CUL4A

CUL4A
Tillgängliga strukturer
PDB	Ortologisk sökning:
Lista över PDB-id-koder
Identifierare
	, cullin 4A
Externa ID:n
Genplacering ( Mus )
Chr.
Slutet
RNA uttrycksmönster
	; ;
Genontologi
Molekylär funktion
Cellkomponent
Biologisk process
	Källor: Amigo / QuickGO
Ortologer
	Wikidata
Visa/redigera människa	Visa/redigera mus

Cullin-4A är ett protein som hos människor kodas av CUL4A -genen . CUL4A tillhör cullinfamiljen av ubiquitinligasproteiner och är mycket homolog med CUL4B -proteinet. CUL4A reglerar många nyckelprocesser såsom DNA-reparation, kromatinombyggnad , spermatogenes , hematopoiesis och den mitotiska cellcykeln . Som ett resultat har CUL4A varit inblandad i flera cancerformer och patogenesen av vissa virus inklusive HIV . En komponent i ett CUL4A-komplex, Cereblon, upptäcktes vara ett huvudmål för det teratogena medlet talidomid .

Strukturera

CUL4A-protein är 759 aminosyror långt och bildar en förlängd, stel struktur som huvudsakligen består av alfa-helixar . Vid N-terminalen binder CUL4A till beta-propellern av DDB1 -adapterproteinet som interagerar med många DDB1-CUL4-associerade faktorer (DCAF). Som ett resultat är N-terminalen avgörande för rekryteringen av substrat för ubiquitinligaskomplexet . Vid den C-terminala änden interagerar CUL4A med RBX1 /ROC1-proteinet via dess RING-domän . RBX1 är en kärnkomponent i Cullin-RING ubiquitin ligas (CRL) komplex och fungerar för att rekrytera E2 ubiquitin konjugerande enzymer . Därför utgör C-terminalen av CUL4A - tillsammans med RBX1 och aktiverade E2-enzymer - den katalytiska kärnan av CRL4-komplex. CUL4A modifieras också genom kovalent bindning av en NEDD8- molekyl vid en mycket konserverad lysinrest i den C-terminala regionen. Denna modifiering verkar inducera konformationsförändringar som främjar flexibilitet i RING-domänen av cullinproteiner och förbättrad ubiquitinligasaktivitet.

Sammantaget har CRL4A-komplex en modulär struktur som möjliggör sofistikerad reglering av cellen och inflytande över många substrat och processer i cellen. Även om de individuella delarna varierar, uppvisar alla cullin-baserade ubiquitinligaser dessa egenskaper.

Fungera

DNA-skada och reparation

DDB1-adapterproteinet karakteriserades initialt som den stora subenheten av ett heterodimert komplex (UV-DDB) som befanns känna igen skadat DNA och delta i en form av reparation som kallas nukleotidexcisionsreparation (NER). Den mindre subenheten av detta skadade DNA-bindande proteinkomplex är känt som DDB2 och kan direkt binda DNA-lesioner associerade med UV-bestrålning. DDB2 är ett DCAF-protein och är både ett ubiquitinationssubstrat för CRL4-komplexet och fungerar också som ett E3-ligasprotein för andra substrat som XPC och histoner (se nästa avsnitt) nära skadestället. På grund av dess ubiquitination av DNA-skada-igenkännande proteiner DDB2 och XPC, har CUL4A beskrivits som en negativ regulator av NER-aktivitet. Förutom den "globala" typen av NER, verkar CRL4A-komplexet också spela en roll i "transkriptionskopplad" NER i samband med Cockayne Syndrome A- protein. CRL4A-komplex verkar aktiveras av vissa typer av DNA-skador (främst UV-bestrålning) och flera substrat är företrädesvis ubiquitinerade efter induktion av DNA-skada.

Kromatin ombyggnad

CUL4A:s roll i att modifiera kromatin är till stor del relaterad till DNA-reparationsaktiviteter och inträffar efter induktion av DNA-skada. Både CUL4A och dess närbesläktade homolog CUL4B kan ubiquitinera histonerna H2A, H3 och H4. Jästhomologen av CUL4A, Rtt101, ubiquitinerar histon H3 och främjar nukleosomsammansättning och CRL4A-komplex utför liknande funktioner i mänskliga celler. CRL4-komplex påverkar också histonmetyleringshändelser och kromatinstruktur genom reglering av histonmetyltransferaser . Histon H4 monometylas PR-Set7/SET8 ubiquitineras på kromatin av CRL4(Cdt2)-komplex under S-fasen och efter DNA-skada på ett PCNA -beroende sätt.

Reglering av cellcykeln och DNA-replikation

CRL4A-komplex reglerar inträdet i DNA-syntesfasen, eller S-fasen , av den mitotiska cykeln genom att reglera proteinuttrycksnivåer för replikationslicensfaktorproteinet Cdt1 och cyklinberoende kinashämmare p21 . I båda fallen använder CRL4A Cdt2 som DCAF för att binda båda substraten på ett PCNA-beroende sätt. Under ostörd cellcykelprogression sker ubiquitination och nedreglering av dessa proteiner av CRL4A ^Cdt2 vid början av DNA-replikation. DNA-skada såsom UV-bestrålning inducerar också CRL4A ^Cdt2- medierad förstörelse av dessa proteiner. Båda substraten regleras också av SCF ^Skp2 -komplexet .

CRL4-medierad destruktion av p21 lindrar cyklin E - Cdk2 -hämning och främjar S-fasinträde. Förlust av Cdt2-expression ökar p21-expression i celler och stabiliserar p21 efter UV-bestrålning. CUL4A-deletion resulterar i fördröjt S-fasinträde i musembryonala fibroblaster, som räddas genom deletion av p21. I humana retinala pigmentepitelceller resulterar även förlust av Cdt2-uttryck i p21-beroende fördröjt S-fasinträde och återuttryck av p21 i S-fas, vilket resulterar i cykler av ofullständig replikation, långvarig ackumulering av p21 och i vissa fall induktion av apoptos.

Efter att ha främjat initiering av eukaryot DNA-replikation vid ursprunget , inaktiveras Cdt1 av Geminin och riktas mot nedbrytning av SCF ^Skp2- och CRL4 ^Cdt2 -komplexen. Cdt1-uttryck stabiliseras av RNAi-medierad knockdown av DDB1 eller både CUL4A och CUL4B, vilket tyder på redundant eller överlappande funktion av de två CUL4-proteinerna för Cdt1-reglering. Endast reduktion av Geminin-uttryck verkar inducera re-replikation i Cdt1-överuttryckande celler.

CRL4 använder också Cdt2 och PCNA för att bryta ned p12-subenheten av DNA-polymeras δ under S-fasen och efter UV-bestrålning.

Hematopoiesis

CRL4A-komplex verkar inducera nedbrytningen av många medlemmar av HOX -transkriptionsfamiljen, som är väsentliga regulatorer av hematopoiesis. Den första medlemmen i HOX-familjen som identifierats som ett mål för CRL4A-medierad nedbrytning är HOXA9 , som är avgörande för underhåll av hematopoetiska stamceller och har varit inblandad i en undergrupp av myeloid leukemi . HOXA9- degronet ligger inom homeodomänen , vilket är avgörande för DNA-bindning. Sekvensanpassningsstudier visade att det finns ett mycket konserverat "LEXE"-motiv inom helix en av homeodomänen. När flera aminosyror inom detta motiv muterades blev HOXB4 resistent mot CRL4A-medierad nedbrytning. Substratreceptorn, eller DCAF, som krävs för HOX-proteinnedbrytning är fortfarande okänd.

Spermatogenes och meios

Cul4a - genen krävs för normal spermatogenes och meios i manliga könsceller hos möss. Cul4a ^−/− män producerar onormala spermier och är infertila. Medan både CUL4A och CUL4B uttrycks i manliga gameter, är CUL4A starkt uttryckt i pachytener och diplotener . Det är i dessa stadier som CUL4A-defekta manliga könsceller uppvisar höga nivåer av apoptos , felaktig DNA-reparation och ackumulering av CRL4-substratet Cdt1 .

Dysreglering

Cancer

Den kromosomala regionen ch13q34 som innehåller CUL4A- genen amplifieras i 3-6% av vissa karcinom inklusive: bröst-, livmoder-, lung-, mag- och kolorektal cancer. CUL4A är också muterad eller amplifierad i cirka 4% av melanom (även om mutationerna är spridda och individuella mutationer inträffar sporadiskt).

I musmodeller resulterade Cul4a- knockout i uttalad resistens mot UV-inducerad hudkarcinogenes. Cre -inducerad Cul4a- överuttryck i muslungvävnad främjade hyperplasi .

På grund av den observerade amplifieringen av CUL4A i flera karcinom och det faktum att CRL4-komplex riktar sig mot flera DNA-reparations- och tumörsuppressorgener , kan CUL4A betraktas som en onkogen i vissa sammanhang.

Viral patogenes

På grund av dess robusta uttryck (särskilt under DNA-replikation) och modulära natur, kan CRL4A-komplex samordnas eller "kapas" för att främja viral proliferation i däggdjursceller.

Vissa paramyxovirus undviker interferonsvaret i celler genom att rikta in sig på STAT1 och störa signaleringen. Simian virus 5 och typ II humant parainfluensavirus uttrycker ett protein, benämnt "V", som fungerar som en substratreceptor och överbryggar en interaktion mellan DDB1- och STAT-proteiner (strukturen av CRL4A SV5V-komplexet visas i insättningen) - ^vilket inducerar STAT1 ubiquitinering och nedbrytning

DCAF1 kallas också VPRBP på grund av dess interaktion med HIV-1-proteinet Vpr . Även om DCAF1/VPRBP verkar ha en avgörande funktion i tumörsuppression, DNA-replikation och embryonal utveckling, "kapar" HIV-1 ubiquitinligaskomplexet för att inducera stopp av cellcykeln i G2-fasen . CRL4A ^DCAF1-Vpr inducerar ubiquitination av den nukleära isoformen av uracil-DNA-glykosylas . HIV-2 verkar också använda CRL4A ^DCAF1 via Vpx -proteininducerad destruktion av ett lentivirushämmande deoxinukleosidtrifosfohydrolas vid namn SAMHD1 .

Talidomidbehandling

År 2010, Ito et al. rapporterade att Cereblon, ett DCAF-protein, var ett huvudmål för den teratogena föreningen talidomid. Talidomid och andra derivat såsom pomalidomid och lenalidomid är kända som immunmodulerande läkemedel (eller IMiDs) och har undersökts som terapeutiska medel för autoimmuna sjukdomar och flera cancerformer - särskilt myelom. Färska rapporter visar att IMiD binder till CRL4 ^CRBN och främjar nedbrytningen av IKZF1- och IKZF3-transkriptionsfaktorer, som normalt inte riktas mot CRL4-komplex.

Interaktioner och substrat

Human CUL4A bildar direkta interaktioner med:

Humana CUL4A-DDB1-RBX1-komplex främjar ubiquitination av:

^† protein är ett CRL4A-substrat endast när det styrs av virala proteiner ^§ protein är ett CRL4A-substrat endast när det styrs av IMiDs

Anteckningar

externa länkar

Mänskligt CUL4A- genomplacering och CUL4A- geninformationssida i UCSC Genome Browser .
Översikt över all strukturell information tillgänglig i PDB för UniProt : Q13619 (Cullin-4A) i PDBe-KB .

Vidare läsning

Osaka F, Kawasaki H, Aida N, Saeki M, Chiba T, Kawashima S, Tanaka K, Kato S (aug 1998). "Ett nytt NEDD8-ligeringssystem för cullin-4A" . Gener & utveckling . 12 (15): 2263–8. doi : 10.1101/gad.12.15.2263 . PMC 317039 . PMID 9694792 .
Chen LC, Manjeshwar S, Lu Y, Moore D, Ljung BM, Kuo WL, Dairkee SH, Wernick M, Collins C, Smith HS (aug 1998). "Den mänskliga homologen för Caenorhabditis elegans cul-4-genen förstärks och överuttrycks i primär bröstcancer". Cancerforskning . 58 (16): 3677–83. PMID 9721878 .
Ohta T, Michel JJ, Schottelius AJ, Xiong Y (april 1999). "ROC1, en homolog av APC11, representerar en familj av cullinpartners med en associerad ubiquitinligasaktivitet" . Molekylär cell . 3 (4): 535–41. doi : 10.1016/S1097-2765(00)80482-7 . PMID 10230407 . S2CID 19371828 .
Hori T, Osaka F, Chiba T, Miyamoto C, Okabayashi K, Shimbara N, Kato S, Tanaka K (nov 1999). "Kovalent modifiering av alla medlemmar av humana kullinfamiljens proteiner av NEDD8" . Onkogen . 18 (48): 6829–34. doi : 10.1038/sj.onc.1203093 . PMID 10597293 .
Lyapina S, Cope G, Shevchenko A, Serino G, Tsuge T, Zhou C, Wolf DA, Wei N, Shevchenko A, Deshaies RJ (maj 2001). "Främjande av NEDD-CUL1-konjugatklyvning av COP9-signalosom". Vetenskap . 292 (5520): 1382–5. Bibcode : 2001Sci...292.1382L . doi : 10.1126/science.1059780 . PMID 11337588 . S2CID 14224920 .
Chen X, Zhang Y, Douglas L, Zhou P (dec 2001). "UV-skadade DNA-bindande proteiner är mål för CUL-4A-medierad ubiquitination och nedbrytning" . Journal of Biological Chemistry . 276 (51): 48175–82. doi : 10.1074/jbc.M106808200 . PMID 11673459 .
Yasui K, Arii S, Zhao C, Imoto I, Ueda M, Nagai H, Emi M, Inazawa J (juni 2002). "TFDP1, CUL4A och CDC16 identifierade som mål för amplifiering vid 13q34 i hepatocellulära karcinom" . Hepatologi . 35 (6): 1476–84. doi : 10.1053/jhep.2002.33683 . PMID 12029633 .
Liu J, Furukawa M, Matsumoto T, Xiong Y (dec 2002). "NEDD8-modifiering av CUL1 dissocierar p120(CAND1), en hämmare av CUL1-SKP1-bindning och SCF-ligaser" . Molekylär cell . 10 (6): 1511–8. doi : 10.1016/S1097-2765(02)00783-9 . PMID 12504025 . S2CID 28959307 .
Min KW, Hwang JW, Lee JS, Park Y, Tamura TA, Yoon JB (maj 2003). "TIP120A associerar med cullins och modulerar ubiquitinligasaktivitet" . Journal of Biological Chemistry . 278 (18): 15905–10. doi : 10.1074/jbc.M213070200 . PMID 12609982 .
Groisman R, Polanowska J, Kuraoka I, Sawada J, Saijo M, Drapkin R, Kisselev AF, Tanaka K, Nakatani Y (maj 2003). "Ubiquitinligasaktiviteten i DDB2- och CSA-komplexen regleras differentiellt av COP9-signalosomen som svar på DNA-skada. " Cell . 113 (3): 357–67. doi : 10.1016/S0092-8674(03)00316-7 . PMID 12732143 . S2CID 11639677 .
Higa LA, Mihaylov IS, Banks DP, Zheng J, Zhang H (november 2003). "Strålningsmedierad proteolys av CDT1 av CUL4-ROC1 och CSN-komplex utgör en ny kontrollpunkt". Naturens cellbiologi . 5 (11): 1008–15. doi : 10.1038/ncb1061 . PMID 14578910 . S2CID 26070877 .
Wertz IE, O'Rourke KM, Zhang Z, Dornan D, Arnott D, Deshaies RJ, Dixit VM (feb 2004). "Human De-etiolated-1 reglerar c-Jun genom att montera ett CUL4A ubiquitinligas" ( PDF) . Vetenskap . 303 (5662): 1371–4. Bibcode : 2004Sci...303.1371W . doi : 10.1126/science.1093549 . PMID 14739464 . S2CID 40501515 .
Obuse C, Yang H, Nozaki N, Goto S, Okazaki T, Yoda K (feb 2004). "Proteomikanalys av centromerkomplexet från HeLa-interfasceller: UV-skadat DNA-bindande protein 1 (DDB-1) är en komponent i CEN-komplexet, medan BMI-1 är tillfälligt samlokaliserat med den centromeriska regionen i interfas". Gener till celler . 9 (2): 105–20. doi : 10.1111/j.1365-2443.2004.00705.x . PMID 15009096 . S2CID 21813024 .
Hu J, McCall CM, Ohta T, Xiong Y (okt 2004). "Riktad ubiquitination av CDT1 av DDB1-CUL4A-ROC1-ligaset som svar på DNA-skada". Naturens cellbiologi . 6 (10): 1003–9. doi : 10.1038/ncb1172 . PMID 15448697 . S2CID 34194616 .
Nag A, Bagchi S, Raychaudhuri P (november 2004). "Cul4A associerar fysiskt med MDM2 och deltar i proteolysen av p53" . Cancerforskning . 64 (22): 8152–5. doi : 10.1158/0008-5472.CAN-04-2598 . PMID 15548678 .
Matsuda N, Azuma K, Saijo M, Iemura S, Hioki Y, Natsume T, Chiba T, Tanaka K, Tanaka K (maj 2005). "DDB2, xeroderma pigmentosum grupp E-genprodukten, ubiquityleras direkt av Cullin 4A-baserat ubiquitinligaskomplex". DNA reparation . 4 (5): 537–45. doi : 10.1016/j.dnarep.2004.12.012 . PMID 15811626 .