JUNQ a IPOD - JUNQ and IPOD - Wikipedia

„JUNQ“ přeadresuje tady. Pro zpěváka a herce viz Června.
Eukaryotické buňky třídí špatně poskládané proteiny do dvou oddílů kontroly kvality: JUNQ a IPOD na základě jejich ubikvitinačního stavu.

JUNQ a IPOD jsou typy cytosolický protein inkluzní orgány v eukaryoty.

Neurodegenerativní onemocnění, jako Parkinsonova choroba, Alzheimerova choroba, a Huntington, jsou spojeny a korelovány s agregace proteinů a akumulace špatně složené proteiny v inkluzní orgány. Po mnoho let byla agregace proteinů považována za náhodný proces, při kterém se špatně poskládané proteiny navzájem lepily a vytvářely inkluze[1] (představte si, že se svazek vlasů náhodně hromadí v rohu místnosti). Kromě toho byly proteinové agregáty považovány za toxické látky a příčinu neuronální dysfunkce a smrti. Nedávné studie využívající pokročilé metody (tj. fluorescenční mikroskopie ), ukazují, že agregace proteinů může být ve skutečnosti přísně regulovaným a organizovaným procesem, kterým se buňka chrání před toxickými proteiny sekvestrací do inkluzních tělísek.[2] V roce 2008, Daniel Kaganovič to ukázal eukaryotický buňky se třídí špatně složené proteiny do dvou odlišných inkluzních těl v dobře řízeném buněčném procesu:[3]

  1. The JUNQ (Oddělení kontroly jaderné kvality JUxta)
  2. The IPOD (Nerozpustný proteinový vklad)

JUNQ a IPOD jsou evolučně konzervované a nacházejí se na konkrétních a definovaných celulárních webech. Dodání nesprávně složených agregovaných proteinů do JUNQ a IPOD vyžaduje neporušené cytoskelet a specifické komponenty pro řízení kvality buněk, jako např Proteiny tepelného šoku (HSP).[4] Rozdělení do dvou odlišných inkluzních těl je způsobeno rozdílným zpracováním a zpracováním různých druhů špatně složené proteiny (např. ubikvitinovaný vs. neubiquitinované proteiny). Segregace agregátů toxických proteinů do inkluzních těl JUNQ a IPOD je prostředkem, kterým lze buňky savců omlazovat asymetrickým dělením.[5]

Objev JUNQ a IPOD tedy poskytl novou pozoruhodnou perspektivu toho, jak buňky spravují špatně složené agregované proteiny, a poskytl přesvědčivý důkaz, že agregace proteinů je nenáhodný, dobře regulovaný a kontrolovaný buněčný proces. Objev JUNQ a IPOD dále naznačil, že kromě časové kontroly kvality (tj. Časově závislé podávání poškozených proteinů) buňky využívají homeostáza prostorově:[6] Pokud degradace není k dispozici, ochrana buněčného prostředí před a špatně složený protein je dosaženo jeho sekvestrací do agregované inkluze.

Pozadí

Aby fungoval správně, většina bílkoviny musí zachovat nízkoenergetickou trojrozměrnou strukturu známou jako rodný stát. Stabilita proteinu je přísně regulována ve všech jeho životních fázích: od kolébky, jak je syntetizována v ribozom, přes skládání nebo montáž, až do hrobu - když je protein degradován a odstraněn z buněčného prostředí.[7] Protein homeostáza (proteostáza),[8] výsledky koordinovaného působení různých ramen buněčného systému řízení kvality: molekulární chaperony, proteázy a další regulační faktory. Buněčná životaschopnost tedy závisí na včasném a účinném řízení nesprávně složených proteinů. Takové řízení prostřednictvím mechanismu kontroly kvality zahrnuje rozpoznávání nesprávně složeného proteinu pomocí chaperony a E3 ligázy, ubikvitinace a degradace.

Kolaps proteostázy v důsledku poškození, stresu, mutace, a stárnutí, byl implikován jako základ pro velké množství běžných lidských poruch, jako je neurodegenerativní onemocnění.[9] Ačkoli je způsoben různými druhy mutovaných proteinů (např Huntingtonova choroba - protein Huntingtin ) a působí rušivě na odlišné tkáně (např Huntingtonova choroba - striatum ), tato onemocnění mají společný rys: akumulace špatně složených proteinů v inkluzní orgány. Předpokládalo se tedy, že příčinou těchto nemocí jsou inkluzní tělíska. Povaha a vlastnosti těchto intracelulárních inkluzních těl však zůstaly nepolapitelné. Různé druhy bílkovin (např. priony, VYDÁVAT substráty ) údajně tvořily různé druhy inkluzních orgánů (např. agresory, amyloidy ), přesto zůstalo nejasné, pokud se tato pozorování spojí do jednoho a týkají se stejného subcelulárního místa. Cesty vedoucí k tvorbě inkluze a zapojení aparátu kontroly kvality buněčného proteinu byly navíc nedefinované a neznámé. Systematická studie tedy poskytuje komplexní pochopení agregace proteinů a inkluzní orgány bylo požadováno. Objev JUNQ a IPOD[3] navrhl nové poznatky o tom, jak buňka zvládá různé druhy špatně složených proteinů, a nabídl nový rámec pro sestavení velké skládačky agregace proteinů.[2]

Eukaryotické buňky třídí špatně poskládané proteiny na základě jejich stavu ubikvitinace do dvou oddílů kontroly kvality: 1. JUNQ (zelený), který je připoután k jádro (oranžová) 2. IPOD (zelená), který je připoután k vakuola (Černý stín)

Objev

Osud špatně složené proteiny a proces vedoucí k tvorbě agregátních inkluzí, byly původně studovány pomocí biochemické metody (např. western blot ).

Hlubší vhled do biologického procesu kontroly kvality a agregace proteinů umožnil nový přístup k pohledu na tento problém, nazývaný „Live Cell Imaging“.[10]

Živé zobrazení buněk umožňuje in vivo sledování proteinů v prostoru a čase, v jejich přirozeném endogenním prostředí. Taková metoda tedy poskytuje více informací o dynamice a fázích biologických dějů a procesů. Metoda využívá výhody snadno zjistitelné fluorescenční proteiny fúzovaný s požadovaným proteinem, který pak může být sledován uvnitř buňky pomocí a fluorescenční mikroskop. Buňka může být poté ošetřena narušením zájmu (např. Lékem, expresí a špatně složený protein ) a různé vlastnosti fluorescenčně značeného proteinu lze testovat pomocí časosběrná mikroskopie:

  1. Změny úrovně fluorescence indikují změny úrovní exprese (tj. Vyšší hladiny = upregulace proteinu)
  2. Změny lokalizace (např. Vstup proteinu z cytosol do jádro )
  3. Rozpustnost (např. Použitím FRAP test[11])
  4. Souhra s intracelulárním prostředím (např. Pomocí FLIP test[11])

Aby bylo možné sledovat osud cytosolický špatně složené proteiny in vivo, a plazmid nesoucí a GFP označený skládací reportér byl naklonovaný. Skládací reportér, modelový protein pro agregaci, byl Ubc9 (SUMO-konjugující enzym) mutant (UBC9ts), přechovávající a missense mutace (Y68L ) s teplotně citlivým (ts) fenotypem.[12][13] Okrajově stabilní Ubc9ts je plně funkční pod fyziologický permisivní podmínky (25 ° C) v důsledku aktivní buňky chaperony. GFP – Ubc9ts byl transformovaný do droždí a vizualizovat pomocí a fluorescenční mikroskop.

Monitorování skládacího senzoru GFP – Ubc9ts mělo naznačovat buněčnou proteostázu a testovat schopnost systému kontroly kvality buněčného proteinu vypořádat se s různými druhy stresu. Poté bylo pozorováno, že za normálních podmínek je GFP – Ubc9ts rozptýlen v jádro a v cytosol. Nicméně, na tepelný šok „GFP – Ubc9ts vytvořily cytosolické bodové struktury. Nápadně, když proteazom byla narušena a clearance nesprávně složeného proteinu o degradace byl zablokován, dva odlišné cytosolický bylo pozorováno, že se tvoří inkluze. Standardní a konzervativní biochemické metody, jako např frakcionace buněk a western blot by neprozradil rozdělení na dva typy cytosolických agregátů.

Ukázalo se, že dvě detekované inkluze jsou evolučně konzervované oddělení kontroly kvality s různými vlastnostmi a odlišnými funkcemi. Byly pojmenovány JUNQ (oddělení kontroly jaderné kvality JUxta) a IPOD (vklad nerozpustných proteinů),[3] a představují dvě buněčné dráhy pro sekvestraci a řízení agregace náchylných, potenciálně toxických proteinů.

Rozdělení substrátů pro kontrolu kvality (tj. špatně složené proteiny ) do kteréhokoli oddělení závisí na jejich ubikvitinace stav a agregační stav (tj. rozpustnost):

Proteiny, které jsou ubikvitinovány, jsou dodávány na JUNQ, kde jsou zpracovávány pro degradaci proteazom. Špatně poskládané proteiny, které nejsou ubikvitinovány a terminálně agregovány, jsou izolovány do IPOD.

Subcelulární umístění a špatně složený protein (tj. v JUNQ nebo v IPOD) poskytuje informace o jeho interakci s mechanizmem kontroly kvality buněčných proteinů (např. E3 ligáza ).

JUNQ

JUNQ je JUxta Njasný Qprostor pro kontrolu uality.

Zahrnutí JUNQ z pohledu ubikvitinovaného proteinu VHL (zelené) je upoutáno na jádro (oranžový).

Význam

K udržení buněčné homeostázy musí systém kontroly kvality buněk rozlišovat mezi složenými a špatně složenými proteiny. Špatně složený protein bude rozpoznán a pečlivě se o něj postará opětovné složení nebo ubikvitinace a proteazomální degradace.

Buněčný vzestup nesprávně složených proteinových zátěží však v důsledku různých druhů stresu (např. tepelný šok ), může nasytit a vyčerpat strojní zařízení pro kontrolu kvality. V takových případech degradace špatně složené proteiny není k dispozici a musí být proveden druhý řádek aktivního mechanismu buněčné obrany: směrování špatně složené proteiny na konkrétní mobilní stránky.[2]

JUNQ slouží jako takové místo pro sekvestraci. Ukázalo se to[3] že když je proteazom narušen (např. nízkou úrovní exprese proteazom podjednotka RPN11), ubikvitinovaný špatně složené proteiny jsou tříděny do JUNQ. Po zotavení ze stresových podmínek (např. Zotavení z tepelný šok při dovolené teplotě), špatně složené proteiny které se hromadí v JUNQ, mohou být buď znovu složeny buňkou garde strojní zařízení nebo degradován 26S proteazom. Sekvestrace proteinu na JUNQ je tedy reverzibilní.

Vlastnosti

JUNQ je non- membrána vázané buněčné místo nacházející se na okraji jádra, v těsné blízkosti endoplazmatické retikulum. FRAP a FLIP testy odhalily, že proteiny v JUNQ jsou rozpustné a směňují se s cytosol, což naznačuje, že JUNQ má dynamickou strukturu.

Dodání na JUNQ závisí na molekulární chaperony a pomocné chaperony a na aktin cytoskelet.[4] Špatně poskládané proteiny musí být ubikvitinovaný seřadit podle JUNQ. Li ubikvitinace je blokován, a špatně složený protein bude směřovat k zařazení IPOD. Špatně složený protein akumulace rekrutuje 26S proteazomů na JUNQ.

IPOD

IPOD je Jánerozpustný Protein Dpřihrádka na eposit.

IPOD inkluze viděná ne-ubikvitinovaným proteinem VHL (červená), připoutaná k vakuola (zelená).

Význam

Je stále zřetelnější, že se buněčná kapacita udržuje proteostáza[8] klesá s věkem,[9] čímž způsobují pozdní nástup neurodegenerativní nemoci. U takových onemocnění (např. Huntingtonova choroba ), a zmutovaný protein se špatně složí a stane se toxickým pro buněčné prostředí různými způsoby, jako je denaturace cytosolických proteinů.[14] Vzhledem k tomu, že tyto toxické druhy nejsou schopné degradovat, musí je izolovat, aby nedošlo k jejich nebezpečné interakci s buňkou proteom. IPOD byl zobrazen[3] být subcelulárním místem, na které je toxický amyloidogenní proteiny jsou izolovány, čímž slouží jako ochranný prostor pro kontrolu kvality.

Navíc to navrhl Lindquistova skupina, že IPOD je web, kde kvasinkové priony podstoupit proces zrání.[15] IPOD tedy může sloužit nejen jako místo sekvestrace, ale také jako funkční kompartment.[15]

Vlastnosti

IPOD není membrána vázané buněčné místo, které se v kvasinkách nachází u vakuola. FRAP a FLIP testy odhalily, že proteiny v IPOD jsou těsně zabalené, nerozpustné a nevyměňují se s cytosol. Amyloidogenní proteiny, jako je Huntingtin protein, jsou substráty IPOD.

Špatně poskládané proteiny musí býtubikvitinovaný k roztřídění na IPOD. Ubikvitinace jinak IPOD substrátu, jako je RNQ1 houbový prion, bude mít za následek jeho sekvestraci do zařazení JUNQ.

Při akumulaci špatně složené proteiny, disagregáza garde, Protein AAA HSP104, lokalizuje se na IPOD. Je třeba ještě určit, zda HSP104 funguje v IPOD nebo je tam jednoduše izolován a je napojen na substrát.

Pre-autofagozomální struktura (PAS) je lokalizována IPOD.[16] Nebylo však prokázáno, že substráty IPOD jsou dodávány do vakuoly, a tak spojení mezi IPOD a autofagie je třeba ještě určit.[3]

Viz také

Reference

  1. ^ Treusch, Sebastian; Cyr, Douglas M .; Lindquist, Susan (2009). „Amyloidní depozity: ochrana před toxickými bílkovinnými druhy?“ (PDF). Buněčný cyklus. 8 (11): 1668–74. doi:10,4161 / cc.8.11.8503. PMC  4451085. PMID  19411847.
  2. ^ A b C Tyedmers, Jens; Mogk, Axel; Bukau, Bernd (2010). "Buněčné strategie pro řízení agregace proteinů". Nature Reviews Molecular Cell Biology. 11 (11): 777–88. doi:10.1038 / nrm2993. PMID  20944667. S2CID  22449895.
  3. ^ A b C d E F Kaganovič, Daniel; Kopito, Ron; Frydman, Judith (2008). „Chybně složené bílkoviny se dělí mezi dva odlišné oddíly kontroly kvality“. Příroda. 454 (7208): 1088–95. Bibcode:2008 Natur.454.1088K. doi:10.1038 / nature07195. PMC  2746971. PMID  18756251.
  4. ^ A b Specht, S .; Miller, S. B. M .; Mogk, A .; Bukau, B. (2011). „Hsp42 je vyžadován pro sekvestraci proteinových agregátů do depozičních míst v Saccharomyces cerevisiae“. The Journal of Cell Biology. 195 (4): 617–29. doi:10.1083 / jcb.201106037. PMC  3257523. PMID  22065637.
  5. ^ Ogrodnik M, Salmonowicz H, Brown R, Turkowska J, Sredniawa W, Pattabiraman S, Amen T, Abraham AC, Eichler N, Lyakhovetsky R, Kaganovich D (2014). „Dynamická inkluzní tělíska JUNQ jsou asymetricky zděděna v savčích buněčných liniích prostřednictvím asymetrického rozdělení vimentinu“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 111 (22): 8049–54. Bibcode:2014PNAS..111,8049O. doi:10.1073 / pnas.1324035111. PMC  4050583. PMID  24843142.
  6. ^ Nystrom, T. (2010). „Kontrola kvality prostorových bílkovin a vývoj stárnutí specifického pro danou linii“. Filozofické transakce Královské společnosti B: Biologické vědy. 366 (1561): 71–5. doi:10.1098 / rstb.2010.0282. PMC  3001311. PMID  21115532.
  7. ^ Morimoto, R. I .; Cuervo, A. M. (2009). „Homeostáza a stárnutí bílkovin: péče o proteiny od kolébky po hrob“. The Journals of Gerontology Series A: Biological Sciences and Medical Sciences. 64A (2): 167–70. doi:10.1093 / gerona / gln071. PMC  2655025. PMID  19228787.
  8. ^ A b Powers, Evan T .; Morimoto, Richard I .; Dillin, Andrew; Kelly, Jeffery W .; Balch, William E. (2009). „Biologické a chemické přístupy k chorobám z nedostatku proteostázy“. Roční přehled biochemie. 78: 959–91. doi:10.1146 / annurev.biochem.052308.114844. PMID  19298183.
  9. ^ A b Ben-Zvi, A .; Miller, E. A .; Morimoto, R. I. (2009). „Kolaps proteostázy představuje časnou molekulární událost u stárnutí Caenorhabditis elegans“. Sborník Národní akademie věd. 106 (35): 14914–9. Bibcode:2009PNAS..10614914B. doi:10.1073 / pnas.0902882106. JSTOR  40484529. PMC  2736453. PMID  19706382.
  10. ^ "Live-Cell Imaging".
  11. ^ A b Lippincott-Schwartz, J .; Patterson, GH (2003). „Vývoj a použití fluorescenčních markerů bílkovin v živých buňkách“. Věda. 300 (5616): 87–91. Bibcode:2003Sci ... 300 ... 87L. doi:10.1126 / science.1082520. PMID  12677058. S2CID  7831723.
  12. ^ Seufert, W .; Seufert, W (1996). „Kvasinková mutace proteinu Ubc9 s teplotně citlivou funkcí in vivo podléhá podmíněné proteolýze cestou závislou na ubikvitinu a proteazomu“. Journal of Biological Chemistry. 271 (42): 25790–6. doi:10.1074 / jbc.271.42.25790. PMID  8824207.
  13. ^ Tongaonkar, Prasad; Beck, Konrad; Shinde, Ujwal P .; Madura, Kiran (1999). „Charakterizace teplotně citlivého mutantu enzymu konjugujícího s ubikvitinem a jeho použití jako tepelně indukovatelného signálu degradace“. Analytická biochemie. 272 (2): 263–9. doi:10.1006 / abio.1999.4190. PMID  10415098.
  14. ^ Anglie, Jeremy L .; Kaganovich, Daniel (2011). „Polyglutamin vykazuje močovinovou afinitu k rozloženému cytosolickému proteinu“. FEBS Dopisy. 585 (2): 381–4. doi:10.1016 / j.febslet.2010.12.023. PMID  21176779. S2CID  348468.
  15. ^ A b Tyedmers, J .; Treusch, S .; Dong, J .; McCaffery, J. M .; Bevis, B .; Lindquist, S. (2010). „Prionová indukce zahrnuje starodávný systém sekvestrace agregovaných proteinů a dědičné změny v fragmentaci prionů“. Sborník Národní akademie věd. 107 (19): 8633–8. Bibcode:2010PNAS..107 8633T. doi:10.1073 / pnas.1003895107. PMC  2889312. PMID  20421488.
  16. ^ Suzuki, K .; Kirisako, T; Kamada, Y; Mizushima, N; Noda, T; Ohsumi, Y (2001). „Pre-autofagozomální struktura organizovaná společnými funkcemi genů APG je nezbytná pro tvorbu autofagozomů“. Časopis EMBO. 20 (21): 5971–81. doi:10.1093 / emboj / 20.21.5971. PMC  125692. PMID  11689437.

externí odkazy