Podenote E3 ligaznega kompleksa kot degroni za učinkovito degradacijo citosolnih, jedrnih in membranskih proteinov

Izhodiščni članek: Subunits of an E3 Ligase Complex as Degrons for Efficient Degradation of Cytosolic, Nuclear, and Membrane Proteins

Razgradnja proteinov s proteosomom

Večina proteinov v sesalskih celicah se razgradi skozi ubikvitin-proteosomsko pot, ki omogoča negativno kontrolo aktivnosti proteinov. Na lizinske ostanke kovalentno vezani ubikvitini (Ub) služijo, kot signal za 26S proteosom, ki vodi v razgradnjo označenega proteina. Ubikvitinska post-translacijska modifikacija katalizira encimska kaskada, katero sestavljajo proteini E1, E2 ter E3. E1 ali ubikvitin-aktivacijski protein ob porabi ATP-ja katalizira prvi korak ubikvitinacijske reakcije, tako da aktivira Ub s tvorbo tioesterske vezi s C-koncem Ub. Aktiviran Ub se prenese na ubikvitinski nosilec E2. Tako nastali intermediat E2-Ub interagira z ubikvitin ligazo ali E3, ki katalizira prenos Ub z E2 ter tvorbo nove izopeptidne vezi na lizinskemu ostanku substrata (tarčnega proteina). Za razgradnjo označeni substrati so nato razgrajeni s strani proteosoma. E3 ligaze služijo kot ključni regulatorji ubikvitin-proteosomske poti, saj kontrolirajo specifičnost in učinkovitost prenosa Ub. Dokaz izredne specifičnosti E3 ligaz je dejstvo, da poznamo preko 600 različnih encimov te vrste. Večina človeških E3 ligaz je tipa RING (ang. really interesting new gene), ki omogočajo direkten prenos Ub iz E2 na substrat brez tvorbe E3-Ub intermediata.

Sesalske E3 ligaze

Primer RING ligaze je sesalski SCF-Skp2 E3 ligazni kompleks, ki je strukturno dobro okarakteriziran. Sestavljajo ga protein cullin 1 (Cul 1), ki deluje kot ogrodje, na katerega se nalagajo drugi proteini - protein Rbx1 (ang. RING-box protein 1), ki se veže na C-konec Cul1, in Skp1 (ang. S-phase kinase-associated protein 1), ki se veže na N-konec Cul1. Medtem ko Rbx1 omogoča izmenjavo E2-Ub intermediata preko domene RING, Cul1 umesti substrat in E2-Ub v optimalno prostorsko orientacijo za prenos Ub.

Specifičnost E3 ligaz je dodatno okrepljena z vezavo specifičnih adapterskih proteinov, kot je na primer Skp1. Skp1 vezavo drugih proteinov z motivom F škatle (Skp2). Medtem ko je N-konec F-škatle ohranjen in omogoča interakcijo z E3 ligazo, je C-konec manj ohranjen, pri čemer s s posledično večjo sekvenčno in konformacijsko variabilnostjo omogoča vezavo vrste različnih substratov.

Literatura

[1] A. Verbič, T. Lebar, A. Praznik, R. Jerala: Subunits of an E3 Ligase Complex as Degrons for Efficient Degradation of Cytosolic, Nuclear, and Membrane Proteins. ACS Synth Biol 2024, 13, 792–803. [2] A. L. Boyle: Applications of de novo designed peptides. Peptide Applications in Biomedicine, Biotechnology and Bioengineering 2018, 51–86.