El Proteasomes es los complejos grandes de la proteína dentro de todos los eucariotas y Archaea, así como en algunas bacterias . En eucariotas, están situadas en el núcleo y el citoplasma . La función principal del proteasome es degradar las proteínas innecesarias o dañadas por la proteólisis, una reacción química que rompa las enzimas de los enlaces de péptido que realizan tales reacciones se llaman las proteasas que Proteasomes son un mecanismo importante por el cual las células regulan la concentración de proteínas particulares y degradan las proteínas misfolded . El proceso de degradación rinde los péptidos de cerca de siete a ocho aminoácidos de largo, que se pueden entonces degradar más a fondo en los aminoácidos y utilizar en el que sintetiza las nuevas proteínas de . Las proteínas son marcadas con etiqueta para la degradación por una pequeña proteína llamada Ubiquitin . La reacción que marca con etiqueta es catalizada por las enzimas llamadas las ligasas una vez que una proteína se marca con etiqueta con una sola molécula del ubiquitin, éste de Ubiquitin es una señal a otras ligasas de atar las moléculas adicionales del ubiquitin. El resultado es una cadena del polyubiquitin del que es limitada por el proteasome, permitiendo que degrade la proteína marcada con etiqueta.

Descubrimiento

Antes del descubrimiento del sistema proteasome del ubiquitin, la degradación de la proteína en células fue pensada para confiar principalmente en lisosomas que membrana-limitan los organelos con el la proteasa ácida - los interiores llenados que pueden degradar y después reciclar las proteínas exógenas y organelos envejecidos o dañados de y. El trabajo posterior sobre la modificación de las histonas llevó a la identificación de una modificación covalente inesperado de la proteína de la histona por un enlace ramificado entre un residuo de la lisina de la histona y el residuo de la glicocola del C-terminal Ubiquitin de la proteína, que no tenía ninguna función sabida. Entonces fue descubierto que una proteína anterior-identificada se asoció a la degradación proteolítica, conocida como factor ATP-dependiente 1 (APF-1) de la proteólisis, era la misma proteína que ubiquitin.

Mucha de las primeras obras que conducían al descubrimiento del sistema proteasome del ubiquitin ocurrió en el final de los 70 y el principios de los 80 en el Technion en el laboratorio Avram Hershko, donde el Aaron Ciechanover trabajó como estudiante de tercer ciclo. El sabático de un año de Hershko en el laboratorio Irwin Rose en el centro del cáncer de la persecución del Fox proporcionó las penetraciones conceptuales dominantes, aunque Rose downplayed más adelante su papel en el descubrimiento. Los tres compartieron el Premio Nobel 2004 Del en la química para su trabajo en el descubrimiento de este sistema. la primera estructura de la partícula proteasome de la base no fue solucionada por la cristalografía de la radiografía hasta 1994. En fecha 2006, no se ha solucionado ninguna estructura de la partícula de la base en complejo con la forma más común de casquillo regulador.

Estructura y organización

Los subcomponentes proteasome son referidos a menudo por su coeficiente de la sedimentación de Svedberg ( denotado S ). La forma más común del proteasome se conoce como el 26S proteasome, que es los kilodaltons cerca de 2000 (kDa) en la masa molecular y contiene una estructura de la partícula de la base 20S y dos casquillos reguladores 19S. La base es hueco y proporciona una cavidad incluida en la cual se degraden las proteínas; las aberturas en los dos finales de la base permiten que la proteína de la blanco entre. Cada extremo de la partícula de la base se asocia a una subunidad reguladora 19S que contenga los sitios múltiples del Active de la ATpasa y los puntos de enlace del ubiquitin; es esta estructura que reconoce las proteínas polyubiquitinated y las transfiere a la base catalítica. Una forma alternativa de subunidad reguladora llamada la partícula 11S puede asociarse a la base esencialmente de la misma manera que la partícula 19S; el 11S puede desempeñar un papel en la degradación de péptidos extranjeros tales como ésos producidos después de la infección por un virus .

partícula de la base 20S

El número y la diversidad de las subunidades contenidas en la partícula de la base de los años 20 depende del organismo; el número de subunidades distintas y especializadas es más grande en multicelular que organismos unicelulares y más grande en eucariotas que en prokaryotes. Todas las partículas 20S consisten en cuatro apilaron las estructuras heptameric que ellos mismos del anillo se componen de dos diversos tipos de subunidades; Las subunidades de α son estructurales en naturaleza, mientras que las subunidades de Î ² son predominante el catalítico. Los dos anillos externos en el apilado consisten en siete subunidades cada uno de α, que sirven como dominios del muelle para las partículas reguladoras y forman una puerta exterior que bloquea el acceso no regulado a la cavidad interior. Los dos anillos internos cada uno consisten en siete subunidades de Î ² y contienen los sitios del Active de la proteasa que realizan las reacciones de la proteólisis. El tamaño del proteasome se conserva y es relativamente cerca de 150 angstromes (Ã…) por 115 Ã…. El compartimiento interior es a lo más 53 Ã… de par en par, aunque la entrada puede ser tan estrecha como 13 Ã…, sugiriendo que las proteínas del substrato se deben por lo menos revelar parcialmente para entrar.

En el Archaea tal como acidophilum, todo el α y todas las subunidades de Thermoplasma de Î ² ser idéntico, mientras que los proteasomes eucarióticos tales como ésos en la levadura contienen siete tipos distintos de cada subunidad. En los mamíferos las 5 subunidades de Î ² 1, de Î ² 2, y de Î ² son catalíticas; aunque compartan un mecanismo común, tienen tres especificidades distintas del substrato consideradas la quimotripsina - como, la tripsina - como, y Peptidil-glutamil péptido-hidrolizando (PHGH). La alternativa Î ² forma denotó Î ² 1i, Î ² 2i, y Î ² 5i se puede expresar en células hematopoyéticas en respuesta a la exposición a las señales inflamatorias pro- tal como Cytokines particularmente, la gamma del interferón. El proteasome montada con estas subunidades alternativas se conoce como el immunoproteasome, cuya especificidad del substrato se altera concerniente al normal proteasome. La hidrólisis del ATP se requiere para que el complejo montado degrade una proteína doblada y ubiquitinated, aunque no esté todavía claro si esa energía está utilizada principalmente para el despliegue del substrato, la abertura del canal de la base, o una cierta combinación de procesos.

partícula reguladora 11S

los proteasomes 20S pueden también asociarse a un segundo tipo de partícula reguladora, una estructura heptameric que no contenga ninguna ATpasas y pueda promover la degradación de los péptidos cortos sino no de proteínas completas. Esto está probablemente porque el complejo no puede revelar substratos más grandes. Esta estructura también se conoce como PA28 o registro. Los mecanismos por los cuales ata a la partícula de la base a través de las colas del C-terminal de sus subunidades e induce a los cambios conformacionales del α-anillo que abran la puerta de los años 20 sugieren un mecanismo similar para la partícula 19S. La expresión de la partícula 11S es inducida por la gamma del interferón y es responsable, conjuntamente con las subunidades immunoproteasome de Î ², de la generación de péptidos que aten a la histocompatibilidad complejo del comandante. El montaje de la mitad-proteasomes, alternadamente, es iniciado por el montaje de las subunidades de α en su anillo heptameric, formando una plantilla para la asociación del favorable-Î anillo correspondiente ². El montaje de las subunidades de α no se ha caracterizado.

Menos se sabe generalmente sobre el montaje y la maduración de las partículas reguladoras 19S. Se creen para montar como dos subcomponentes distintos, la base ATpasa-que contiene y la tapa de ubiquitin-reconocimiento. Las seis ATpasas en la base pueden montar en en parejas una manera mediada por el En espiral-arrollan interacciones de . La orden en la cual las diecinueve subunidades de la partícula reguladora están encuadernadas es un probable mecanismo regulador que previene la exposición del sitio activo antes de que la asamblea sea completa. Este ubiquitin adenylated entonces se transfiere a una cisteína de una segunda enzima, enzima de Ubiquitin-conjugación (E2). Pasado, un miembro de una clase alto-diversa de enzimas conocidas como ligasas (E3) de Ubiquitin reconoce la proteína específica que ubiquitinated y cataliza la transferencia del ubiquitin de E2 a esta proteína de la blanco. Una proteína de la blanco se debe etiquetar con por lo menos cuatro monómeros del ubiquitin (bajo la forma de cadena del polyubiquitin) antes de que sea reconocida por la tapa proteasome. Es por lo tanto el E3 que confiere especificidad del substrato a este sistema. El número de las proteínas E1, E2, y E3 expresadas depende del tipo del organismo y de la célula, pero hay muchas diversas enzimas E3 presentes en los seres humanos, indicando que hay un gran número de blancos para el sistema proteasome del ubiquitin.

El mecanismo por el cual una proteína polyubiquitinated es apuntada al proteasome no se entiende completamente. las proteínas del Ubiquitin-receptor tienen un N-terminal ubiquitin-como (UBL) dominio y uno o más dominios (UBA) ubiquitin-asociados. Los dominios de UBL son reconocidos por los casquillos proteasome 19S y los dominios de UBA atan ubiquitin vía los paquetes de la tres-hélice. Estas proteínas de receptor pueden escoltar las proteínas polyubiquitinated al proteasome, aunque los específicos de esta interacción y de su regulación son confusos.

La proteína sí mismo del ubiquitin es 76 aminoácidos de largo y fue nombrada debido a su naturaleza ubicua, pues tiene alto una secuencia conservada y se encuentra en todos los organismos eucarióticos sabidos. Los genes que codifican ubiquitin en los eucariotas se arreglan en las repeticiones en tándem posiblemente debido a las demandas pesadas de la transcripción en estos genes producir bastante ubiquitin para la célula. Se ha propuesto que el ubiquitin es el más lento que desarrolla la proteína de identificada hasta la fecha.

Despliegue y desplazamiento

Después de que una proteína ubiquitinated, es reconocida por la partícula reguladora 19S en un paso obligatorio ATP-dependiente. Cuáles de estos procesos son el paso Tarifa-limitador en la reacción total de la proteólisis depende del substrato específico; para algunas proteínas, el proceso del despliegue es el tarifa-limitador, mientras que el deubiquitination es el paso más lento para otras proteínas.

La puerta formó por las subunidades de α evita que los péptidos más de largo que cerca de cuatro residuos incorporen el interior de la partícula de los años 20. Las moléculas del ATP limitan antes de que el paso inicial del reconocimiento sea hidrolizado antes de desplazamiento, aunque haya desacuerdo si la energía es necesaria para el paso del despliegue del substrato del substrato revelado a través de la puerta abierta ocurre vía la difusión facilitada si el casquillo 19S está en ATP-limita el estado.

El mecanismo para el despliegue de las proteínas globulares es necesario general, pero algo dependiente en la secuencia de aminoácido . Las secuencias largas de la glicocola de alternancia y de la alanina se han demostrado para inhibir el substrato que revelaba disminuyendo la eficacia de la degradación proteasomal; esto da lugar al lanzamiento de subproductos parcialmente degradados, posiblemente debido al desemparejamiento de la hidrólisis del ATP y los pasos del despliegue. Tales repeticiones de la glicocola-alanina también se encuentran en naturaleza, por ejemplo en la fibroína de seda ; particularmente, ciertos productos del gene del virus de Epstein-Barr que llevan esta secuencia pueden atascar el proteasome, ayudando al virus a propagar previniendo la presentación de antígeno en la histocompatibilidad complejo del comandante.

Proteólisis

El mecanismo de la proteólisis por las subunidades de Î ² de la partícula de la base de los años 20 está a través de una treonina - ataque nucleofílico dependiente. Este mecanismo puede depender de una molécula asociada del agua para el deprotonation del hidróxido reactivo de la treonina. La degradación ocurre dentro del compartimiento central formado por la asociación de los dos anillos de Î ² y no lanza normalmente productos parcialmente degradados, en lugar reduciendo el substrato a los polipéptidos cortos típicamente 7†“9 residuos de largo, aunque pueden extenderse a partir del 4 a 25 residuos dependiendo del organismo y del substrato. El mecanismo bioquímico que determina longitud del producto no se caracteriza completamente. Aunque las tres subunidades catalíticas de Î ² compartan un mecanismo común, tienen especificidades levemente diversas del substrato, como las cuales se consideran la quimotripsina - como, la tripsina -, y Peptidil-glutamil péptido-hidrolizando (PHGH) - como. Estas variaciones en especificidad son el resultado de contactos interatómicos con residuos locales cerca de los sitios activos de cada subunidad. Cada subunidad catalítica de Î ² también posee un residuo conservado de la lisina requerido para la proteólisis. Los efectos similares se han observado en proteínas de la levadura ; este mecanismo de la degradación selectiva se conoce como dependiente regulado de ubiquitin/proteasome que procesa (RUP).

degradación de la Ubiquitin-independiente

Aunque la mayoría de los substratos proteasomal deban ubiquitinated antes de ser degradada, hay algunas excepciones a esta regla general, especialmente cuando los juegos proteasome un papel normal en el proceso de translación post- de la proteína. La activación proteasomal NF-κB procesando el P105 en el P50 vía proteólisis interna es un ejemplo importante. se degradan de una manera de la ubiquitin-independiente. El ejemplo más bien conocido de un substrato proteasome de la ubiquitin-independiente es la decarboxilasa de la ornitina de la enzima. los mecanismos de la Ubiquitin-independiente que apuntaban los reguladores dominantes del ciclo celular tales como P53 también se han divulgado, aunque p53 esté también conforme a la degradación ubiquitin-dependiente. Finalmente, las proteínas estructural-anormales, misfolded, o alto oxidadas están también conforme a ubiquitin-independiente y a la degradación 19S-independent bajo condiciones de la tensión celular.

Evolución

Los años 20 proteasome son ubicuos y esencial en los eucariotas algunos Prokaryotes incluyendo muchos Archaea y los actinomicetal bacterianos de la orden también comparten los homólogos de los años 20 proteasome, mientras que la mayoría de las bacterias poseen el HslV de los genes del choque del calor y el HslU, cuyos productos del gene son una proteasa multimeric dispuesta en un anillo de dos capas y una ATpasa. La proteína del hslV se ha presumido para asemejarse al antepasado probable de los años 20 proteasome. HslV no es generalmente esencial en bacterias, y no todas las bacterias lo poseen, mientras que algunos Protists poseen los años 20 y los sistemas del hslV. En células vertebradas, " slippage" a través del punto de comprobación mitotic el llevar a la salida prematura de la fase M puede ocurrir a pesar de el retardo de esta salida por el punto de comprobación del huso.

Puntos de comprobación anteriores del ciclo celular un cheque tan post- del punto de la restricción entre la fase G₁ y la fase S implican semejantemente la degradación proteasomal Cyclin A, cuyo ubiquitination es promovido por la anafase que promueve complejo (APC), una ligasa de Ubiquitin E3. El APC y el complejo de la proteína de Skp1/Cul1/F-box ( SCF complejo) son los dos reguladores dominantes de la degradación del cyclin y del control del punto de comprobación; el SCF sí mismo es regulado por el APC vía el ubiquitination de la proteína del adaptador, Skp2, que previene actividad de SCF antes de la transición de G1-S.

Regulación del crecimiento vegetal

En planta la señalización de por las auxinas o el Phytohormones que pide el tropismo de la dirección y del crecimiento vegetal, induce el alcance de una clase de represores del factor de la transcripción conocidos como proteínas de Aux/IAA para la degradación proteasomal. Estas proteínas ubiquitinated por SCFTIR1, o SCF en complejo con el receptor TIR1 de la auxina. La degradación de la transcripción de los derepresses de las proteínas de Aux/IAA descompone en factores en la familia del factor (ARF) de la auxina-respuesta e induce la expresión de gene ARF-dirigida. Las consecuencias celulares de la activación de ARF dependen del tipo de la planta y de la etapa de desarrollo, pero están implicadas en la dirección de crecimiento en raíces y venas de la hoja. La respuesta específica a la desrepresión de ARF probablemente es mediada por especificidad en el apareamiento de las proteínas individuales de ARF y de Aux/IAA.

Apoptosis

Las señales internas y externas pueden llevar a la inducción Apoptosis, o la muerte celular programada. El deconstruction resultante de componentes celulares es realizado sobre todo por las proteasas especializadas conocidas como Caspases pero el proteasome también desempeña papeles importantes y diversos en el proceso apoptotic. La implicación del proteasome en este proceso es indicada por ambos el aumento en el ubiquitination de la proteína, y de las enzimas E1, E2, y E3 que se observa mucho antes de apoptosis, durante apoptosis, los proteasomes localizados al núcleo también se han observado para desplazar a las ampollas externas de la membrana características de apoptosis.

La inhibición de Proteasome tiene diversos efectos en la inducción del apoptosis en diversos tipos de la célula. El proteasome no se requiere generalmente para el apoptosis, aunque la inhibición de él sea favorable-apoptotic en la mayoría de los tipos de la célula se han estudiado que. Sin embargo, un cierto lines†de la célula” particularmente, las culturas primarias quieto y las células distinguidas tales como Thymocytes y € de las neuronas ” se previenen de experimentar apoptosis en contacto con los inhibidores proteasome. El mecanismo para este efecto no está claro, sino se presume para ser específico a las células en estados quietos, o para resultar de la actividad diferenciada del favorable-apoptotic JNK de la cinasa . La capacidad de inhibidores proteasome de inducir apoptosis en rápido la división de las células se ha explotado en varios agentes recientemente desarrollados de la quimioterapia .

Respuesta a la tensión celular

En respuesta a tensiones celulares - tales como infección, choque del calor, o daño oxidativo - se expresan las proteínas del choque del calor que identifican las proteínas misfolded o reveladas y las apuntan para la degradación proteasomal. Proteínas del Chaperone del †Hsp27 y Hsp90 ” se han implicado en el aumento de la actividad del sistema ubiquitin-proteasome, aunque no son participantes directos en el proceso. El Hsp70, por una parte, ata remiendos hidrofóbicos expuestos en la superficie de proteínas misfolded y recluta ligasas del ubiquitin E3 tales como VIRUTA para marcar las proteínas con etiqueta para la degradación proteasomal. La proteína de la VIRUTA (término carboxilo de la proteína de Hsp70-interacting) sí mismo se regula vía la inhibición de interacciones entre la VIRUTA de la enzima E3 y su socio obligatorio E2.

Los mecanismos similares existen para promover la degradación de las proteínas oxidatively-dañadas vía el sistema proteasome. Particularmente, los proteasomes localizados al núcleo son regulados por PARP y degradan activamente las histonas inadecuado oxidadas que las proteínas oxidadas, que forman a menudo los agregados amorfos grandes en la célula, se pueden degradar directo por la partícula de la base de los años 20 sin el casquillo regulador 19S y que no requieren la hidrólisis del ATP o marcar con etiqueta con ubiquitin.

La actividad proteasomal deteriorada se ha sugerido como explicación para algunas de las enfermedades de Neurodegenerative del tarde-inicio que agregación de la parte de proteínas misfolded como característica común, tal como enfermedad de Parkinson y enfermedad de Alzheimer . En estas enfermedades los agregados insolubles grandes de proteínas misfolded pueden formar y después dar lugar a la neurotoxicidad, a través de los mecanismos que no están todavía bien entendidos. La actividad proteasome disminuida se ha sugerido como causa de la formación del cuerpo de Lewy de la agregación y en Parkinson. Esta hipótesis es apoyada por la observación que los modelos de la levadura de Parkinson son más susceptibles a la toxicidad α-synuclein, el componente de proteína principal de los cuerpos de Lewy, bajo condiciones de la actividad proteasome baja.

Papel en el sistema inmune

Los juegos proteasome un papel directo pero crítico en la función del sistema inmune adaptante . Los antígenos del péptido que son exhibidos por las proteínas complejas de la clase I de la histocompatibilidad del comandante (MHC) en la superficie Antígeno-que presenta estos péptidos de las células son productos de la degradación proteasomal de las proteínas originadas por el patógeno invasor . Aunque los proteasomes constitutivo-expresados puedan participar en este proceso, un complejo especializado compuso de las proteínas cuya expresión es inducido por la gamma del interferón produce los péptidos del tamaño y de la composición óptimos para el atascamiento de MHC. Estas proteínas cuya expresión aumenta durante la inmunorespuesta incluyen la partícula reguladora 11S, cuyo papel biológico sabido principal está regulando la producción de ligands de MHC, y subunidades especializadas de Î ² llamaron Î ² 1i, Î ² 2i, y Î ² 5i con especificidad alterada del substrato. El complejo formado con las subunidades especializadas de Î ² se conoce como el immunoproteasome. Este acercamiento del apoptosis de selectivo-inducción en células del tumor ha probado eficaz en los modelos animales y los ensayos humanos. El Bortezomib, una molécula desarrollada por los productos farmacéuticos del milenio y puesta como Velcade, es el primer inhibidor proteasome para alcanzar uso clínico como agente de la quimioterapia . Bortezomib se utiliza en el tratamiento del mieloma múltiple . Notablemente, el mieloma múltiple se ha observado para dar lugar a los niveles proteasome crecientes en el suero de sangre que disminuyen a los niveles normales en respuesta a la quimioterapia acertada. Los estudios en animales han indicado que el bortezomib puede también tener efectos clínico-significativos en el cáncer pancreático . Los estudios clínicos preclínicos y tempranos se han comenzado para examinar la eficacia de los bortezomib en tratar la otra B-célula - cánceres relacionados, particularmente algunos tipos del linfoma Non-Hodgkin .

El Ritonavir de la molécula, puesto como Norvir, fue desarrollado como inhibidor de proteasa y utilizado para apuntar la infección del VIH . Sin embargo, se ha demostrado para inhibir proteasomes así como las proteasas libres; específicamente, la quimotripsina - como la actividad del proteasome es inhibido por el ritonavir, mientras que la tripsina - como actividad se realza algo. Los estudios en los modelos animales sugieren que el ritonavir pueda tener efectos inhibitorios en el crecimiento de las células de la glioma .

Los inhibidores de Proteasome también han demostrado promesa en tratar enfermedades autoinmunes en los modelos animales. Por ejemplo, los estudios en los ratones que llevaban los injertos de piel humanos encontraron una reducción en el tamaño de lesiones del psoriasis después del tratamiento con un inhibidor proteasome. Los inhibidores también demuestran efectos positivos en modelos del roedor del asma .

El etiquetado y la inhibición del proteasome está también de interés en los ajustes del laboratorio para el estudio in vivo in vitro de y del de la actividad proteasomal en células. El inhibidor más de uso general del laboratorio es Lactacystin, un producto natural sintetizado por las bacterias de los Streptomyces .

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