Протеолитическая деградация белков в клетке

Каждая соматическая клетка данного организма обладает одинаковым набором генов, кодирующих разнообразные белки.

Не все гены активны. Экспрессия многих генов является тканеспецифической – происходит только в клетках, принадлежащих той или иной ткани организма. В случае, если продукты нескольких генов выполняют одну и ту же функцию, клетке вполне достаточно правильной экспрессии одного из них. Экспрессия целого ряда генов запускается в определенных условиях - в нужный момент клеточного цикла или под действием соответствующих факторов среды.

Белок выполняет закреплённую за ним функцию, а затем, в определённый момент, клетке необходимо от него избавиться. Последнее обусловлено рядом причин: во-первых, дальнейшая активность белка может навредить клетке, во-вторых, нужно синтезировать новые белки, а перегрузка цитоплазмы полипептидами является источником апоптоза.

Переставшие быть необходимыми, белки подвергаются протеолитической деградации.
Внутриклеточную деградацию белков долгое время считали неспецифическим случайным процессом. Настоящим прорывом в данной области послужило открытие убиквитинового сигнального пути. В рамках этого пути деградации белка, которая осуществляется крупным белковым комплексом - протеосомой, предшествует присоединение к нему "цепочки" молекул небольшого пептида убиквитина. Полиубиквитиновая цепочка навешивается в строго определённый момент и является сигналом, свидетельствующим о том, что данный белок подлежит деградации. Теперь ясно, что процесс внутриклеточного протеолиза жестко регулируется и чрезвычайно важен для множества базальных клеточных функций.

Среди субстратов специфического протеолиза: регуляторы клеточного цикла, компоненты различных сигнальных путей, а также мутантные белки и белки, поврежденные посттрансляционно. Долгое время считали, что вышеупомянутому протеолизу подвергаются лишь белки, локализованные в цитоплазме, допускали возможность протеолиза ядерных белков. Сейчас ясно: система работает также в отношении белков, связанных с мембранами, секретируемых белков (для этого последние должны переместиться из эндоплазматического ретикулума в цитозоль путём обратного транспорта). Система внутриклеточного протеолиза вовлечена в такие процессы как пролиферация клеток, развитие и дифференцировка, реакция на стресс и патогены, репарация ДНК. Нарушения этой сложной системы являются причиной многих заболеваний.

Стадии убиквитин-зависимого протеолиза

Деградация белка по убиквитиновому пути включает две основные стадии:

1. Ковалентное присоединение к подлежащему деградации белку полиубиквитиновой цепи.

2. Деградация белка 26S протеосомой.