Degradacja białek związana z retikulum endoplazmatycznym

Degradacja białek związana z retikulum endoplazmatycznym jest jednym z kilku szlaków degradacji białek w ER

Degradacja białek związana z retikulum endoplazmatycznym ( ERAD ) oznacza szlak komórkowy , którego celem są nieprawidłowo sfałdowane białka retikulum endoplazmatycznego w celu ubikwitynacji , a następnie degradacji przez kompleks degradujący białka, zwany proteasomem .

Mechanizm

Proces ERAD można podzielić na trzy etapy:

Rozpoznawanie nieprawidłowo sfałdowanych lub zmutowanych białek w retikulum endoplazmatycznym

Rozpoznanie nieprawidłowo sfałdowanych lub zmutowanych białek zależy od wykrycia podstruktur w obrębie białek, takich jak odsłonięte regiony hydrofobowe , niesparowane reszty cysteiny i niedojrzałe glikany .

w komórkach ssaków istnieje mechanizm zwany przetwarzaniem glikanów. W tym mechanizmie białka opiekuńcze typu lektyny kalneksyna / kalretikulina (CNX/CRT) zapewniają niedojrzałym glikoproteinom możliwość osiągnięcia ich natywnej konformacji. Mogą to zrobić poprzez reglukozylację tych glikoprotein przez enzym o nazwie UDP - glukoza - glikoproteina glukozylotransferaza , znana również jako UGGT . Końcowo źle sfałdowane białka muszą jednak zostać wyekstrahowane z CNX/CRT. Jest to przeprowadzane przez członków rodziny EDEM (białko podobne do α-mannozydazy wzmacniającej degradację ER) (EDEM1-3) i mannozydazę I ER. Ta mannozydaza usuwa jedną resztę mannozy z glikoproteiny, która jest rozpoznawana przez EDEM. Ostatecznie EDEM będzie kierował nieprawidłowo sfałdowane glikoproteiny do degradacji, ułatwiając wiązanie lektyn ERAD OS9 i XTP3-B.

Retrotranslokacja do cytozolu

Ponieważ układ ubikwityna-proteasom (UPS) znajduje się w cytosolu, nieprawidłowo sfałdowane białka muszą być transportowane z retikulum endoplazmatycznego z powrotem do cytoplazmy. Większość dowodów sugeruje, że ligaza ubikwitynowo-białkowa Hrd1 E3 może działać jako retrotranslokon lub dyslokon do transportu substratów do cytozolu. Hrd1 nie jest wymagany dla wszystkich zdarzeń ERAD, więc jest prawdopodobne, że inne białka biorą udział w tym procesie. Na przykład glikozylowane substraty są rozpoznawane przez lektynę E3 Fbs2. Ponadto translokacja ta wymaga siły napędowej, która określa kierunek transportu. Ponieważ poliubikwitynacja jest niezbędna do eksportu substratów , powszechnie uważa się, że tę siłę napędową zapewniają czynniki wiążące ubikwitynę. Jednym z tych czynników wiążących ubikwitynę jest kompleks Cdc48p-Npl4p-Ufd1p w drożdżach. Ludzie mają homolog Cdc48p znany jako białko zawierające walozynę (VCP/p97) o tej samej funkcji co Cdc48p. VCP/p97 transportuje substraty z retikulum endoplazmatycznego do cytoplazmy dzięki swojej aktywności ATPazy.

Degradacja zależna od ubikwityny przez proteasom

Ubikwitynacja nieprawidłowo sfałdowanych białek jest spowodowana kaskadą reakcji enzymatycznych . Pierwsza z tych reakcji zachodzi, gdy aktywujący ubikwitynę enzym E1 hydrolizuje ATP i tworzy wysokoenergetyczne wiązanie tioestrowe między resztą cysteiny w jej miejscu aktywnym a C-końcem ubikwityny. Powstała aktywowana ubikwityna jest następnie przekazywana do E2, który jest enzymem sprzęgającym ubikwitynę . Inna grupa enzymów, a dokładniej ligazy białkowe ubikwityny zwane E3, wiążą się z nieprawidłowo sfałdowanym białkiem. Następnie dopasowują białko i E2, ułatwiając w ten sposób przyłączenie ubikwityny do reszt lizyny nieprawidłowo sfałdowanego białka. W wyniku sukcesywnego dodawania cząsteczek ubikwityny do reszt lizyny przyłączonej wcześniej ubikwityny, powstaje łańcuch poliubikwityny. Wytwarzane jest poliubikwitynowane białko, które jest rozpoznawane przez specyficzne podjednostki w kompleksach czapeczek 19S proteasomu 26S. Następnie łańcuch polipeptydowy wprowadza się do centralnej komory regionu rdzenia 20S, który zawiera miejsca aktywne proteolitycznie. Ubikwityna jest rozszczepiana przed końcowym trawieniem przez enzymy deubikwitynujące. Ten trzeci krok jest bardzo ściśle powiązany z drugim, ponieważ ubikwitynacja ma miejsce podczas translokacji. Jednak degradacja proteasomów zachodzi w cytoplazmie.

Mechanizm ubikwitynacji ERAD

Zakotwiczony w błonie ER palec RING zawierający ligazy ubikwitynowe Hrd1 i Doa10 są głównymi mediatorami ubikwitynacji substratu podczas ERAD. Białko błonowe zakotwiczone w ogonie Ubc6, jak również Ubc1 i zależne od Cue1 związane z błoną Ubc7 są enzymami sprzęgającymi ubikwitynę zaangażowanymi w ERAD.

Punkty kontrolne

Ponieważ zmienność substratów ERAD jest ogromna, zaproponowano kilka odmian mechanizmu ERAD. Rzeczywiście, potwierdzono, że białka rozpuszczalne , błonowe i transbłonowe są rozpoznawane przez różne mechanizmy. Doprowadziło to do zidentyfikowania 3 różnych ścieżek, które w rzeczywistości stanowią 3 punkty kontrolne.

  • Pierwszy punkt kontrolny nazywa się ERAD-C i monitoruje stan fałdowania domen cytozolowych białek błonowych. Jeśli defekty zostaną wykryte w domenach cytozolowych, ten punkt kontrolny usunie nieprawidłowo sfałdowane białko.
  • Kiedy okaże się, że domeny cytozolowe są prawidłowo sfałdowane, białko błonowe przejdzie do drugiego punktu kontrolnego, w którym monitorowane są domeny światła . Ten drugi punkt kontrolny nazywa się szlakiem ERAD-L. Nie tylko białka błonowe, które przeżyły pierwszy punkt kontrolny, są kontrolowane pod kątem ich domen luminalnych, również białka rozpuszczalne są kontrolowane tą drogą, ponieważ są one całkowicie luminalne, a zatem omijają pierwszy punkt kontrolny. Jeśli zostanie wykryta zmiana w domenach światła, zaangażowane białko jest przetwarzane na ERAD przy użyciu zestawu czynników, w tym mechanizmu pęcherzyków , który transportuje nieprawidłowo sfałdowane białka z retikulum endoplazmatycznego do aparatu Golgiego .
  • Opisano również trzeci punkt kontrolny, który opiera się na kontroli domen transbłonowych białek. Nazywa się to szlakiem ERAD-M, ale nie jest jasne, w jakiej kolejności należy go umieścić w odniesieniu do dwóch wcześniej opisanych szlaków.

Choroby związane z nieprawidłowym działaniem ERAD

Ponieważ ERAD jest centralnym elementem szlaku wydzielniczego, zaburzenia jego aktywności mogą powodować szereg chorób człowieka. Zaburzenia te można podzielić na dwie grupy.

Pierwsza grupa jest wynikiem mutacji w komponentach ERAD, które następnie tracą swoją funkcję. Tracąc swoją funkcję, składniki te nie są już w stanie stabilizować nieprawidłowych białek, tak że te ostatnie gromadzą się i uszkadzają komórkę. Przykładem choroby spowodowanej przez tę pierwszą grupę zaburzeń jest choroba Parkinsona . Jest to spowodowane mutacją w genie parkiny . Parkin jest białkiem, które działa w kompleksie z CHIP jako ligaza ubikwityny i pokonuje gromadzenie się i agregację nieprawidłowo sfałdowanych białek.

[Oprócz przedstawionej tutaj istnieje wiele teorii dotyczących przyczyn choroby Parkinsona. Wiele z nich można znaleźć w sekcji Wikipedii poświęconej chorobie Parkinsona.]

W przeciwieństwie do tej pierwszej grupy zaburzeń, druga grupa jest spowodowana przedwczesną degradacją białek wydzielniczych lub błonowych. W ten sposób białka te nie mogą zostać rozmieszczone w dystalnych przedziałach, jak ma to miejsce w przypadku mukowiscydozy .

ERAD i HIV

Jak opisano wcześniej, dodanie łańcuchów poliubikwityny do substratów ERAD ma kluczowe znaczenie dla ich eksportu. HIV wykorzystuje skuteczny mechanizm przemieszczania białka gospodarza obejmującego pojedynczą błonę, CD4 , z ER i przedkłada je do ERAD. Białko Vpu HIV-1 jest białkiem na błonie ER i celuje w nowo utworzone CD4 w retikulum endoplazmatycznym w celu degradacji przez proteasomy cytozolowe. Vpu wykorzystuje tylko część procesu ERAD do degradacji CD4. CD4 jest normalnie stabilnym białkiem i prawdopodobnie nie będzie celem dla ERAD. Jednak HIV wytwarza białko błonowe Vpu , które wiąże się z CD4. Białko Vpu zatrzymuje głównie CD4 w ER przez zależną od SCFβ-TrCP ubikwitynację interakcji cytozolowego ogona CD4 i domeny transbłonowej (TMD). CD4 Gly415 bierze udział w interakcjach CD4-Vpu, kilka mechanizmów, w których pośredniczy TMD, przez HIV-1 Vpu jest niezbędnych do obniżenia poziomu CD4, a tym samym promowania patogenezy wirusa. CD4 zatrzymany w ER będzie raczej celem dla wariantu szlaku ERAD niż pojawiał się głównie w błonie plazmatycznej bez obecności Vpu poprzez szlak RESET. Vpu pośredniczy w zatrzymywaniu CD4 w ER i dodawaniu degradacji. Ponieważ Vpu jest fosforylowane , naśladuje substraty dla kompleksu E3 SCF βTrCP . W komórkach zakażonych wirusem HIV, SCF βTrCP oddziałuje z Vpu i ubikwitynuje CD4, który jest następnie degradowany przez proteasom. Samo Vpu ucieka przed degradacją.

pytania

Główne otwarte pytania związane z ERAD to:

  • W jaki sposób dokładniej rozpoznaje się nieprawidłowo sfałdowane białka?
  • W jaki sposób substraty ERAD / substraty luminalne i substraty błonowe są różnicowane pod kątem retrotranslokacji?
  • Czy retrotranslokacja jest zachowana w całym systemie drożdży do ludzkiego organizmu?
  • Jaki jest kanał retrotranslokacji luminalnych białek ER?
  • Która ligaza E3 ostatecznie znakuje białka do degradacji proteasomalnej? [ potrzebne źródło ]

Zobacz też

Dalsza lektura

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Endoplasmic-reticulum-associated_protein_degradation&oldid=1092909456 ”