De Wikipedia, la enciclopedia libre
Saltar a navegación Saltar a búsqueda
Ubiquitina: proteína ligasa
4a4c.png
E3 ubiquitina ligasa Cbl (azul) en complejo con E2 (cian) y péptido sustrato (verde). Entrada de AP 4a4c [1]
Identificadores
CE no.2.3.2.27
No CAS.74812-49-0
Bases de datos
IntEnzVista IntEnz
BRENDAEntrada BRENDA
FÁCILNiceZyme vista
KEGGEntrada KEGG
MetaCyccamino metabólico
PRIAMperfil
Estructuras PDBRCSB PDB PDBe PDBsum
Ontología de genesAmiGO / QuickGO
Buscar
PMCartículos
PubMedartículos
NCBIproteinas
Ligasa de ubiquitina
Identificadores
SímboloLigasa de ubiquitina
Superfamilia OPM471
Proteína OPM4v6p
Membranome240

Una ubiquitina ligasa (también llamada ubiquitina ligasa E3 ) es una proteína que recluta una enzima conjugadora de ubiquitina E2 que ha sido cargada con ubiquitina , reconoce un sustrato proteico y ayuda o cataliza directamente la transferencia de ubiquitina del E2 al sustrato proteico . La ubiquitina se une a una lisina en la proteína diana mediante un enlace isopéptido . [2] Las ligasas E3 interactúan tanto con la proteína diana como con la enzima E2, y así imparten especificidad de sustrato a la E2. Comúnmente, los E3 poliubiquitinizan su sustrato con cadenas de ubiquitina unidas a Lys48, dirigidas al sustrato para su destrucción por elproteasoma . Sin embargo, son posibles muchos otros tipos de enlaces que alteran la actividad, las interacciones o la localización de una proteína. La ubiquitinación por ligasas E3 regula diversas áreas como el tráfico celular, la reparación del ADN y la señalización, y es de gran importancia en la biología celular. Las ligasas E3 también son actores clave en el control del ciclo celular, ya que median la degradación de ciclinas , así como proteínas inhibidoras de quinasas dependientes de ciclina . [3] El genoma humano codifica más de 600 supuestas ligasas E3, lo que permite una enorme diversidad de sustratos. [4]

Sistema de ubiquitinación [ editar ]

Diagrama esquemático del sistema de ubiquitilación.

La ubiquitina ligasa se denomina E3 y funciona junto con una enzima activadora de ubiquitina E1 y una enzima conjugadora de ubiquitina E2 . Hay una enzima E1 principal, compartida por todas las ligasas de ubiquitina, que usa ATP para activar la ubiquitina para la conjugación y la transfiere a una enzima E2. La enzima E2 interactúa con un socio E3 específico y transfiere la ubiquitina a la proteína diana . El E3, que puede ser un complejo de múltiples proteínas , es, en general, responsable de dirigir la ubiquitinación a proteínas de sustrato específicas . [ cita requerida ]

La reacción de ubiquitilación se desarrolla en tres o cuatro pasos dependiendo del mecanismo de acción de la ubiquitina ligasa E3. En el primer paso conservado, un residuo de cisteína E1 ataca la glicina C-terminal activada por ATP en la ubiquitina, dando como resultado un complejo tioéster Ub-S-E1. La energía de la hidrólisis de ATP y difosfato impulsa la formación de este tioéster reactivo, y los pasos posteriores son termoneutrales. A continuación, se produce una reacción de transtiolación, en la que un residuo de cisteína E2 ataca y reemplaza al E1. Las ligasas E3 de dominio HECT tendrán una reacción de transtiolación más para transferir la molécula de ubiquitina al E3, mientras que el dominio de dedo RING, mucho más comúnlas ligasas de tipo transfieren ubiquitina directamente desde E2 al sustrato. [5] El paso final en el primer evento de ubiquitilación es un ataque del grupo amina de lisina de la proteína objetivo, que eliminará la cisteína y formará un enlace isopéptido estable. [6] Una excepción notable a esto es la proteína p21 , que parece estar ubiquitilada usando su amina N-terminal, formando así un enlace peptídico con ubiquitina. [7]

Familias de ubiquitina ligasa [ editar ]

Los seres humanos tienen ligasas E3 estimadas de 500-1000, que imparten especificidad de sustrato a E1 y E2. [8] Las ligasas E3 se clasifican en cuatro familias: HECT, RING-finger, U-box y PHD-finger. [8] Las ligasas RING-finger E3 son la familia más grande y contienen ligasas como el complejo promotor de anafase (APC) y el complejo SCF ( complejo proteico Skp1 - Cullin -F-box). Los complejos de SCF constan de cuatro proteínas: Rbx1, Cul1, Skp1, que son invariantes entre los complejos de SCF, y una proteína de caja F, que varía. Se han identificado alrededor de 70 proteínas F-box humanas. [9]Las proteínas de la caja F contienen una caja F, que se une al resto del complejo SCF, y un dominio de unión al sustrato, que le da al E3 su especificidad de sustrato. [8]

Mono y polubiquitilación [ editar ]

Ubiquitina con residuos de lisina (rojo), metionina N-terminal (azul) y glicina C-terminal (amarillo). [10]

La señalización de ubiquitina se basa en la diversidad de etiquetas de ubiquitina para la especificidad de su mensaje. Una proteína puede etiquetarse con una sola molécula de ubiquitina (monoubiquitilación) o una variedad de diferentes cadenas de moléculas de ubiquitina (poliubiquitilación). [11] Las ubiquitina ligasas E3 catalizan eventos de poliubiquitinación de la misma manera que el mecanismo de ubiquitilación simple, utilizando en su lugar un residuo de lisina de una molécula de ubiquitina actualmente unida a la proteína sustrato para atacar el extremo C de una nueva molécula de ubiquitina. [6] [11] Por ejemplo, una etiqueta común de 4-ubiquitina, unida a través de la lisina en la posición 48 (K48), recluta la proteína etiquetada en el proteasoma y la degradación subsiguiente. [11]Sin embargo, los siete residuos de ubiquitina lisina (K6, K11, K27, K29, K33, K48 y K63), así como la metionina N-terminal se utilizan en cadenas in vivo. [11]

La monoubiquitinación se ha relacionado con las vías de endocitosis de proteínas de membrana . Por ejemplo, la fosforilación de la tirosina en la posición 1045 en el receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR) puede reclutar la ligasa c-Cbl de RING tipo E3, a través de un dominio SH2 . C-Cbl monoubiquitylates EGFR, lo que indica su internalización y tráfico al lisosoma. [12]

La monoubiquitinación también puede regular la localización de proteínas citosólicas. Por ejemplo, la ligasa E3 MDM2 ubiquitila p53 ya sea para la degradación (cadena de poliubiquitina K48) o para la exportación nuclear (monoubiquitilación). Estos eventos ocurren de manera dependiente de la concentración, lo que sugiere que modular la concentración de ligasa E3 es una estrategia reguladora celular para controlar la homeostasis y la localización de las proteínas. [13]

Reconocimiento de sustrato [ editar ]

Las ubiquitina ligasas son el determinante final y potencialmente el más importante de la especificidad del sustrato en la ubiquitinación de proteínas . [14] Las ligasas deben distinguir simultáneamente su sustrato proteico de miles de otras proteínas en la célula y de otras formas (inactivas de ubiquitinación) de la misma proteína. Esto se puede lograr mediante diferentes mecanismos, la mayoría de los cuales implican el reconocimiento de degrones : secuencias de aminoácidos cortas específicas o motivos químicos en el sustrato. [15]

N-degrons [ editar ]

La escisión proteolítica puede conducir a la exposición de residuos en el extremo N de una proteína. De acuerdo con la regla del extremo N , los diferentes aminoácidos N-terminales (o N-degrons) se reconocen en un grado diferente por su ubiquitina ligasa apropiada (N-Recognina), lo que influye en la vida media de la proteína. [16] Por ejemplo, los aminoácidos cargados positivamente ( Arg , Lys , His ) y los aminoácidos hidrófobos voluminosos ( Phe , Trp , Tyr , Leu , Ile ) se reconocen preferentemente y, por lo tanto, se consideran grados desestabilizadores .ya que permiten una degradación más rápida de sus proteínas. [17]

Fosfodigrones [ editar ]

Un degrón fosforilado (verde) se estabiliza mediante enlaces de hidrógeno (amarillo) entre los átomos de oxígeno de su fosfato (rojo) y las cadenas laterales de la ubiquitina ligasa SCF FBW7 (azul). La parte relevante de la ubiquitina ligasa se muestra en gris. Entrada AP 2ovr [18]

Un degrón puede convertirse en su forma activa mediante una modificación postraduccional [19] , como la fosforilación de un residuo de tirosina , serina o treonina . [20] En este caso, la ubiquitina ligasa reconoce exclusivamente la versión fosforilada del sustrato debido a la estabilización dentro del sitio de unión . Por ejemplo, FBW7 , la unidad de reconocimiento de sustrato F-box de una ubiquitina ligasa SCF FBW7 , estabiliza un sustrato fosforilado mediante la unión de hidrógeno a su argininaresiduos al fosfato, como se muestra en la figura de la derecha. En ausencia del fosfato , los residuos de FBW7 repelen el sustrato. [18]

Degrones dependientes de oxígeno y moléculas pequeñas [ editar ]

La presencia de oxígeno u otras moléculas pequeñas puede influir en el reconocimiento de degron. [18] La proteína von Hippel-Lindau (VHL) (parte de reconocimiento de sustrato de una ligasa E3 específica), por ejemplo, reconoce el factor alfa inducible por hipoxia (HIF-α) solo en condiciones normales de oxígeno, cuando su prolina está hidroxilada . Bajo hipoxia , por otro lado, HIF-a no se hidroxila, evade la ubiquitinación y, por tanto, opera en la célula a concentraciones más altas que pueden iniciar una respuesta transcripcional a la hipoxia. [21]Otro ejemplo de control de la degradación de proteínas por moléculas pequeñas es la auxina de fitohormonas en plantas. [22] La auxina se une a TIR1 (el dominio de reconocimiento de sustrato de la ubiquitina ligasa de SCF TIR1 ) aumentando la afinidad de TIR1 por sus sustratos ( represores transcripcionales : Aux / IAA) y promoviendo su degradación.

Degrones mal doblados y azucarados [ editar ]

Además de reconocer aminoácidos, las ubiquitina ligasas también pueden detectar características inusuales en sustratos que sirven como señales para su destrucción. [14] Por ejemplo, San1 ( antagonista 1 de Sir ), un control de calidad de proteína nuclear en levadura , tiene un dominio de unión de sustrato desordenado , que le permite unirse a dominios hidrofóbicos de proteínas mal plegadas . [14] Las glicoproteínas mal plegadas o en exceso sin ensamblar de la vía ERAD , por otro lado, son reconocidas por Fbs1 y Fbs2, proteínas de la caja F de mamíferos de las ligasas E3 SCF Fbs1y SCF Fbs2 . [23] Estos dominios de reconocimiento tienen pequeñas bolsas hidrófobas que les permiten unirse a glucanos con alto contenido de manosa .

Motivos estructurales [ editar ]

Además de los degrones lineales , la ligasa E3 también puede reconocer en algunos casos motivos estructurales en el sustrato. [14] En este caso, el motivo 3D puede permitir que el sustrato relacione directamente su función bioquímica con la ubiquitinación . Esta relación se puede demostrar con la proteína TRF1 (regulador de la longitud de los telómeros humanos ), que es reconocida por su correspondiente ligasa E3 ( FBXO4 ) a través de una interacción de hoja beta intermolecular . TRF1 no se puede ubiquinizar mientras el telómero está unido, probablemente porque el mismo dominio TRF1 que se une a su ligasa E3 también se une a los telómeros. [14]

Relevancia de la enfermedad [ editar ]

Las ubiquitina ligasas E3 regulan la homeostasis, el ciclo celular y las vías de reparación del ADN y, como resultado, varias de estas proteínas están involucradas en una variedad de cánceres, incluidos los famosos supresores de tumores MDM2, BRCA1 y Von Hippel-Lindau . [24] Por ejemplo, se ha encontrado una mutación de MDM2 en cáncer de estómago , [25] carcinoma de células renales , [26] y cáncer de hígado [27] (entre otros) para desregular las concentraciones de MDM2 aumentando la afinidad de su promotor por la transcripción de Sp1. factor , causando un aumento de la transcripción del ARNm de MDM2. [25]Varias técnicas experimentales basadas en proteómica están disponibles para identificar pares de sustrato de ligasa de ubiquitina E3, [28] tales como identificación de biotina dependiente de proximidad (BioID), captura de sustrato de ligasa de ubiquitina y entidades de unión de ubiquitina en tándem (TUBE).

Ejemplos [ editar ]

  • A ANILLO ( R eally I nteresting N ew G eno) se une de dominio la E2 conjugasa y podría ser encontrado para mediar la actividad enzimática en el E2-E3 complejo [29]
  • Un dominio de caja F (como en el complejo SCF) se une al sustrato ubiquitinado. (por ejemplo, Cdc 4, que se une a la proteína diana Sic1 ; Grr1, que se une a Cln). [30]
  • Un dominio HECT , que participa en la transferencia de ubiquitina del E2 al sustrato.

Ligasas de ubiquitina E3 individuales [ editar ]

  • E3A
  • mdm2
  • Complejo promotor de la anafase (APC)
  • Ubr5 (EDD1)
  • SOCS / BC-box / eloBC / CUL5 / RING
  • LNXp80
  • CBX4 , CBLL1
  • HACE1
  • HECTD1 , HECTD2 , HECTD3 , HECTD4
  • HECW1 , HECW2
  • HERC1 , HERC2 , HERC3 , HERC4 , HERC5 , HERC6
  • HUWE1 , PICOR
  • Nedd4 , NEDD4L
  • PPIL2
  • PRPF19
  • PIAS1 , PIAS2 , PIAS3 , PIAS4
  • RANBP2
  • RNF4
  • RBX1
  • PITUFO1 , PITUFO2
  • STUB1
  • TOPORS
  • VIAJE12
  • UBE3A , UBE3B , UBE3C , UBE3D
  • UBE4A , UBE4B
  • UBOX5
  • UBR5
  • BVS
  • WWP1 , WWP2
  • Bizcocho
  • MKRN1

Ver también [ editar ]

  • ERAD
  • Ubiquitina
  • Enzima activadora de ubiquitina
  • Enzima conjugadora de ubiquitina

Referencias [ editar ]

  1. ^ Dou H, Buetow L, Hock A, Sibbet GJ, Vousden KH, Huang DT (enero de 2012). "Base estructural para la activación dependiente de fosforilación y autoinhibición de c-Cbl" . Naturaleza Biología Molecular y Estructural . 19 (2): 184–92. doi : 10.1038 / nsmb.2231 . PMC  3880865 . PMID  22266821 .
  2. ^ Hershko A, Ciechanover A (1998). "El sistema de ubiquitina". Revisión anual de bioquímica . 67 : 425–79. doi : 10.1146 / annurev.biochem.67.1.425 . PMID 9759494 . 
  3. ^ Teixeira LK, Reed SI (2013). "Ubiquitin ligasas y control del ciclo celular". Revisión anual de bioquímica . 82 : 387–414. doi : 10.1146 / annurev-biochem-060410-105307 . PMID 23495935 . 
  4. ^ Li W, Bengtson MH, Ulbrich A, Matsuda A, Reddy VA, Orth A, Chanda SK, Batalov S, Joazeiro CA (enero de 2008). "Anotación funcional y de todo el genoma de la ubiquitina ligasas E3 humana identifica MULAN, un E3 mitocondrial que regula la dinámica y la señalización del orgánulo" . PLOS ONE . 3 (1): e1487. Código Bibliográfico : 2008PLoSO ... 3.1487L . doi : 10.1371 / journal.pone.0001487 . PMC 2198940 . PMID 18213395 .  
  5. ^ Metzger MB, Hristova VA, Weissman AM (febrero de 2012). "Familias de dedos HECT y RING de ligasas de ubiquitina E3 de un vistazo" . Revista de ciencia celular . 125 (Pt 3): 531–7. doi : 10.1242 / jcs.091777 . PMC 3381717 . PMID 22389392 .  
  6. ↑ a b Walsh, Christopher (2006). Modificación postraduccional de proteínas: expandiendo el inventario de la naturaleza . Englewood, CO: Roberts. ISBN 978-0-9747077-3-0.[ página necesaria ]
  7. ^ Bloom J, Amador V, Bartolini F, DeMartino G, Pagano M (octubre de 2003). "Degradación mediada por proteasoma de p21 a través de ubiquitinilación N-terminal". Celular . 115 (1): 71–82. doi : 10.1016 / S0092-8674 (03) 00755-4 . PMID 14532004 . 
  8. ↑ a b c Nakayama KI, Nakayama K (mayo de 2006). "Ligasas de ubiquitina: control del ciclo celular y cáncer". Reseñas de la naturaleza. Cáncer . 6 (5): 369–81. doi : 10.1038 / nrc1881 . PMID 16633365 . 
  9. ^ Jin J, Cardozo T, Lovering RC, Elledge SJ, Pagano M, Harper JW (noviembre de 2004). "Análisis sistemático y nomenclatura de proteínas de caja F de mamíferos" . Genes y desarrollo . 18 (21): 2573–80. doi : 10.1101 / gad.1255304 . PMC 525538 . PMID 15520277 .  
  10. ^ Vijay-Kumar S, Bugg CE, Cook WJ (abril de 1987). "Estructura de ubiquitina refinada a una resolución de 1.8". Revista de Biología Molecular . 194 (3): 531–44. doi : 10.1016 / 0022-2836 (87) 90679-6 . PMID 3041007 . 
  11. ↑ a b c d Behrends C, Harper JW (mayo de 2011). "Construcción y decodificación de cadenas de ubiquitina no convencionales". Naturaleza Biología Molecular y Estructural . 18 (5): 520–8. doi : 10.1038 / nsmb.2066 . PMID 21540891 . 
  12. ^ Bonifacino JS, Traub LM (2003). "Señales para la clasificación de proteínas transmembrana a endosomas y lisosomas". Revisión anual de bioquímica . 72 : 395–447. doi : 10.1146 / annurev.biochem.72.121801.161800 . PMID 12651740 . 
  13. ^ Li M, Brooks CL, Wu-Baer F, Chen D, Baer R, Gu W (diciembre de 2003). "Mono- versus poliubiquitinación: control diferencial del destino de p53 por Mdm2". Ciencia . 302 (5652): 1972–5. Código Bibliográfico : 2003Sci ... 302.1972L . doi : 10.1126 / science.1091362 . PMID 14671306 . 
  14. ↑ a b c d e Zheng N, Shabek N (junio de 2017). "Ligasas de ubiquitina: estructura, función y regulación". Revisión anual de bioquímica . 86 (1): 129-157. doi : 10.1146 / annurev-biochem-060815-014922 . PMID 28375744 . 
  15. ^ Ravid T, Hochstrasser M (septiembre de 2008). "Diversidad de señales de degradación en el sistema ubiquitina-proteasoma" . Nature Reviews Biología celular molecular . 9 (9): 679–90. doi : 10.1038 / nrm2468 . PMC 2606094 . PMID 18698327 .  
  16. ^ Sriram SM, Kim BY, Kwon YT (octubre de 2011). "La vía de la regla N-end: funciones emergentes y principios moleculares de reconocimiento de sustrato". Nature Reviews Biología celular molecular . 12 (11): 735–47. doi : 10.1038 / nrm3217 . PMID 22016057 . 
  17. ^ Tasaki T, Sriram SM, Park KS, Kwon YT (2012). "La vía de la regla N-end" . Revisión anual de bioquímica . 81 : 261–89. doi : 10.1146 / annurev-biochem-051710-093308 . PMC 3610525 . PMID 22524314 .  
  18. ↑ a b c Lucas X, Ciulli A (junio de 2017). "Reconocimiento de sustrato degrones por ubiquitina ligasas E3 y modulación por estrategias de mimetismo de moléculas pequeñas" (PDF) . Opinión actual en biología estructural . 44 : 101-110. doi : 10.1016 / j.sbi.2016.12.015 . PMID 28130986 .  
  19. ^ Herhaus L, Dikic I (septiembre de 2015). "Ampliación del código de ubiquitina mediante modificación postraduccional" . Informes EMBO . 16 (9): 1071–83. doi : 10.15252 / embr.201540891 . PMC 4576978 . PMID 26268526 .  
  20. ^ Reinhardt HC, Yaffe MB (septiembre de 2013). "Dominios de unión de fosfo-Ser / Thr: navegando por el ciclo celular y la respuesta al daño del ADN". Nature Reviews Biología celular molecular . 14 (9): 563–80. doi : 10.1038 / nrm3640 . PMID 23969844 . 
  21. ^ Jaakkola P, Mole DR, Tian YM, Wilson MI, Gielbert J, Gaskell SJ, von Kriegsheim A, Hebestreit HF, Mukherji M, Schofield CJ, Maxwell PH, Pugh CW, Ratcliffe PJ (abril de 2001). "Orientación de HIF-alfa al complejo de ubiquitilación de von Hippel-Lindau por hidroxilación de prolil regulada por O2". Ciencia . 292 (5516): 468–72. Código Bibliográfico : 2001Sci ... 292..468J . doi : 10.1126 / science.1059796 . PMID 11292861 . 
  22. ^ Shabek N, Zheng N (abril de 2014). "Plant ubiquitin ligasas como centros de señalización". Naturaleza Biología Molecular y Estructural . 21 (4): 293–6. doi : 10.1038 / nsmb.2804 . PMID 24699076 . 
  23. ↑ Yoshida Y, Mizushima T, Tanaka K (19 de febrero de 2019). "Ligasas de ubiquitina que reconocen azúcar: mecanismos de acción y fisiología" . Fronteras en fisiología . 10 : 104. doi : 10.3389 / fphys.2019.00104 . PMC 6389600 . PMID 30837888 .  
  24. ^ Lipkowitz S, Weissman AM (agosto de 2011). "ANILLOS del bien y del mal: ligasas de ubiquitina de dedo ANILLO en la encrucijada de la supresión tumoral y la oncogénesis" . Reseñas de la naturaleza. Cáncer . 11 (9): 629–43. doi : 10.1038 / nrc3120 . PMC 3542975 . PMID 21863050 .  
  25. ^ a b Hou YC, Deng JY (enero de 2015). "Papel de las ligasas de ubiquitina E3 en el cáncer gástrico" . Revista mundial de gastroenterología . 21 (3): 786–93. doi : 10.3748 / wjg.v21.i3.786 . PMC 4299330 . PMID 25624711 .  
  26. ↑ de Martino M, Taus C, Wessely IS, Lucca I, Hofbauer SL, Haitel A, Shariat SF, Klatte T (febrero de 2015). "El polimorfismo del gen T309G murino doble minuto 2 es un factor pronóstico independiente para pacientes con carcinoma de células renales". ADN y biología celular . 34 (2): 107-12. doi : 10.1089 / dna.2014.2653 . PMID 25415135 . 
  27. ^ Tang T, Song X, Yang Z, Huang L, Wang W, Tan H (noviembre de 2014). "Asociación entre polimorfismo murino de doble minuto 2 T309G y riesgo de cáncer de hígado". Biología tumoral . 35 (11): 11353–7. doi : 10.1007 / s13277-014-2432-9 . PMID 25119589 . 
  28. ^ Rayner SL, Morsch M, Molloy MP, Shi B, Chung R, Lee A (julio de 2019). "Uso de la proteómica para identificar pares de ubiquitina ligasa-sustrato: cómo nuevos métodos pueden revelar dianas terapéuticas para enfermedades neurodegenerativas". Ciencias de la vida celular y molecular . 76 (13): 2499-2510. doi : 10.1007 / s00018-019-03082-9 . PMID 30919022 . 
  29. ^ Ardley HC, Robinson PA (2005). "Ligasas de ubiquitina E3". Ensayos de bioquímica . 41 : 15-30. doi : 10.1042 / EB0410015 . PMID 16250895 . 
  30. ^ Bai C, Sen P, Hofmann K, Ma L, Goebl M, Harper JW, Elledge SJ (julio de 1996). "SKP1 conecta reguladores del ciclo celular a la maquinaria de proteólisis de ubiquitina a través de un motivo novedoso, la caja F". Celular . 86 (2): 263–74. doi : 10.1016 / S0092-8674 (00) 80098-7 . PMID 8706131 . 

Enlaces externos [ editar ]

  • Artículo de Quips que describe la función E3 Ligase [ enlace muerto ] en PDBe
  • Ubiquitin-Protein + Ligases en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
  • EC 6.3.2.19