Ligasa de ubiquitina
Proteína
Ubiquitina—proteína ligasa
Ligasa de ubiquitina E3 Cbl (azul) en complejo con E2 (cian) y péptido sustrato (verde). Entrada 4a4c del PDB [1]
Identificadores
N.º CE2.3.2.27
N.º CAS74812-49-0
Bases de datos
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Instituto Nacional de BiologíaProteínas
Ligasa de ubiquitina
Identificadores
SímboloLigasa de ubiquitina
Superfamilia OPM471
Proteína OPM4 contra 6 jugadores
Membranoma240

Una ligasa de ubiquitina (también llamada ligasa de ubiquitina E3 ) es una proteína que recluta una enzima conjugadora de ubiquitina E2 que se ha cargado con ubiquitina , reconoce un sustrato proteico y ayuda o cataliza directamente la transferencia de ubiquitina desde la E2 al sustrato proteico. En términos simples y más generales, la ligasa permite el movimiento de ubiquitina desde un transportador de ubiquitina a otra proteína (el sustrato) mediante algún mecanismo. La ubiquitina , una vez que llega a su destino, termina uniéndose mediante un enlace isopeptídico a un residuo de lisina , que es parte de la proteína objetivo. [2] Las ligasas E3 interactúan tanto con la proteína objetivo como con la enzima E2, y así imparten especificidad de sustrato a la E2. Comúnmente, las E3 poliubiquitinan su sustrato con cadenas de ubiquitina unidas a Lys48, dirigiendo el sustrato para su destrucción por el proteasoma . Sin embargo, son posibles muchos otros tipos de enlaces que alteran la actividad, las interacciones o la localización de una proteína. La ubiquitinación por las ligasas E3 regula diversas áreas, como el tráfico celular, la reparación del ADN y la señalización, y es de gran importancia en la biología celular. Las ligasas E3 también son actores clave en el control del ciclo celular, mediando la degradación de ciclinas , así como de proteínas inhibidoras de quinasas dependientes de ciclinas . [3] El genoma humano codifica más de 600 supuestas ligasas E3, lo que permite una enorme diversidad de sustratos. [4]

Sistema de ubiquitinación

Diagrama esquemático del sistema de ubiquitinación.

La ubiquitina ligasa se denomina E3 y funciona en conjunto con una enzima activadora de ubiquitina E1 y una enzima conjugadora de ubiquitina E2 . Existe una enzima principal, E1, compartida por todas las ubiquitina ligasas, que utiliza ATP para activar la ubiquitina para la conjugación y la transfiere a una enzima E2. La enzima E2 interactúa con un socio E3 específico y transfiere la ubiquitina a la proteína objetivo . La E3, que puede ser un complejo multiproteico , es, en general, responsable de dirigir la ubiquitinación a proteínas de sustrato específicas . [ cita requerida ]

La reacción de ubiquitinación se lleva a cabo en tres o cuatro pasos, dependiendo del mecanismo de acción de la ligasa de ubiquitina E3. En el primer paso, que es conservado, un residuo de cisteína de E1 ataca la glicina C-terminal activada por ATP de la ubiquitina, lo que da como resultado un complejo tioéster Ub-S-E1. La energía del ATP y la hidrólisis del difosfato impulsan la formación de este tioéster reactivo, y los pasos posteriores son termoneutrales. A continuación, se produce una reacción de transtiolación, en la que un residuo de cisteína de E2 ataca y reemplaza a la E1. Las ligasas de tipo dominio HECT de E3 tendrán una reacción de transtiolación más para transferir la molécula de ubiquitina a la E3, mientras que las ligasas de tipo dominio RING finger, mucho más comunes , transfieren la ubiquitina directamente de E2 al sustrato. [5] El paso final en el primer evento de ubiquitinación es un ataque del grupo amino de la lisina de la proteína objetivo, que eliminará la cisteína y formará un enlace isopeptídico estable. [6] Una notable excepción a esto es la proteína p21 , que parece estar ubiquitinada utilizando su amina N-terminal, formando así un enlace peptídico con la ubiquitina. [7]

Familias de ligasas de ubiquitina

Se estima que los seres humanos tienen entre 500 y 1000 ligasas E3, que imparten especificidad de sustrato a E1 y E2. [8] Las ligasas E3 se clasifican en cuatro familias: HECT, RING-finger, U-box y PHD-finger. [8] Las ligasas E3 RING-finger son la familia más grande y contienen ligasas como el complejo promotor de anafase (APC) y el complejo SCF ( complejo proteico Skp1 - Culin -F-box). Los complejos SCF constan de cuatro proteínas: Rbx1, Cul1, Skp1, que son invariantes entre los complejos SCF, y una proteína F-box, que varía. Se han identificado alrededor de 70 proteínas F-box humanas. [9] Las proteínas F-box contienen una F-box, que se une al resto del complejo SCF, y un dominio de unión al sustrato, que le da a la E3 su especificidad de sustrato. [8]

Mono y poliubiquitilación

Ubiquitina con residuos de lisina (rojo), metionina N-terminal (azul) y glicina C-terminal (amarillo). [10]

La señalización de ubiquitina depende de la diversidad de etiquetas de ubiquitina para la especificidad de su mensaje. Una proteína puede estar etiquetada con una sola molécula de ubiquitina (monoubiquitilación) o con una variedad de diferentes cadenas de moléculas de ubiquitina (poliubiquitilación). [11] Las ligasas de ubiquitina E3 catalizan eventos de poliubiquitinación de la misma manera que el mecanismo de ubiquitinación simple, utilizando en su lugar un residuo de lisina de una molécula de ubiquitina actualmente unida a la proteína sustrato para atacar el extremo C de una nueva molécula de ubiquitina. [6] [11] Por ejemplo, una etiqueta común de 4-ubiquitina, unida a través de la lisina en la posición 48 (K48) recluta la proteína etiquetada al proteasoma y la posterior degradación. [11] Sin embargo, los siete residuos de lisina de la ubiquitina (K6, K11, K27, K29, K33, K48 y K63), así como la metionina N-terminal, se utilizan en cadenas in vivo. [11]

La monoubiquitinación se ha relacionado con las vías de endocitosis de proteínas de membrana . Por ejemplo, la fosforilación de la tirosina en la posición 1045 en el receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR) puede reclutar la ligasa E3 de tipo RING c-Cbl, a través de un dominio SH2 . C-Cbl monoubiquitina el EGFR, lo que indica su internalización y tráfico al lisosoma. [12]

La monoubiquitinación también puede regular la localización de proteínas citosólicas. Por ejemplo, la ligasa E3 MDM2 ubiquitina p53 ya sea para degradación (cadena de poliubiquitina K48) o para exportación nuclear (monoubiquitinación). Estos eventos ocurren de manera dependiente de la concentración, lo que sugiere que la modulación de la concentración de la ligasa E3 es una estrategia reguladora celular para controlar la homeostasis y la localización de proteínas. [13]

Reconocimiento de sustrato

Las ligasas de ubiquitina son el determinante final, y potencialmente el más importante, de la especificidad del sustrato en la ubiquitinación de proteínas . [14] Las ligasas deben distinguir simultáneamente su sustrato proteico de miles de otras proteínas en la célula , y de otras formas (inactivas en la ubiquitinación) de la misma proteína. Esto se puede lograr mediante diferentes mecanismos, la mayoría de los cuales implican el reconocimiento de degrones : secuencias cortas específicas de aminoácidos o motivos químicos en el sustrato. [15]

N-degrones

La escisión proteolítica puede conducir a la exposición de residuos en el extremo N de una proteína. De acuerdo con la regla del extremo N , diferentes aminoácidos N-terminales (o N-degrones) son reconocidos en diferente medida por su ubiquitina ligasa apropiada (N-recognin), lo que influye en la vida media de la proteína. [16] Por ejemplo, los aminoácidos cargados positivamente ( Arg , Lys , His ) y voluminosos hidrofóbicos ( Phe , Trp , Tyr , Leu , Ile ) son reconocidos preferentemente y, por lo tanto, se consideran degrones desestabilizadores ya que permiten una degradación más rápida de sus proteínas. [17]

Fosfodegrones

Un degrón fosforilado (verde) se estabiliza mediante enlaces de hidrógeno (amarillo) entre los átomos de oxígeno de su fosfato (rojo) y las cadenas laterales de la ubiquitina ligasa SCF FBW7 (azul). La parte relevante de la ubiquitina ligasa se muestra en gris. Entrada PDB 2ovr [18]

Un degron se puede convertir en su forma activa mediante una modificación postraduccional [19] como la fosforilación de un residuo de tirosina , serina o treonina . [20] En este caso, la ubiquitina ligasa reconoce exclusivamente la versión fosforilada del sustrato debido a la estabilización dentro del sitio de unión . Por ejemplo, FBW7 , la unidad de reconocimiento de sustrato de caja F de una ubiquitina ligasa SCF FBW7 , estabiliza un sustrato fosforilado mediante la unión de hidrógeno de sus residuos de arginina al fosfato, como se muestra en la figura de la derecha. En ausencia del fosfato , los residuos de FBW7 repelen el sustrato. [18]

Degrones dependientes del oxígeno y de moléculas pequeñas

La presencia de oxígeno u otras moléculas pequeñas puede influir en el reconocimiento de degron. [18] La proteína von Hippel-Lindau (VHL) (parte de reconocimiento de sustrato de una ligasa E3 específica), por ejemplo, reconoce el factor inducible por hipoxia alfa (HIF-α) solo en condiciones normales de oxígeno, cuando su prolina está hidroxilada . En hipoxia , por otro lado, HIF-a no está hidroxilado, evade la ubiquitinación y, por lo tanto, opera en la célula en concentraciones más altas que pueden iniciar la respuesta transcripcional a la hipoxia. [21] Otro ejemplo de control de la degradación de proteínas por parte de moléculas pequeñas es la fitohormona auxina en las plantas. [22] La auxina se une a TIR1 (el dominio de reconocimiento de sustrato de la ligasa de ubiquitina SCF TIR1 ) aumentando la afinidad de TIR1 por sus sustratos ( represores transcripcionales : Aux/IAA) y promoviendo su degradación.

Mal plegado y degrones de azúcar

Además de reconocer aminoácidos, las ligasas de ubiquitina también pueden detectar características inusuales en sustratos que sirven como señales para su destrucción. [14] Por ejemplo, San1 (antagonista Sir 1), un control de calidad de proteína nuclear en levadura , tiene un dominio de unión al sustrato desordenado , que le permite unirse a dominios hidrofóbicos de proteínas mal plegadas . [14] Las glicoproteínas mal plegadas o en exceso no ensambladas de la vía ERAD , por otro lado, son reconocidas por Fbs1 y Fbs2, proteínas F-box de mamíferos de las ligasas E3 SCF Fbs1 y SCF Fbs2 . [23] Estos dominios de reconocimiento tienen pequeños bolsillos hidrofóbicos que les permiten unirse a glicanos que contienen alto contenido de manosa .

Motivos estructurales

Además de los degrones lineales , la ligasa E3 puede en algunos casos reconocer también motivos estructurales en el sustrato. [14] En este caso, el motivo 3D puede permitir que el sustrato relacione directamente su función bioquímica con la ubiquitinación . Esta relación se puede demostrar con la proteína TRF1 (regulador de la longitud del telómero humano ), que es reconocida por su ligasa E3 correspondiente ( FBXO4 ) a través de una interacción intermolecular de lámina beta . TRF1 no puede ser ubiquinado mientras está unido al telómero, probablemente porque el mismo dominio TRF1 que se une a su ligasa E3 también se une a los telómeros. [14]

Relevancia de la enfermedad

Las ligasas de ubiquitina E3 regulan la homeostasis, el ciclo celular y las vías de reparación del ADN y, como resultado, varias de estas proteínas están involucradas en una variedad de cánceres, incluidos los famosos MDM2, BRCA1 y el supresor tumoral de Von Hippel-Lindau . [24] Por ejemplo, se ha encontrado una mutación de MDM2 en el cáncer de estómago , [25] el carcinoma de células renales , [26] y el cáncer de hígado [27] (entre otros) para desregular las concentraciones de MDM2 al aumentar la afinidad de su promotor por el factor de transcripción Sp1 , lo que provoca un aumento de la transcripción del ARNm de MDM2. [25] Hay varias técnicas experimentales basadas en la proteómica disponibles para identificar pares de ubiquitina ligasa-sustrato E3, [28] como la identificación de biotina dependiente de la proximidad (BioID), el atrapamiento de ubiquitina ligasa-sustrato y las entidades de unión a ubiquitina en tándem (TUBE).

Ejemplos

  • Un dominio RING ( R eally I n teresting New G ene ) se une a la conjugasa E2 y podría mediar la actividad enzimática en el complejo E2-E3 [29]
  • Un dominio F-box (como en el complejo SCF) se une al sustrato ubiquitinado. (p. ej., Cdc 4, que se une a la proteína objetivo Sic1 ; Grr1, que se une a Cln). [30]
  • Un dominio HECT , que participa en la transferencia de ubiquitina desde el E2 al sustrato.

Ligasas de ubiquitina E3 individuales

Véase también

Referencias

  1. ^ Dou H, Buetow L, Hock A, Sibbet GJ, Vousden KH, Huang DT (enero de 2012). "Base estructural para la autoinhibición y la activación dependiente de la fosforilación de c-Cbl". Nature Structural & Molecular Biology . 19 (2): 184–92. doi :10.1038/nsmb.2231. PMC  3880865 . PMID  22266821.
  2. ^ Hershko A, Ciechanover A (1998). "El sistema de la ubiquitina". Revista anual de bioquímica . 67 : 425–79. doi :10.1146/annurev.biochem.67.1.425. PMID  9759494.
  3. ^ Teixeira LK, Reed SI (2013). "Ligasas de ubiquitina y control del ciclo celular". Revisión anual de bioquímica . 82 : 387–414. doi :10.1146/annurev-biochem-060410-105307. PMID  23495935.
  4. ^ Li W, Bengtson MH, Ulbrich A, Matsuda A, Reddy VA, Orth A, Chanda SK, Batalov S, Joazeiro CA (enero de 2008). "La anotación funcional y de todo el genoma de las ligasas de ubiquitina E3 humanas identifica a MULAN, una E3 mitocondrial que regula la dinámica y la señalización del orgánulo". PLOS ONE . ​​3 (1): e1487. Bibcode :2008PLoSO...3.1487L. doi : 10.1371/journal.pone.0001487 . PMC 2198940 . PMID  18213395. 
  5. ^ Metzger MB, Hristova VA, Weissman AM (febrero de 2012). "Las familias de ligasas de ubiquitina E3 con dedos HECT y RING de un vistazo". Journal of Cell Science . 125 (Pt 3): 531–7. doi :10.1242/jcs.091777. PMC 3381717 . PMID  22389392. 
  6. ^ ab Walsh, Christopher (2006). Modificación postraduccional de proteínas: ampliación del inventario de la naturaleza . Englewood, CO: Roberts. ISBN 978-0-9747077-3-0.[ página necesaria ]
  7. ^ Bloom J, Amador V, Bartolini F, DeMartino G, Pagano M (octubre de 2003). "Degradación de p21 mediada por proteasoma mediante ubiquitinilación N-terminal". Cell . 115 (1): 71–82. doi : 10.1016/S0092-8674(03)00755-4 . PMID  14532004.
  8. ^ abc Nakayama KI, Nakayama K (mayo de 2006). "Ligasas de ubiquitina: control del ciclo celular y cáncer". Nature Reviews. Cáncer . 6 (5): 369–81. doi :10.1038/nrc1881. PMID  16633365. S2CID  19594293.
  9. ^ Jin J, Cardozo T, Lovering RC, Elledge SJ, Pagano M, Harper JW (noviembre de 2004). "Análisis sistemático y nomenclatura de proteínas F-box de mamíferos". Genes & Development . 18 (21): 2573–80. doi :10.1101/gad.1255304. PMC 525538 . PMID  15520277. 
  10. ^ Vijay-Kumar S, Bugg CE, Cook WJ (abril de 1987). "Estructura de la ubiquitina refinada a una resolución de 1,8 A". Journal of Molecular Biology . 194 (3): 531–44. doi :10.1016/0022-2836(87)90679-6. PMID  3041007.
  11. ^ abcd Behrends C, Harper JW (mayo de 2011). "Construcción y decodificación de cadenas de ubiquitina no convencionales". Nature Structural & Molecular Biology . 18 (5): 520–8. doi :10.1038/nsmb.2066. PMID  21540891. S2CID  19237120.
  12. ^ Bonifacino JS, Traub LM (2003). "Señales para la clasificación de proteínas transmembrana a endosomas y lisosomas". Revisión anual de bioquímica . 72 : 395–447. doi :10.1146/annurev.biochem.72.121801.161800. PMID  12651740.
  13. ^ Li M, Brooks CL, Wu-Baer F, Chen D, Baer R, Gu W (diciembre de 2003). "Mono versus poliubiquitinación: control diferencial del destino de p53 por Mdm2". Ciencia . 302 (5652): 1972–5. Código Bib : 2003 Ciencia... 302.1972L. doi : 10.1126/ciencia.1091362. PMID  14671306. S2CID  43124248.
  14. ^ abcde Zheng N, Shabek N (junio de 2017). "Ligasas de ubiquitina: estructura, función y regulación". Revisión anual de bioquímica . 86 (1): 129–157. doi :10.1146/annurev-biochem-060815-014922. PMID  28375744.
  15. ^ Ravid T, Hochstrasser M (septiembre de 2008). "Diversidad de señales de degradación en el sistema ubiquitina-proteasoma". Nature Reviews Molecular Cell Biology . 9 (9): 679–90. doi :10.1038/nrm2468. PMC 2606094 . PMID  18698327. 
  16. ^ Sriram SM, Kim BY, Kwon YT (octubre de 2011). "La vía de la regla del extremo N: funciones emergentes y principios moleculares del reconocimiento del sustrato". Nature Reviews Molecular Cell Biology . 12 (11): 735–47. doi :10.1038/nrm3217. PMID  22016057. S2CID  10555455.
  17. ^ Tasaki T, Sriram SM, Park KS, Kwon YT (2012). "La vía de la regla del extremo N". Revisión anual de bioquímica . 81 : 261–89. doi :10.1146/annurev-biochem-051710-093308. PMC 3610525 . PMID  22524314. 
  18. ^ abc Lucas X, Ciulli A (junio de 2017). "Reconocimiento de degrones de sustrato por ligasas de ubiquitina E3 y modulación por estrategias de mimetismo de moléculas pequeñas" (PDF) . Current Opinion in Structural Biology . 44 : 101–110. doi :10.1016/j.sbi.2016.12.015. PMID  28130986.
  19. ^ Herhaus L, Dikic I (septiembre de 2015). "Expansión del código de la ubiquitina mediante modificación postraduccional". EMBO Reports . 16 (9): 1071–83. doi :10.15252/embr.201540891. PMC 4576978 . PMID  26268526. 
  20. ^ Reinhardt HC, Yaffe MB (septiembre de 2013). "Dominios de unión a fosfo-Ser/Thr: navegación en el ciclo celular y respuesta al daño del ADN". Nature Reviews Molecular Cell Biology . 14 (9): 563–80. doi :10.1038/nrm3640. PMID  23969844. S2CID  149598.
  21. ^ Jaakkola P, Mole DR, Tian YM, Wilson MI, Gielbert J, Gaskell SJ, von Kriegsheim A, Hebestreit HF, Mukherji M, Schofield CJ, Maxwell PH, Pugh CW, Ratcliffe PJ (abril de 2001). "Dirigido a HIF-alfa al complejo de ubiquitinación de von Hippel-Lindau mediante hidroxilación de prolil regulada por O2". Science . 292 (5516): 468–72. Bibcode :2001Sci...292..468J. doi : 10.1126/science.1059796 . PMID  11292861. S2CID  20914281.
  22. ^ Shabek N, Zheng N (abril de 2014). "Las ligasas de ubiquitina de las plantas como centros de señalización". Nature Structural & Molecular Biology . 21 (4): 293–6. doi :10.1038/nsmb.2804. PMID  24699076. S2CID  41227590.
  23. ^ Yoshida Y, Mizushima T, Tanaka K (19 de febrero de 2019). "Ligasas de ubiquitina que reconocen azúcar: mecanismos de acción y fisiología". Frontiers in Physiology . 10 : 104. doi : 10.3389/fphys.2019.00104 . PMC 6389600 . PMID  30837888. 
  24. ^ Lipkowitz S, Weissman AM (agosto de 2011). "RINGs of good and evil: RING finger ubiquitin ligases at the crossroads of tumor suppression and oncogenesis" (Anillos del bien y del mal: ligasas de ubiquitina con dedos RING en la encrucijada de la supresión tumoral y la oncogénesis). Nature Reviews. Cancer . 11 (9): 629–43. doi :10.1038/nrc3120. PMC 3542975 . PMID  21863050. 
  25. ^ ab Hou YC, Deng JY (enero de 2015). "Función de las ligasas de ubiquitina E3 en el cáncer gástrico". Revista Mundial de Gastroenterología . 21 (3): 786–93. doi : 10.3748/wjg.v21.i3.786 . PMC 4299330 . PMID  25624711. 
  26. ^ de Martino M, Taus C, Wessely IS, Lucca I, Hofbauer SL, Haitel A, Shariat SF, Klatte T (febrero de 2015). "El polimorfismo murino doble minuto 2 del gen T309G es un factor pronóstico independiente para pacientes con carcinoma de células renales". ADN y biología celular . 34 (2): 107–12. doi :10.1089/dna.2014.2653. PMID  25415135.
  27. ^ Tang T, Song X, Yang Z, Huang L, Wang W, Tan H (noviembre de 2014). "Asociación entre el polimorfismo murino doble minuto 2 T309G y el riesgo de cáncer de hígado". Biología tumoral . 35 (11): 11353–7. doi :10.1007/s13277-014-2432-9. PMID  25119589. S2CID  16385927.
  28. ^ Rayner SL, Morsch M, Molloy MP, Shi B, Chung R, Lee A (julio de 2019). "Uso de la proteómica para identificar pares de sustrato-ligasa de ubiquitina: cómo los nuevos métodos pueden revelar objetivos terapéuticos para enfermedades neurodegenerativas". Ciencias de la vida celular y molecular . 76 (13): 2499–2510. doi :10.1007/s00018-019-03082-9. PMC 11105231 . PMID  30919022. S2CID  85527795. 
  29. ^ Ardley HC, Robinson PA (2005). "Ligasas de ubiquitina E3". Ensayos en bioquímica . 41 : 15–30. doi :10.1042/EB0410015. PMID  16250895.
  30. ^ Bai C, Sen P, Hofmann K, Ma L, Goebl M, Harper JW, Elledge SJ (julio de 1996). "SKP1 conecta los reguladores del ciclo celular a la maquinaria de proteólisis de la ubiquitina a través de un motivo novedoso, la F-box". Cell . 86 (2): 263–74. doi : 10.1016/S0092-8674(00)80098-7 . PMID  8706131.
  • Artículo de Quips que describe la función de la ligasa E3 Archivado el 30 de noviembre de 2012 en Wayback Machine en PDBe
  • Ubiquitina-Proteína+Ligasas en los Encabezados de Temas Médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
  • CE 6.3.2.19
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