Убиквитин и белки E1 - E3

Убиквитин представляет собой полипептид, содержащий 76 аминокислотных остатков. Присоединение убиквитина к белку происходит в три шага с участием трёх групп ферментов - Е1, Е2 и Е3:

1. Фермент Е1 активирует убиквитин: АТФ зависимо формируется макроэргическая связь между С-концевым глицином убиквитина и цистеином белка Е1. В связи с тем, что процесс активации универсален – одинаков для любого убиквитинового пути, организму достаточно одного варианта Е1.

2. Активированный убиквитин переносится на остаток цистеина белка Е2 (UBC – ubiquitin conjugating enzyme или UCP – ubiquitin carrier protein). Формируется новая макроэргическая связь. Клетка содержит несколько вариантов Е2 белков. Например, в геноме дрожжей закодировано тринадцать различных Е2. Один вид Е2 участвует в ограниченном количестве убиквитиновых путей, так как вовлечён в специфическое взаимодействие с определёнными белками класса Е3 (одним или несколькими).
Существуют Е2, способные переносить убиквитин на субстрат самостоятельно, без участия Е3.

3. Белки класса Е3 представляют собой убиквитин-лигазы, способные специфически связываться с подлежащими деградации белковыми субстратами, напрямую или посредством вспомагательного белка. Е3 катализируют перенос убиквитина с Е2 на субстрат – образование пептидной связи между С-концом убиквитиновой единицы и аминогруппой лизинового остатка субстрата (в случае если это – первая молекула убиквитина, присоединяемая к данному белку) или с лизином-48 предыдущей молекулы убиквитина. Молекула убиквитина содержит семь остатков лизина. In vivo удалось обнаружить в полиубиквитиновых цепях связывание по 11, 29, 48 и 63 лизинам. Однако из вышеперечисленного протеосома узнает только цепи, связанные по 48 лизину. Е3 узнают определённый мотив в составе субстрата, называемый дегроном – то есть на уровне Е3 обеспечивается специфичность протеолиза. В связи с тем, что специфическому протеолизу подвергается огромное количество белков, вариантов Е3 в клетке особенно много.

Узнавание субстратов убиквитин-лигазами

Существуют три принципиальных пути узнавания субстратов убиквитин-лигазами:

1. Узнавание определённого мотива, конститутивно входящего в состав белка. Например, узнаётся определённый N-концевой аминокислотный остаток (так называемое N-правило). Однако присутствие мотива, узнаваемого Е3 (дегрона) в структуре белка не говорит о том, что этот белок обязан деградировать. Обычно дегрон располагается в непосредственной близости от последовательности, ответственной за взаимодействие с субстратом или шапероном, сайта олигомеризации (в случае, если белок активен в виде олигомера), бывает спрятан соответствующей нативной структурой. Таким образом, если белок правильно свёрнут и функционально востребован, дегрон будет пространственно не доступен, Е3 не сможет с ним связаться, деградации не произойдёт.

2. Узнавание белка, подвергшегося определённой модификации.

Пример: Для активации транскрипционного фактора NF kappa B необходимо фос-форилирование соответствующего ингибитора (I kappa B). I kappa B, образуя комплекс с NF kappa B, маскирует сигнал ядерной локализации, принадлежащий фактору – фактор не может попасть в ядро. Фосфорилированная форма I kappa B узнается соответствующим Е3 и немедленно подвергается протеолизу. В результате NF kappa B высвобождается, перемещается в ядро, принимает участие в регуляции транскрипции.

3. Узнавание субстрата в комплексе с соответствующим адапторным белоком.

Пример: Вирус папилломы человека (HPV) кодирует белок E6 и белок, ассоциированный с Е6 (E6-AP). Комплекс Е6 и E6-AP узнаётся убиквитин-лигазой, ответственной за его деградацию.

Рис. 1. Каталитический комплекс протеосомы архей и эукариот.