Endoplasmatisk-retikulum-associerad proteinnedbrytning

Endoplasmatisk-retikulum-associerad proteinnedbrytning är en av flera proteinnedbrytningsvägar i ER

Endoplasmatisk-retikulum-associerad proteinnedbrytning ( ERAD ) betecknar en cellulär väg som riktar sig mot felveckade proteiner i det endoplasmatiska retikulumet för ubiquitination och efterföljande nedbrytning av ett proteinnedbrytande komplex, kallat proteasomen .

Mekanism

Processen för ERAD kan delas in i tre steg:

Igenkänning av felveckade eller muterade proteiner i det endoplasmatiska retikulumet

Igenkännandet av felveckade eller muterade proteiner beror på detekteringen av substrukturer inom proteiner såsom exponerade hydrofoba regioner, oparade cysteinrester och omogna glykaner .

I däggdjursceller till exempel, finns det en mekanism som kallas glykanbearbetning. I denna mekanism lektin -typ chaperones calnexin / calreticulin (CNX/CRT) omogna glykoproteiner möjligheten att nå sin ursprungliga konformation. De kan göra detta genom att reglera dessa glykoproteiner med ett enzym som kallas UDP - glukos - glykoprotein glukosyltransferas även känt som UGGT . Terminalt felveckade proteiner måste dock extraheras från CNX/CRT. Detta utförs av medlemmar av EDEM-familjen (ER-nedbrytningsförstärkande α-mannosidas-liknande protein) (EDEM1-3) och ER-mannosidas I. Detta mannosidas tar bort en mannosrest från glykoproteinet och den senare känns igen av EDEM. Så småningom kommer EDEM att inrikta sig på de felveckade glykoproteinerna för nedbrytning genom att underlätta bindning av ERAD- lektinerna OS9 och XTP3-B.

Retro-translokation till cytosolen

Eftersom ubiquitin-proteasomsystemet (UPS) är beläget i cytosolen, måste terminalt felveckade proteiner transporteras från det endoplasmatiska retikulumet tillbaka till cytoplasman. De flesta bevis tyder på att Hrd1 E3 ubiquitin-proteinligas kan fungera som ett retrotranslokon eller dislokon för att transportera substrat in i cytosolen. Hrd1 krävs inte för alla ERAD-händelser, så det är troligt att andra proteiner bidrar till denna process. Till exempel känns glykosylerade substrat igen av E3 Fbs2-lektinet. Vidare kräver denna förflyttning en drivkraft som bestämmer transportriktningen. Eftersom polyubiquitination är avgörande för export av substrat , är det allmänt trott att denna drivkraft tillhandahålls av ubiquitinbindande faktorer. En av dessa ubiquitinbindande faktorer är Cdc48p-Npl4p-Ufd1p-komplexet i jäst. Människor har homologen av Cdc48p känd som valosin-innehållande protein (VCP/p97) med samma funktion som Cdc48p. VCP/p97 transporterar substrat från det endoplasmatiska retikulumet till cytoplasman med dess ATPas-aktivitet.

Ubiquitin-beroende nedbrytning av proteasomen

Ubiquitinering av terminalt felveckade proteiner orsakas av en kaskad av enzymatiska reaktioner. Den första av dessa reaktioner äger rum när det ubiquitinaktiverande enzymet El hydrolyserar ATP och bildar en högenergi tioesterbindning mellan en cysteinrest i dess aktiva ställe och C-terminalen av ubiquitin. Det resulterande aktiverade ubiquitinet skickas sedan till E2, som är ett ubiquitin-konjugerande enzym . En annan grupp av enzymer, mer specifikt ubiquitinproteinligaser som kallas E3, binder till det felveckade proteinet. Därefter anpassar de proteinet och E2, vilket underlättar vidhäftningen av ubiquitin till lysinrester av det felveckade proteinet. Efter successiv tillsats av ubikvitinmolekyler till lysinrester av det tidigare fästa ubikitinet, bildas en polyubiquitinkedja. Ett polyubiquitinerat protein produceras och detta känns igen av specifika subenheter i 19S-kapslingskomplexen av 26S-proteasomen. Härefter polypeptidkedjan in i den centrala kammaren i 20S-kärnregionen som innehåller de proteolytiskt aktiva platserna. Ubiquitin klyvs före terminal matsmältning av deubiquitinating enzymer. Detta tredje steg är mycket nära förknippat med det andra, eftersom ubiquitination äger rum under translokationshändelsen. Den proteasomala nedbrytningen sker dock i cytoplasman.

ERAD ubiquitination maskineri

Det ER-membranförankrade RING-fingret som innehåller ubiquitinligaserna Hrd1 och Doa10 är de huvudsakliga mediatorerna för substratubiquitinering under ERAD. Det svansförankrade membranproteinet Ubc6 såväl som Ubc1 och det Cue1-beroende membranbundna Ubc7 är de ubiquitinkonjugerande enzymerna som är involverade i ERAD.

Kontrollpunkter

Eftersom variationen av ERAD-substrat är enorm, har flera variationer av ERAD-mekanismen föreslagits. Det bekräftades faktiskt att lösliga membran- och transmembranproteiner kändes igen av olika mekanismer . Detta ledde till identifieringen av 3 olika vägar som i själva verket utgör 3 kontrollpunkter.

  • Den första kontrollpunkten kallas ERAD-C och övervakar veckningstillståndet för membranproteinernas cytosoliska domäner. Om defekter upptäcks i de cytosoliska domänerna kommer denna kontrollpunkt att ta bort det felveckade proteinet.
  • När de cytosoliska domänerna visar sig vara korrekt vikta, kommer membranproteinet att passera till en andra kontrollpunkt där de luminala domänerna övervakas. Denna andra kontrollpunkt kallas ERAD-L-vägen. Inte bara membranproteiner som överlever den första kontrollpunkten kontrolleras för sina luminala domäner, även lösliga proteiner inspekteras med denna väg eftersom de är helt luminala och därmed kringgår den första kontrollpunkten. Om en lesion i de luminala domänerna detekteras, bearbetas det involverade proteinet för ERAD med användning av en uppsättning faktorer inklusive det vesikulära trafficking-maskineriet som transporterar felveckade proteiner från det endoplasmatiska retikulumet till Golgi-apparaten .
  • Även en tredje kontrollpunkt har beskrivits som bygger på inspektion av transmembrandomäner av proteiner. Den kallas ERAD-M-vägen men det är inte särskilt tydlig i vilken ordning den ska placeras med hänsyn till de två tidigare beskrivna vägarna.

Sjukdomar associerade med ERAD-fel

Eftersom ERAD är en central del av den sekretoriska vägen, kan störningar i dess aktivitet orsaka en rad mänskliga sjukdomar. Dessa störningar kan delas in i två grupper.

Den första gruppen är resultatet av mutationer i ERAD-komponenter, som sedan förlorar sin funktion. Genom att förlora sin funktion kan dessa komponenter inte längre stabilisera avvikande proteiner, så att de senare ackumuleras och skadar cellen. Ett exempel på en sjukdom som orsakas av denna första grupp av sjukdomar är Parkinsons sjukdom . Det orsakas av en mutation i parkingenen . Parkin är ett protein som fungerar i komplex med CHIP som ett ubiquitinligas och övervinner ackumuleringen och aggregeringen av felveckade proteiner.

[Det finns många teorier om orsakerna till Parkinsons sjukdom, förutom den som presenteras här. Många av dessa finns i avsnittet på Wikipedia som ägnas åt Parkinsons sjukdom.]

I motsats till denna första grupp av störningar, orsakas den andra gruppen av för tidig nedbrytning av sekretoriska eller membranproteiner. På detta sätt kan dessa proteiner inte distribueras till distala fack, vilket är fallet vid cystisk fibros .

ERAD och HIV

Som beskrivits tidigare är tillägget av polyubiquitin-kedjor till ERAD-substrat avgörande för deras export. HIV använder en effektiv mekanism för att dislokera ett enmembranomspännande värdprotein, CD4 , från akuten och skickar det till ERAD. Vpu-proteinet av HIV-1 är ett protein på ER-membranet och riktar sig mot nytillverkad CD4 i det endoplasmatiska retikulumet för nedbrytning av cytosoliska proteasomer. Vpu använder bara en del av ERAD-processen för att degradera CD4. CD4 är normalt ett stabilt protein och kommer sannolikt inte att vara ett mål för ERAD. HIV producerar dock membranproteinet Vpu som binder till CD4. Vpu-proteinet behåller huvudsakligen CD4 i ER genom SCFβ-TrCP-beroende ubiquitination av CD4 cytosoliska svans- och transmembrandomän (TMD) interaktioner. CD4 Gly415 är en bidragande faktor till CD4-Vpu-interaktioner, flera TMD-medierade mekanismer av HIV-1 Vpu är nödvändiga för att nedreglera CD4 och därmed främja viral patogenes. CD4 som behålls i ER kommer att vara ett mål för en variant av ERAD-vägen snarare än att förekomma övervägande vid plasmamembranet utan närvaro av Vpu genom RESET-vägen. Vpu förmedlar CD4-retentionen i ER och tillägget av nedbrytning. Eftersom Vpu är fosforylerad , efterliknar den substrat för E3-komplexet SCF βTrCP . I celler som är infekterade med HIV interagerar SCF βTrCP med Vpu och ubiquitinerar CD4, som sedan bryts ned av proteasomen. Vpu själv flyr från nedbrytningen.

Frågor

De stora öppna frågorna relaterade till ERAD är:

  • Hur känns felveckade proteiner mer specifikt igen?
  • Hur differentieras ERAD-substrat/luminala substrat och membransubstrat för retrotranslokation?
  • Är retrotranslokationen bevarad över jästen till mänskligt system?
  • Vilken är kanalen för retrotranslokation av luminala ER-proteiner?
  • Vilket E3-ligas märker slutligen proteinerna för den proteasomala nedbrytningen? [ citat behövs ]

Se även

Vidare läsning

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Endoplasmic-reticulum-associated_protein_degradation&oldid=1092909456 "