Дегрон

Дегро́н (англ. Degron) — часть молекулы белка, которая регулирует скорость его разрушения (протеолиза). Известные на данный момент дегроны представляют собой короткие аминокислотные последовательности[1], структурные мотивы[2] или экспонированные из белковой глобулы аминокислотные остатки (часто остатки лизина[3] или аргинина[4]), располагающиеся в любом участке аминокислотной цепочки. Некоторые белки содержат несколько дегронов[2][5]. Дегроны выявлены у белков разнообразных организмов, начиная от N-концевых дегронов дрожжей[6] и кончая последовательностью PEST в орнитиндекарбоксилазе мыши[7]. Дегроны также были выявлены в белках прокариот[8].

Зелёным цветом показана молекула IkBa — ингибитора транскрипционного фактора NF-κB и регуляторного белка иммунной системы. Красным цветом выделен его убиквитин-независимый дегрон

Известные дегроны подразделяют на несколько групп, но даже дегроны одной группы очень вариабельны, хотя все они так или иначе влияют на деградацию белка[9][10][11]. Для работы некоторых дегронов (убиквитин-зависимых) необходимо, чтобы белок был мечен убиквитином, другие (убиквитин-независимые) работают независимо от мечения белка убиквитином[12][10][13].

Типы

Для функционирования убиквитин-зависимых дегронов необходимо полиубиквитинирование белка, которое направляет его на разрушение в протеасомы[14][15]. В некоторых случаях дегрон сам по себе служит сайтом полиубиквитинирования, как в случая белка β-катенина[16]. Так как детальный механизм участия дегрона в полиубиквитинировании известен далеко не всегда, дегроны признаются убиквитин-зависимыми, если при их удалении из белка уровень его убиквитинирования снижается, а при добавлении к белку уровень убиквитинирования, напротив, повышается[17][18].

Два основных метода идентификации дегронов в белке.
Вверху: исходная форма белка остаётся стабильнее формы, к которой пришит предполагаемый дегрон, и разрушается медленнее.
Внизу: форма белка с удалённым предполагаемым дегроном разрушается медленнее исходной формы

Функционирование убиквитин-независимых дегронов, напротив, не сопровождается полиубиквитинированием содержащих их белков. Например, дегрон IκBα (белка, участвующего в работе иммунной системы) не задействован в убиквитинировании, поскольку сшивка этого дегрона с зелёным флуоресцентным белком (GFP) не повышало уровень убиквитинирования последнего[2]. Однако детальный механизм того, как именно дегрон задействован в разрушении белка, в большинстве случаев неизвестен[19].

Идентификация

Существует три подхода, позволяющие идентифицировать дегрон в белке[2][18][19]. В первом методе последовательность, являющаяся вероятным дегроном, пришивается к стабильному белку (например, GFP), и далее сравнивается стабильность исходного белка и белка с пришитым вероятным дегроном[20]. Если пришитая последовательность действительно является дегроном, число молекул белка, к которому она пришита, будет со временем снижаться гораздо быстрее, чем в случае исходного белка[9][10][11]. Кроме того, из белка можно удалить последовательность, которая, вероятно, является дегроном, и сравнить стабильность белка с делецией с исходным белком. Если удалённая последовательность является дегроном, белковые молекулы, лишённые её, окажутся стабильнее исходного белка[9][10][11].

Третий подход используется для установления зависимости дегрона от убиквитинирования, когда с помощью описанных выше приёмов дегронная природа последовательности уже была подтверждена. В этом подходе сравнивается степень убиквитинирования исходного белка и мутантной формы, лишённой дегрона[2][7][19].

Примечания

  1. Cho S., Dreyfuss G. A degron created by SMN2 exon 7 skipping is a principal contributor to spinal muscular atrophy severity. (англ.) // Genes & Development. — 2010. — 1 March (vol. 24, no. 5). P. 438—442. doi:10.1101/gad.1884910. PMID 20194437.
  2. Fortmann K. T., Lewis R. D., Ngo K. A., Fagerlund R., Hoffmann A. A Regulated, Ubiquitin-Independent Degron in IκBα. (англ.) // Journal Of Molecular Biology. — 2015. — 28 August (vol. 427, no. 17). P. 2748—2756. doi:10.1016/j.jmb.2015.07.008. PMID 26191773.
  3. Dohmen R. J., Wu P., Varshavsky A. Heat-inducible degron: a method for constructing temperature-sensitive mutants. (англ.) // Science (New York, N.Y.). — 1994. — 4 March (vol. 263, no. 5151). P. 1273—1276. PMID 8122109.
  4. Varshavsky A. The N-end rule: functions, mysteries, uses. (англ.) // Proceedings Of The National Academy Of Sciences Of The United States Of America. — 1996. — 29 October (vol. 93, no. 22). P. 12142—12149. PMID 8901547.
  5. Kanarek N., London N., Schueler-Furman O., Ben-Neriah Y. Ubiquitination and degradation of the inhibitors of NF-kappaB. (англ.) // Cold Spring Harbor Perspectives In Biology. — 2010. — February (vol. 2, no. 2). P. 000166—000166. doi:10.1101/cshperspect.a000166. PMID 20182612.
  6. Bachmair A., Finley D., Varshavsky A. In vivo half-life of a protein is a function of its amino-terminal residue. (англ.) // Science (New York, N.Y.). — 1986. — 10 October (vol. 234, no. 4773). P. 179—186. PMID 3018930.
  7. Loetscher P., Pratt G., Rechsteiner M. The C terminus of mouse ornithine decarboxylase confers rapid degradation on dihydrofolate reductase. Support for the pest hypothesis. (англ.) // The Journal Of Biological Chemistry. — 1991. — 15 June (vol. 266, no. 17). P. 11213—11220. PMID 2040628.
  8. Burns K. E., Liu W. T., Boshoff H. I., Dorrestein P. C., Barry CE 3rd. Proteasomal protein degradation in Mycobacteria is dependent upon a prokaryotic ubiquitin-like protein. (англ.) // The Journal Of Biological Chemistry. — 2009. — 30 January (vol. 284, no. 5). P. 3069—3075. doi:10.1074/jbc.M808032200. PMID 19028679.
  9. Ravid T., Hochstrasser M. Diversity of degradation signals in the ubiquitin-proteasome system. (англ.) // Nature Reviews. Molecular Cell Biology. — 2008. — September (vol. 9, no. 9). P. 679—690. doi:10.1038/nrm2468. PMID 18698327.
  10. Erales J., Coffino P. Ubiquitin-independent proteasomal degradation. (англ.) // Biochimica Et Biophysica Acta. — 2014. — January (vol. 1843, no. 1). P. 216—221. doi:10.1016/j.bbamcr.2013.05.008. PMID 23684952.
  11. Jariel-Encontre I., Bossis G., Piechaczyk M. Ubiquitin-independent degradation of proteins by the proteasome. (англ.) // Biochimica Et Biophysica Acta. — 2008. — December (vol. 1786, no. 2). P. 153—177. doi:10.1016/j.bbcan.2008.05.004. PMID 18558098.
  12. Asher G., Tsvetkov P., Kahana C., Shaul Y. A mechanism of ubiquitin-independent proteasomal degradation of the tumor suppressors p53 and p73. (англ.) // Genes & Development. — 2005. — 1 February (vol. 19, no. 3). P. 316—321. doi:10.1101/gad.319905. PMID 15687255.
  13. Hochstrasser M. Ubiquitin-dependent protein degradation. (англ.) // Annual Review Of Genetics. — 1996. Vol. 30. P. 405—439. doi:10.1146/annurev.genet.30.1.405. PMID 8982460.
  14. Coux O., Tanaka K., Goldberg A. L. Structure and functions of the 20S and 26S proteasomes. (англ.) // Annual Review Of Biochemistry. — 1996. Vol. 65. P. 801—847. doi:10.1146/annurev.bi.65.070196.004101. PMID 8811196.
  15. Lecker S. H., Goldberg A. L., Mitch W. E. Protein degradation by the ubiquitin-proteasome pathway in normal and disease states. (англ.) // Journal Of The American Society Of Nephrology : JASN. — 2006. — July (vol. 17, no. 7). P. 1807—1819. doi:10.1681/ASN.2006010083. PMID 16738015.
  16. Melvin A. T., Woss G. S., Park J. H., Dumberger L. D., Waters M. L., Allbritton N. L. A comparative analysis of the ubiquitination kinetics of multiple degrons to identify an ideal targeting sequence for a proteasome reporter. (англ.) // PloS One. — 2013. Vol. 8, no. 10. P. e78082—78082. doi:10.1371/journal.pone.0078082. PMID 24205101.
  17. Wang Y., Guan S., Acharya P., Koop D. R., Liu Y., Liao M., Burlingame A. L., Correia M. A. Ubiquitin-dependent proteasomal degradation of human liver cytochrome P450 2E1: identification of sites targeted for phosphorylation and ubiquitination. (англ.) // The Journal Of Biological Chemistry. — 2011. — 18 March (vol. 286, no. 11). P. 9443—9456. doi:10.1074/jbc.M110.176685. PMID 21209460.
  18. Ju D., Xie Y. Identification of the preferential ubiquitination site and ubiquitin-dependent degradation signal of Rpn4. (англ.) // The Journal Of Biological Chemistry. — 2006. — 21 April (vol. 281, no. 16). P. 10657—10662. doi:10.1074/jbc.M513790200. PMID 16492666.
  19. Schrader E. K., Harstad K. G., Matouschek A. Targeting proteins for degradation. (англ.) // Nature Chemical Biology. — 2009. — November (vol. 5, no. 11). P. 815—822. doi:10.1038/nchembio.250. PMID 19841631.
  20. Li X., Zhao X., Fang Y., Jiang X., Duong T., Fan C., Huang C. C., Kain S. R. Generation of destabilized green fluorescent protein as a transcription reporter. (англ.) // The Journal Of Biological Chemistry. — 1998. — 25 December (vol. 273, no. 52). P. 34970—34975. PMID 9857028.

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.