Pravidlo N-end - N-end rule

The N-koncové pravidlo je pravidlo, kterým se řídí sazba degradace bílkovin prostřednictvím rozpoznávání N-koncového zbytku proteinů. Pravidlo stanoví, že N-terminální aminokyselina proteinu určuje jeho poločas (čas, po kterém se rozloží polovina celkového množství daného polypeptidu). Toto pravidlo platí pro eukaryotické i prokaryotické organismy, ale s odlišnou silou, pravidly a výsledkem.[1] V eukaryotických buňkách jsou tyto N-koncové zbytky rozpoznávány a cíleny ubikvitinové ligázy zprostředkování ubikvitinace čímž označuje protein pro degradaci.[2] Pravidlo bylo původně objeveno uživatelem Alexander Varshavsky a spolupracovníky v roce 1986.[3] Z tohoto „pravidla“ však lze odvodit pouze hrubé odhady poločasu bílkovin, protože modifikace N-koncových aminokyselin může vést k variabilitě a anomáliím, zatímco vliv aminokyselin se může také změnit z organismu na organismus. Další degradační signály, známé jako degrons, lze také nalézt postupně.

Pravidla v různých organismech

Pravidlo může u různých organismů fungovat odlišně.

Droždí

N-terminální zbytky - přibližný poločas proteinů pro S. cerevisiae[3]

  • Met, Gly, Ala, Ser, Thr, Val, Pro -> 20 hodin (stabilizační)
  • Ile, Glu - cca. 30 min (stabilizační)
  • Tyr, Gln - přibl. 10 min (destabilizující)
  • Leu, Phe, Asp, Lys - přibl. 3 min (destabilizující)
  • Arg - přibl. 2 min (destabilizující)

Savci

„N“ -terminální zbytky - přibližný poločas proteinů v savčích systémech [4]

  • Val -> 100h
  • Met, Gly -> 30 hodin
  • Pro -> 20 hodin
  • Ile -> 20 hodin
  • Thr -> 7,2 h
  • Leu -> 5,5 h
  • Ala -> 4,4 h
  • Jeho -> 3,5 hodiny
  • Trp -> 2,8 hodiny
  • Tyr -> 2,8 h
  • Ser -> 1,9 h
  • Asn -> 1,4 h
  • Lys -> 1,3 h
  • Cys -> 1,2 h
  • Asp -> 1,1 h
  • Phe -> 1,1 h
  • Glu -> 1,0 h
  • Arg -> 1,0 h
  • Gln -> 0,8 h

Bakterie

v Escherichia coli, kladně nabité a některé alifatické a aromatické zbytky na N-konci, jako arginin, lysin, leucin, fenylalanin, tyrosin a tryptofan, mají krátký poločas kolem 2 minut a rychle se odbourávají.[5] Tyto zbytky (pokud jsou umístěny na N-konci proteinu) jsou označovány jako destabilizující zbytky. V bakteriích lze destabilizující zbytky dále definovat jako Primární destabilizující zbytky (leucin, fenylalanin, tyrosin a tryptofan) nebo sekundární destabilizující zbytky (arginin, lysin a ve zvláštním případě methionin [6] ). Sekundární destabilizující zbytky jsou modifikovány připojením primárního destabilizačního zbytku enzym leucyl / fenylalanyl-tRNA-protein transferáza.[5][6] Všechny ostatní aminokyseliny, pokud jsou lokalizovány na N-konci proteinu, jsou označovány jako stabilizační zbytky a mají poločasy více než 10 hodin.[5] Proteiny nesoucí N-terminál Primární destabilizující zbytek jsou specificky rozpoznávány bakteriálním N-rozpoznáváním (rozpoznávací složkou) ClpS.[7][8] ClpS je jako specifický adaptorový protein pro ATP-dependentní AAA + proteáza ClpAP, a proto ClpS dodává N-degron substráty do ClpAP k degradaci.

Složitým problémem je, že první zbytek bakteriálních proteinů je normálně exprimován N-koncem formylmethionin (f-Met). Formylová skupina tohoto methioninu se rychle odstraní a samotný methionin se poté odstraní pomocí methionylaminopeptidáza. Odstranění methioninu je účinnější, když je druhý zbytek malý a nenabitý (například alanin), ale neúčinné, pokud je objemný a nabitý, jako je arginin. Jakmile je f-Met odstraněn, druhý zbytek se stane N-koncovým zbytkem a podléhá pravidlu N-konce. Zbytky se středními postranními řetězci, jako je leucin, jako druhý zbytek, proto mohou mít krátký poločas.[9]

Chloroplasty

Existuje několik důvodů, proč je možné, že pravidlo N-end funguje v chloroplastová organela rostlinných buněk.[10] První důkaz pochází z endosymbiotická teorie který zahrnuje myšlenku, ze které pochází chloroplasty sinice, fotosyntetický organismy, které mohou přeměňovat světlo na energii.[11][12] Předpokládá se, že chloroplast se vyvinul z endosymbiózy mezi a eukaryotická buňka a sinice, protože chloroplasty sdílejí s bakterií několik funkcí, včetně fotosyntetických schopností.[11][12] Pravidlo bakteriálního N-konce je již dobře zdokumentováno; zahrnuje systém proteázy Clp, který se skládá z adaptorového proteinu ClpS a ClpA / P chaperonové a proteázové jádro.[5][7][13] Podobný systém Clp je přítomen ve stromatu chloroplastů, což naznačuje, že pravidlo N-end může fungovat podobně v chloroplastech a bakteriích.[10][14]

Dále studie z roku 2013 v Arabidopsis thaliana odhalil protein ClpS1, možný plastid homolog bakteriální ClpS rozpoznáno.[15] ClpS je bakteriální adaptační protein, který je zodpovědný za rozpoznávání proteinových substrátů prostřednictvím jejich N-koncových zbytků a jejich dodávání do proteázového jádra k degradaci.[7] Tato studie naznačuje, že ClpS1 je funkčně podobný ClpS, hraje také roli v rozpoznávání substrátu prostřednictvím specifických N-koncových zbytků (degrons ) jako jeho bakteriální protějšek.[15] Předpokládá se, že po rozpoznání se ClpS1 váže na tyto substrátové proteiny a přivádí je do ClpC garde proteázového jádrového aparátu k zahájení degradace.[15]

V jiné studii Arabidopsis thaliana stromální proteiny byly analyzovány za účelem stanovení relativního množství specifických N-koncových zbytků.[16] Tato studie odhalila, že alanin, serin, threonin a valin byly nejhojnějšími N-koncovými zbytky, zatímco leucin, fenylalanin, tryptofan a tyrosin (všechny spouštěče degradace v bakteriích) byly mezi zbytky, které byly zřídka detekovány.[16]

Dále byl proveden test afinity s použitím ClpS1 a N-koncových zbytků, aby se určilo, zda ClpS1 skutečně měl specifické vazebné partnery.[17] Tato studie odhalila, že fenylalanin a tryptofan se vážou specificky na ClpS1, což z nich dělá hlavní kandidáty na N-degrony v chloroplastech.[17]

V současné době probíhá další výzkum s cílem potvrdit, zda pravidlo N-end funguje v chloroplastech.[10][17]

Apicoplast

An apicoplast je odvozený ne-fotosyntetický plastid nalezené ve většině Apicomplexa, počítaje v to Toxoplasma gondii, Plasmodium falciparum a další Plasmodium spp. (paraziti způsobující malárii). Podobně jako u rostlin, několik Apicomplexa n druhů, včetně Plasmodium falciparum obsahovat všechny potřebné součásti [18][19] vyžadováno pro Applastovou lokalizovanou Clp-proteázu, včetně potenciálu homolog bakteriální ClpS N-rozpoznává.[20][21] Údaje in vitro to dokazují Plasmodium falciparum ClpS je schopen rozpoznat řadu N-koncových primárních destabilizujících zbytků, nejen klasický bakteriální Primární destabilizující zbytky (leucin, fenylalanin, tyrosin a tryptofan), ale také N-terminální isoleucin, a proto vykazuje širokou specificitu (ve srovnání s jeho bakteriálním protějškem) [21].

Reference

  1. ^ Varshavsky A (leden 1997). "Cesta pravidla N-end degradace proteinu". Geny do buněk. 2 (1): 13–28. doi:10.1046 / j.1365-2443.1997.1020301.x. PMID  9112437. S2CID  27736735.
  2. ^ Tasaki T, Sriram SM, Park KS, Kwon YT (2012). „Cesta pravidla N-end“. Roční přehled biochemie. 81: 261–89. doi:10,1146 / annurev-biochem-051710-093308. PMC  3610525. PMID  22524314.
  3. ^ A b Bachmair A, Finley D, Varshavsky A (říjen 1986). „Poločas rozpadu proteinu in vivo je funkcí jeho amino-terminálního zbytku.“ Věda. 234 (4773): 179–86. doi:10.1126 / science.3018930. PMID  3018930.
  4. ^ Gonda DK, Bachmair A, Wünning I, Tobias JW, Lane WS, Varshavsky A (říjen 1989). "Univerzálnost a struktura pravidla N-konce". The Journal of Biological Chemistry. 264 (28): 16700–12. PMID  2506181.
  5. ^ A b C d Tobias JW, Shrader TE, Rocap G, Varshavsky A (listopad 1991). "Pravidlo N-end v bakteriích". Věda. 254 (5036): 1374–7. doi:10.1126 / science.1962196. PMID  1962196.
  6. ^ A b Ninnis RL, Spall SK, Talbo GH, Truscott KN, Dougan DA (červen 2009). „Modifikace PATázy pomocí L / F-transferázy generuje substrát pravidla N-konce závislého na ClpS v Escherichia coli“. Časopis EMBO. 28 (12): 1732–44. doi:10.1038 / emboj.2009.134. PMC  2699360. PMID  19440203.
  7. ^ A b C Erbse A, Schmidt R, Bornemann T, Schneider-Mergener J, Mogk A, Zahn R a kol. (Únor 2006). „ClpS je základní součástí dráhy pravidel N-end v Escherichia coli“. Příroda. 439 (7077): 753–6. doi:10.1038 / nature04412. PMID  16467841.
  8. ^ Schuenemann VJ, Kralik SM, Albrecht R, Spall SK, Truscott KN, Dougan DA, Zeth K (květen 2009). „Strukturní základ rozpoznávání substrátu pravidla N-konce v Escherichia coli pomocí adaptivního proteinu ClpAP ClpS“. Zprávy EMBO. 10 (5): 508–14. doi:10.1038 / embor.2009.62. PMC  2680879. PMID  19373253.
  9. ^ Hirel PH, Schmitter MJ, Dessen P, Fayat G, Blanquet S (listopad 1989). „Rozsah excize N-konce methioninu z proteinů Escherichia coli je řízen délkou postranního řetězce předposlední aminokyseliny.“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 86 (21): 8247–51. doi:10.1073 / pnas.86.21.8247. PMC  298257. PMID  2682640.
  10. ^ A b C Bouchnak I, van Wijk KJ (říjen 2019). „N-Degron Pathways in Plastids“. Trendy ve vědě o rostlinách. 24 (10): 917–926. doi:10.1016 / j.tplantts.2019.06.013. PMID  31300194.
  11. ^ A b Archibald JM (říjen 2015). „Endosymbióza a vývoj eukaryotických buněk“. Aktuální biologie. 25 (19): R911-21. doi:10.1016 / j.cub.2015.07.055. PMID  26439354.
  12. ^ A b McFadden GI (leden 2001). "Původ a integrace chloroplastů". Fyziologie rostlin. 125 (1): 50–3. doi:10.1104 / pp.125.1.50. PMC  1539323. PMID  11154294.
  13. ^ Dougan DA, Micevski D, Truscott KN (leden 2012). „Cesta pravidla N-end: od rozpoznávání N-rozpoznáváním po zničení proteasami AAA +“. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - výzkum molekulárních buněk. 1823 (1): 83–91. doi:10.1016 / j.bbamcr.2011.07.002. PMID  21781991.
  14. ^ Nishimura K, van Wijk KJ (září 2015). „Organizace, funkce a substráty základního systému proteázy Clp v plastidech“. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - bioenergetika. 1847 (9): 915–30. doi:10.1016 / j.bbabio.2014.11.012. PMID  25482260.
  15. ^ A b C Nishimura K, Asakura Y, Friso G, Kim J, Oh SH, Rutschow H a kol. (Červen 2013). „ClpS1 je konzervovaný selektor substrátu pro chloroplastový Clp proteázový systém u Arabidopsis“. Rostlinná buňka. 25 (6): 2276–301. doi:10.1105 / tpc.113.112557. PMC  3723626. PMID  23898032.
  16. ^ A b Rowland E, Kim J, Bhuiyan NH, van Wijk KJ (listopad 2015). „Stromální N-terminál Arabidopsis Chloroplast: Složitost a stabilita aminoterminálních proteinů“. Fyziologie rostlin. 169 (3): 1881–96. doi:10.1104 / str. 15.01214. PMC  4634096. PMID  26371235.
  17. ^ A b C Montandon C, Dougan DA, van Wijk KJ (květen 2019). "N-degronová specificita chloroplastů ClpS1 v rostlinách". FEBS Dopisy. 593 (9): 962–970. doi:10.1002/1873-3468.13378. PMID  30953344.
  18. ^ Florentin A, Cobb DW, Fishburn JD, Cipriano MJ, Kim PS, Fierro MA a kol. (Listopad 2017). „PfClpC je nezbytný chaperon Clp vyžadovaný pro integritu plastidů a stabilitu Clp proteázy u Plasmodium falciparum“. Zprávy buněk. 21 (7): 1746–1756. doi:10.1016 / j.celrep.2017.10.081. PMC  5726808. PMID  29141210.
  19. ^ El Bakkouri M, Rathore S, Calmettes C, Wernimont AK, Liu K, Sinha D a kol. (Leden 2013). „Strukturální pohledy na neaktivní podjednotku komplexu kaseinolytických proteáz lokalizovaných v apikoplastech Plasmodium falciparum“. The Journal of Biological Chemistry. 288 (2): 1022–31. doi:10,1074 / jbc.M112.416560. PMC  3542988. PMID  23192353.
  20. ^ LaCount DJ, Vignali M, Chettier R, Phansalkar A, Bell R, Hesselberth JR a kol. (Listopad 2005). "Síť proteinových interakcí parazita malárie Plasmodium falciparum". Příroda. 438 (7064): 103–7. doi:10.1038 / nature04104. PMID  16267556.
  21. ^ A b Tan JL, Ward L, Truscott KN, Dougan DA (říjen 2016). „Adaptér N-endového proteinu ClpS z Plasmodium falciparum vykazuje širokou substrátovou specificitu“. FEBS Dopisy. 590 (19): 3397–3406. doi:10.1002/1873-3468.12382. PMID  27588721.

externí odkazy