine des Zielproteins und dem C-Terminal glycine von ubiquitin. Im Allgemeinen verlangt dieser Schritt die Tätigkeit von einem der Hunderte vom E3 Ubiquitin-Protein ligases (häufig genannt einfach ubiquitin ligase). E3 Enzyme fungieren als die Substrat-Anerkennungsmodule des Systems und sind zur Wechselwirkung sowohl mit E2 als auch mit Substrat fähig.

In der Ubiquitination-Kaskade kann E1 mit Dutzenden von E2s binden, der mit Hunderten von E3s auf eine hierarchische Weise binden kann. Andere ubiquitin ähnliche Proteine (ULPs) werden auch über die E1-E2-E3-Kaskade modifiziert.

E3

E3 Enzyme besitzen eines von zwei Gebieten:

• Der HECT (Homolog der E6-AP Carboxyl Terminus) Gebiet
• Der RING (Wirklich Interessantes Neues Gen) Gebiet (oder das nah zusammenhängende U-Kasten-Gebiet)

Übertragung kann auf zwei Weisen vorkommen:

• Direkt von E2, der durch das RING-Gebiet E3s katalysiert ist.
• Über ein E3 Enzym, das durch das HECT Gebiet E3s katalysiert ist. In diesem Fall wird ein covalent E3-ubiquitin Zwischenglied vor der Übertragung von ubiquitin zum Substrat-Protein gebildet.

Die Anaphase-Förderung des Komplexes (APC) und der SCF Komplex (für Skp1 Cullin F Kasten-Protein-Komplex) sind zwei Beispiele der Mehrsubeinheit E3s, der an der Anerkennung und ubiquitination von spezifischen Zielproteinen für die Degradierung durch den proteasome beteiligt ist.

Funktion und Vielfalt von ubiquitin Modifizierungen

Die folgende Hinzufügung einer einzelnen ubiquitin Hälfte zu einem Protein-Substrat (monoubiquitination), weiter ubiquitin Moleküle kann zum ersten hinzugefügt werden, eine polyubiquitin Kette nachgebend. Außerdem werden einige Substrate durch die Hinzufügung von ubiquitin Molekülen zu vielfachen lysine Rückständen in genanntem multiubiquitination eines Prozesses modifiziert. Wie besprochen, besitzt ubiquitin insgesamt 7 lysine Rückstände. Historisch war der ursprüngliche Typ von ubiquitin identifizierten Ketten diejenigen, die über lysine 48 verbunden sind. Jedoch hat neuere Arbeit ein großes Angebot an Verbindungen aufgedeckt, die mit allen möglichen lysine Rückständen und außerdem Ketten verbunden sind, die auf der N-Endstation eines ubiquitin Moleküls ("geradlinige Ketten") gesammelt sind. 2007 veröffentlichte Arbeit hat die Bildung von verzweigten ubiquitin Ketten demonstriert, die vielfache Verbindungstypen enthalten. "Atypisch" (non-lysine 48 verbunden) ubiquitin Ketten sind in einer Rezension von Ikeda & Dikic besprochen worden.

Das ubiquitination System fungiert in einem großen Angebot an Zellprozessen, einschließlich:

• Antigen, das in einer Prozession geht
• Apoptosis
• Biogenese von organelles
• Zellzyklus und Abteilung
• DNA-Abschrift und Reparatur
• Unterscheidung und Entwicklung
• Geschützte Antwort und Entzündung
• Nerven- und Muskelentartung
• Morphogenesis von Nervennetzen
• Modulation von Zelloberflächenempfängern, Ion-Kanälen und dem sekretorischen Pfad
• Antwort auf Betonung und extracellular Modulatoren
• Biogenese von Ribosome
• Vireninfektion

Lysine hat Ketten verbunden

Die am meisten studierten polyubiquitin Ketten - lysine48-verbunden - nehmen Proteine für die Zerstörung, einen Prozess bekannt als proteolysis ins Visier. Mindestens vier ubiquitin Moleküle müssen lysine Rückständen auf dem verurteilten Protein in der Größenordnung davon beigefügt werden, um durch die 26 erkannt zu werden. Lysine 63 verbundene Ketten leiten die Lokalisierung von Proteinen. Monoubiquitylation von Proteinen nimmt auch die Lokalisierung von Proteinen-proteasome ins Visier. Der proteasome ist eine komplizierte, barrelgeformte Struktur mit zwei Räumen, innerhalb deren proteolysis vorkommt. Proteine werden in kleinen peptides (gewöhnlich 3-24 Aminosäure-Rückstände in der Länge) schnell erniedrigt. Moleküle von Ubiquitin werden vom Protein sofort vor der Zerstörung zerspaltet und werden für den weiteren Gebrauch wiederverwandt. Obwohl die Mehrheit von proteasomal Substraten ubiquitinated ist, gibt es Beispiele von non-ubiquitinated zum proteasome ins Visier genommenen Proteinen.

Monoubiquitination

Ubiquitin kann auch transmembrane Proteine (zum Beispiel, Empfänger) für die Eliminierung von Membranen kennzeichnen und mehrere Signalrollen innerhalb der Zelle erfüllen. Zelloberfläche transmembrane Moleküle, die mit ubiquitin markiert werden, ist häufig monoubiquitinated, und diese Modifizierung verändert die Subzelllokalisierung des Proteins, häufig das Protein für die Zerstörung in lysosomes ins Visier nehmend.

Histones sind gewöhnlich monoubiquitinated und vereinigt mit der Nachrichtenübermittlung oder Strukturmarkierung.

Andere Kettentypen

Ubiquitin hat sieben lysine Rückstände, die als Punkte von polyubiquitylation dienen können, sind sie; K48, K63, K6, K11, K27, K29 und K33. Diese verschiedenen Verbindungen können einzigartige Signale definieren, die durch ubiquitin-verbindliche Proteine anerkannt werden, die Ubiquitin haben, der Motive (UIMs) aufeinander wirkt, die zu ubiquitin binden. Es wird gedacht, dass die verschiedenen Verbindungen durch Proteine anerkannt werden, die für die einzigartigen Topologien spezifisch sind, die zur Verbindung inner sind. Ein Beispiel, ist die K63 Verbindung, die, wie man bekannt, an der DNA-Schaden-Anerkennung von DNA-Brechungen des doppelten Ufers beteiligt wird. Die K63 Verbindung scheint, auf H2AX histone vom Paar von E2/E3 ligase Ubc13-Mms2/RNF168 gelegt zu werden. Diese K63 Kette scheint, RAP80 zu rekrutieren, der einen UIM enthält, und RAP80 dann hilft, BRCA1 zu lokalisieren. Dieser Pfad wird schließlich die notwendigen Proteine für die Homologe Wiederkombinationsreparatur rekrutieren.

Krankheitsvereinigungen

Pathogenesis

Der ubiquitin Pfad ist in den pathogenesis von mehreren Krankheiten und genetischen Unordnungen hineingezogen worden:

• Unordnungen von Neurodegenerative: Abschrift-Varianten, die verschiedenen isoforms von ubiquilin-1 verschlüsseln, werden in Verletzungen gefunden, die mit Alzheimer und die Parkinsonsche Krankheit vereinigt sind. Wie man gezeigt hat, haben höhere Niveaus von ubiquilin im Gehirn Missbildung des Amyloid-Vorgänger-Proteins (APP) vermindert, das eine Schlüsselrolle im Auslösen der Alzheimerkrankheit spielt. Conversly, niedrigere Ebenen von ubiquilin-1 im Gehirn sind mit der vergrößerten Missbildung von APP vereinigt worden. Eine frameshift Veränderung in ubiquitin B kann auf einen gestutzten peptide Vermisste des C-Terminals glycine hinauslaufen. Wie man gezeigt hat, hat dieser anomale peptide, bekannt als UBB+1, auswählend in Alzheimerkrankheit und anderem tauopathies angewachsen.
• Syndrom von Angelman wird durch eine Störung von UBE3A verursacht, der einen ubiquitin ligase (E3) verschlüsselt, hat Enzym E6-AP genannt.
• Syndrom von Von Hippel-Lindau schließt Störung von ubiquitin E3 ligase ein hat das VHL Geschwulst-Entstörgerät oder VHL Gen genannt.
• Anämie von Fanconi: Acht der dreizehn identifizierten Gene, deren Störung diese Krankheit verursachen kann, verschlüsseln Proteine, die einen großen ubiquitin ligase (E3) Komplex bilden.
• 3-M-Syndrom ist eine autosomal-rückläufige Wachstumszurückgebliebenheitsunordnung, die mit Veränderungen des Cullin7 E3 ubiquitin ligase vereinigt ist.

Diagnostischer Gebrauch

Immunohistochemistry mit Antikörpern an ubiquitin kann anomale Anhäufungen dieses Proteins innerhalb von Zellen identifizieren, einen Krankheitsprozess anzeigend. Diese Protein-Anhäufungen werden Einschließungskörper genannt (der ein allgemeiner Begriff für jede mikroskopisch sichtbare Sammlung des anomalen Materials in einer Zelle ist). Beispiele schließen ein:

• Neurofibrillary verheddert sich in Alzheimerkrankheit
• Körper von Lewy in der Parkinsonschen Krankheit
• Picken Sie Körper in der Krankheit der Auswahl auf
• Einschließungen in Motorneuron-Krankheit und die Krankheit von Huntington
• Körper von Mallory in alkoholischer Leber-Krankheit
• Fasern von Rosenthal in astrocytes

Ubiquitin ähnliche Modifikatoren

Obwohl ubiquitin der am meisten gut verstandene Postübersetzungsmodifikator ist, gibt es eine wachsende Familie von ubiquitin ähnlichen Proteinen (UBLs), die Zellziele in einem Pfad modifizieren, der dazu parallel, aber von, dieser von ubiquitin verschieden ist. Bekannte UBLs schließen ein: Kleiner ubiquitin ähnlicher Modifikator (SUMO), ubiquitin quer-reaktives Protein (UCRP, auch bekannt als interferonstimuliertes Gen 15 ISG15), ubiquitin-zusammenhängender Modifikator 1 (URM1), neuronal Vorgänger-Zelle ausgedrückt Entwicklungs-downregulated Protein 8 (NEDD8, auch genannt Rub1 in S. cerevisiae), menschliches Leukozyt-Antigen F-associated (FAT10), autophagy-8 (ATG8) und-12 (ATG12), Fau ubiquitin ähnliches Protein (FUB1), MUB (membranenverankerter UBL), ubiquitin fold-modifier-1 (UFM1) und ubiquitin ähnliches Protein 5 (UBL5, der nur als homolog zu ubiquitin-1 [Hub1] in S. pombe bekannt ist). Während diese Proteine nur bescheidene primäre Folge-Identität mit ubiquitin teilen, sind sie nah dreidimensional verbunden. Zum Beispiel teilt SUMO nur 18 % Folge-Identität, aber enthalten Sie dieselbe Strukturfalte. Diese Falte wird "ubiquitin Falte" genannt oder manchmal Ubiquiton-Falte genannt. FAT10 und UCRP enthalten zwei. Diese kugelförmige Kompaktfalte des Beta-Griffs wird in ubiquitin, UBLs und Proteinen gefunden, die ein ubiquitin ähnliches Gebiet z.B der S. cerevisiae Spindel-Pol-Körperverdoppelungsprotein, Dsk2, und NER Protein, Rad23 umfassen, beide enthalten N-Terminal ubiquitin Gebiete.

Diese zusammenhängenden Moleküle haben neuartige Funktionen und beeinflussen verschiedene biologische Prozesse. Es gibt auch Quer-Regulierung zwischen den verschiedenen Konjugationspfaden, da einige Proteine modifiziert durch mehr als einen UBL, und manchmal sogar an demselben lysine Rückstand werden können. Zum Beispiel handelt SUMO Modifizierung häufig gegnerisch zu diesem von ubiquitination und dient, um Protein-Substrate zu stabilisieren. Zu UBLs konjugierte Proteine werden normalerweise für die Degradierung durch den proteasome nicht ins Visier genommen, aber fungieren eher in verschiedenen Durchführungstätigkeiten. Die Verhaftung von UBLs könnte Substrat-Angleichung verändern, die Sympathie für ligands oder andere aufeinander wirkende Moleküle betreffen, Substrat-Lokalisierung verändern und Protein-Stabilität beeinflussen.

UBLs sind ubiquitin strukturell ähnlich und werden bearbeitet, aktiviert, konjugiert und davon veröffentlicht paart sich durch enzymatische Schritte, die den entsprechenden Mechanismen für ubiquitin ähnlich sind. UBLs werden auch mit C-Enderweiterungen übersetzt, die bearbeitet werden, um das invariant C-Terminal LRGG auszustellen. Diese Modifikatoren haben ihren eigenen spezifischen E1 (das Aktivieren), E2 (das Konjugieren) und die Enzyme von E3 (ligating), die den UBLs zu intrazellulären Zielen konjugieren. Diese paaren sich kann durch UBL-spezifische isopeptidases umgekehrt werden, die ähnliche Mechanismen zu diesem der deubiquitinating Enzyme haben.

Innerhalb von einigen Arten, der Anerkennung und Zerstörung des Spermas mitochondria durch einen Mechanismus, der ubiquitin einschließt, ist für die Sperma-Mitochondria'S-Verfügung verantwortlich, nachdem Fruchtbarmachung vorkommt.

Prokaryotic ubiquitin ähnliches Protein (Junger Hund)

Kürzlich war das funktionelle Analogon von ubiquitin in prokaryote gefunden worden. Ubiquitin ähnliches Protein von Prokaryotic (Junger Hund) dient derselben Funktion (Proteine für Degradierungen ins Visier nehmend), obwohl der enzymology von ubiquitylation und pupylation verschieden ist. Im Gegensatz zur dreistufigen Reaktion von ubiquitylation verlangt pupylation zwei Schritte, deshalb werden nur zwei Enzyme an pupylation beteiligt.

Menschliche Proteine, die ubiquitin Gebiet enthalten

ANUBL1; BAG1; BAT3; DDI1; DDI2; FAU; HERPUD1; HERPUD2;

SPRÜNGE; IKBKB; ISG15; LOC391257; MIDN; NEDD8; OASL; PARK2;

RAD23A; RAD23B; RPS27A; SÄCKE; SF3A1; SUMO1; SUMO2; SUMO3;

SUMO4; TMUB1; TMUB2; UBA52; UBB; UBC; UBD; UBFD1;

UBL4; UBL4A; UBL4B; UBL7; UBLCP1; UBQLN1; UBQLN2; UBQLN3;

UBQLN4; UBQLNL; UBTD1; UBTD2; UHRF1; UHRF2;

Vorhersage von ubiquitination

Zurzeit verfügbare Vorhersageprogramme sind:

• UbiPred ist ein SVM-basierter Vorhersageserver mit 31 physikochemischen Eigenschaften, um ubiquitylation Seiten vorauszusagen.
• UbPred ist ein zufälliger aufWald-Gegründetprophet des Potenzials ubiquitination Seiten in Proteinen. Es wurde auf einem vereinigten Satz von 266 nichtüberflüssigen erzogen experimentell hat ubiquitination Seiten nachgeprüft, die von unseren Experimenten und von zwei groß angelegten Proteomics-Studien verfügbar sind.
• CKSAAP_UbSite ist SVM-basierte Vorhersage, die die Zusammensetzung von k-spaced Aminosäure-Paaren verwendet, die eine Anfragenseite (d. h. jeder lysine in einer Anfragenfolge), wie eingegeben, usess derselbe dataset wie UbPred umgeben.

Siehe auch

• Autophagy
• Autophagin
• ERAD
• SUMO Protein
• SUMO Enzyme
• Ubiquitin ligase
• Prokaryotic ubiquitin ähnliches Protein

Links

• GeneReviews/NCBI/NIH/UW-Zugang auf Syndrom von Angelman

• OMIM Einträge auf Syndrom von Angelman

Programme für die ubiquitination Vorhersage:

• UbiPred
• UbPred
• CKSAAP_UbSite

Akademisch

• Zugang von UniProt für ubiquitin
• Ubiquitin Webseite
• 7.340 Ubiquitination: Der Proteasome und die Menschliche Krankheit MIT OpenCourseWare. Zeichen vom MIT Kurs.