SINTESIS DE PROTEINAS

EUCARIONTES

CONTROL NEGATIVO

DEGRADACIÓN POR MEDIO DEL PROTEASOMA

UBIQUITINA• ETIQUETA PARA

DEGRADACIÓN: UBIQUITINA

• Ub es una proteína pequeña compuesta por 76 aminoácidos.

• Se ha encontrado sólo en eucariontes

• Es altamente conservada (su secuencia de aminoácidos no cambia mucho entre distintos organismos)

•Ub es una proteína estable cuya estructura secundaria es globular

•Se puede encontrar en toda la célula y puede estar de manera libre o unida a proteínas

ETIQUETADO (“kiss of death”)

•Ocurre en el citosol

•Es ATP dependiente

•La ubiquitina se liga a la terminal C de las proteínas blanco específicamente mediante enlaces covalentes

http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2004/animation.html

ENZIMAS INVOLUCRADAS• E1 activa la molécula de ubiquitina. Esta

reacción requiere energía en la forma de ATP• La molécula de ubiquitina se transfiere a otra

enzima, la E2• E3 es la que reconoce la proteína blanco que

va a ser destruída. El complejo de E2-ubiquitina se une tan cerca de la proteína, que la etiqueta de ubiquitina puede ser transferida desde la E2 hasta la proteína blanco.

• La enzima E3 entonces, libera la proteína ya etiquetada

• Esto se repite hasta que la proteína tiene una cadena corta de ubiquitinas añadidas

• Esta cadena de ubiquitinas es reconocida por el proteasoma. Ahí la etiqueta de ubiquitina es removida y la proteína entra al complejo del proteasoma y se corta en péptidos pequeños

¿Qué regula cuáles proteínas deben ser etiquetadas?

• Hasta ahora se han encontrado sólo ciertas características de las proteínas que se saben son etiquetadas. Obviamente falta mucho por saber. Por lo general, las proteínas que son marcadas son:

1. Ricas en residuos de Prolina (P), Ácido Glutámico (E), Serina (S) y Treonina (T). Les llaman “residuos PEST”

2. Contienen secuencias muy conservadas a las cuales se les llaman “cajas de destrucción”

3. Tienen una región N-terminal muy hidrofóbica con residuos básicos y acídicos

PROTEASOMA

• El proteasoma remueve proteolíticamente a la cadena de ubiquitinas de la proteína etiquetada en un proceso que requiere ATP

• Luego degrada la proteína en péptidos de 7-8 residuos

• Y la ubiquitina que se libera puede ser utilizada otra vez

MODELO DEL PROTEASOMA• Las cubiertas (cap), son

estructuras que se encargan de seleccionar a las proteínas ubiquitinadas para su degradación

• La degradación sucede en el centro de la estructura, específicamente en las paredes interiores

• Degrada proteínas citosólicas cuyo ciclo de vida es estrictamente regulado y también proteínas que se plegaron mal durante su síntesis en el retículo endoplásmico

The hierarchical structure of the ubiquitin system. The simplified view of the hierarchical structure of the ubiquitin conjugation machineryis that a single E1 (red) activates ubiquitin for all conjugation reactions. E1 interacts with all E2s (yellow). Typically, each E2, exemplified by E2E,interacts with several E3s (E3E, E3F, and E3G; blue). Each E3 targets several substrates (green). The interactions of the conjugating enzymes among themselves and with many of the target substrates may differ from this “classical” cascade. For example, a single E3 can interact with 2 distinct E2s (E3E, for example, interacts with E2D and E2E). Also, a single E3 (E3B, for example) can have several distinct recognition sites targeting different classes of substrates (SD,E,F, SG,H,I, SJ,K,L, and SM,N,O). Finally, some substrates can be targeted by different E3s, recognizing different motifs (SM,N,O and SP,Q,R). It should be noted that not all recognition cascades have been demonstrated experimentally, and some are still putative. Also, because of the complexity of the scheme and space constraints, only a few examples could be brought, and we could not assign distinct enzymes to defined substrates. Thus the ligase (E3C) that ubiquitinates lysozyme (SM,N,O. . . ) is not necessarily the same ligase that ubiquitinates, in the cell, p105 (SP,Q,R. . . ), as one may conclude from the scheme

A: Reconocmiento del sustrato via su residuo terminal NH2 (N-end rule pathway).

B: Activación alostérica de Ubr1 inducida por un péptido.

C: Reconocimiento del sustrato fosforilado

D: La E3 se requiere fosforilar para activarse

E: La ligasa Y el sustrato se requieren activar para la que suceda la ubiquitinación

F:Reconocimiento vía trans por otra proteína

G: El sistema de ubiquitina degrada selectivamente proteínas anormales/mutadas/mal plegadas, incluyendo también productos ribosomales defectuosos (DRiPs), que son las cadenas que van saliendo del ribosoma y son degradadas al mismo tiempo que la traducción está pasando.

Formas de reconocimiento de sustratos para proteólisis por las ligasas E3. (Las ligasas están en rojo y los substratos en azul)

ENZIMAS QUE QUITAN LA UBIQUITINA

• ¿Por qué serían necesarias?

Funciones de “edición” de las enzimas desubiquitinizadoras

Estas enzimas podrían regular negativamente la proteólisis u otras funciones de la señalización de ubiquitina como la internalización de la proteína o la función proteica alterada por medio de la remoción de la cadena de ubiquitina de las proteínas blanco

REGULACIÓN DE PROCESOS CELULARES POR MEDIO DE DEGRADACIÓN POR

PROTEASOMA

• CICLO CELULAR. Los factores Cdc de regulación del ciclo celular, son en realidad E2. Para que las células terminen la mitosis, se necesita que se degraden las ciclinas por medio de proteólisis por etiquetado de ubiquitina.

• La separación de los cromosomas durante la mitosis está regulada en parte por el complejo promotor de anafase, el cual tiene actividad de E3 (ubiquitina ligasa). Cuando los cromosomas no se separan bien, ocurre una alteración en su número, generando en humanos abortos espontáneos o Síndrome de Down (trisomía 21)

REPARACIÓN DE ADN

La proteína p53 es muy importante para suprimir la formación de tumores. Sus niveles están regulados por su síntesis y degradación contínuas. La degradación está regulada por proteólisis mediada por ubiquitina

Cuando el ADN se daña, la p53 se fosforila y ya no se etiqueta con Ub y sus niveles incrementan

P53 es un factor de transcripción que se une a secuencias específicas en los promotores de genes que regulan el arresto del ciclo celular, reparación de ADN y la muerte celular programada (apoptosis)

La proteína p53 es llamada “el guardián del genoma” debido a todo lo anterior

RESPUESTAS INMUNES E INFLAMATORIAS

• El factor de transcripción llamado NF-κB regula muchos genes que son importantes en las respuestas inmunes e inflamatorias

• El NF-κB existe de forma inactiva por formar un complejo inactivo con un inhibidor (IκB) en el citoplasma. Cuando las células son expuestas a bacterias patógenas, el IκB se fosforila y ésta es la señal para que éste se etiquete con ubiquitinas y se degrade.

• Cuando el IκB es degradado, el NF-κB se transloca al núcleo donde activa la expresión de genes

FIBROSIS CÍSTICA

• Esta enfermedad hereditaria es causada por la falta de función de un canal de cloro de la membrana llamado CFTR (cystic fibrosis trasmembrane conductance regulator)

• En la mayoría de los casos, éste canal tiene una lesión genética que causa una deleción de fenilalanina (ΔF508) en la proteína CFTR. Esta mutación causa que la proteína no se pliegue bien y se dirija del retículo endoplásmico al citosol donde se degrada rápidamente por proteólisis mediada por ubiquitina