Ubikvitin je mali regulatorniprotein, koji je prisutan u skoro svim tkivimaeukariota.Ubikvitinacija je procesposttranslacione modifikacije nekogproteina, koja nastaje njegovim vezivanjem za jedan ili više ubikvitinskih monomerakovalentnim vezama.[1] Najčešća svrha ubikvitinacije je označavanje proteina za razgradnju. Ubikvitinska etiketa usmerava proteine kaproteasomu, koji je velikiproteinski kompleks u ćelijama koji razlaže i reciklira nepotrebne proteine. Osim toga, ubikvitinacija kontroliše stabilnost, funkciju i unutrašnji ćelijski položaj velikog broja proteina. Proces ubikvitinacije započinje enzim E1.[2]
Ubikvitin (prvotnosveprisutni imunopotentni polipeptid) je bio identifikovan1975. godine kao sveprisutni protein mase 8.5kDa. Osnovne uloge ubikvitina otkrivene su u ranim1980-im u istraživanjima Foks Čejs instituta za rak, a otkrila ga je ekipa naučnika koju su sačinjavali Aron Ciechanover, Avram Hershko i Irvin Rose, koji su za svoje otkriće dobiliNobelovu nagradu za hemiju2004. godine.[3][4][5]
Ubikvitinski sistem je prvotno okarakterisan kaoATP-zavisni proteolitički sistem prisutan u ćelijskim ekstraktima. Za termostabilani polipeptid prisutan u ovim ekstraktima, ATP-zavisni proteolitički faktor 1 (APF-1), je utvrđeo da je povezan kovalentnom vezom za model supstrata lizozima, u ATP i Mg2+ zavisnim procesima. Višestruki APF-1 molekuli su bili povezani s jednim molekulom supstrata izopeptidnim vezama. Ustanovljeno je da se njihovi konjugovani proteini brzo razlažu uz oslobađanje slobodnih APF-1. Ubrzo nakon toga, razjašnjena je konjugacija APF-1 proteina, koji je nazvan ubikvitinom. Karboksilna grupaaminokiselineglicina (Gly76) je otkrivena kao mjesto spajanja salizinom supstrata.
Ubikvitin je protein koji se sastoji od 76 aminokiselina i ima molekulsku masu od 8.5 kDa. Ključne karakteristike suC-terminalni rep i 7lizina. Visoko je konzerviran među eukariotskim vrstama: ljudi ikvasci dele 96% sekvence. Sekvenca ljudskog ubikvitina, pri čemu svako slovo označava aminokiselinu, je:
Proces označavanja nekog proteina ubikvitinom (ubikvitinacija) se sastoji od serije koraka:
Aktivacija ubikvitina: Ubikvitin aktivira E1 ubikvitin-aktivirajući enzim u procesu koji zahtijevaATP kao izvor energije. Prvi korak uključuje proizvodnju ubikvitin-adenilata. Druga faza je prenos ubikvitina do aktivnog mjesta,cisteina na E1 enzimu, uz otpuštanjeAMP-a. Ovaj korak rezultira u tioesterskoj vezi između C-terminalne karboksilne grupe ubikvitina i sulfihidrilnom grupom cisteina na enzimu E1.
Prenos ubikvitina s E1 do aktivnog mesta cisteina ubikvitin-konjugujućeg enzima E2 putem tran(tio)esterifikacijske reakcije. Genomi sisara imaju 30 - 40 ubikvitin-konjugujućih enzima.
Završni korak reakcije ubikvitinacije je stvaranje izopeptidne veze između lizina ciljanog proteina i C-terminalnog glicina ubikvitina. Ovaj korak u reakciji zahteva aktiviranje jednog od stotina E3 ubikvitin-protein ligaza (ili skraćeno, ubikvitin ligaza). E3 enzimi deluju kao supstrat za prepoznavanje i imaju sposobnost reagovanja sa E2 i sa supstratom.
U reakciji ubikvitinacije E1 se može povezati sa desetinama E2, koji se mogu povezati sa stotinama E3, hijerarhijski. Ostali ubikvitinu-slični proteini takođe reaguju preko E1-E2-E3 kaskade.
Osim da se samo jedan ubikvitin veže na supstrat, moguće je vezivanje niza molekula ubikvitina, pa tako nastaje poliubikvitinski lanac. Osim toga, neki supstrati su modifikovaani adicijom ubikvitinskih modula s lizinskim ostatkom, u procesu koji se naziva multiubikvitinacija. Kao što je već rečeno, ubikvitin ima 7 lizinskih ostataka. Istorijski, prvobitni tip prepoznatih ubikvitinskih lanaca su bili oni povezani preko lizina 48. Novija istraživanja su otkrila varijetet veza koji uključuje sve moguće lizinske nastavke, a osim toga i linearne lance povezane s N-terminalom ubikvitinskog molekula.[6][7] Radovi izdani2007. godine pokazuju stvaranje razgranatih lanaca ubikvitina putem različitih veza.[8][9] "Atipični" (nelizinski vezani) lanci ubikvitina se spominju u radu naučnik Ikede i Đikića.[10]
Ubikvitinacijski sistem učestvuje u brojnim ćelijskim procesima, kao što su[11]:
Model predstavlja dva molekula ubikvitina povezana preko 48-og lizina. Mjesto spajanja je prikazano žuto.Model predstavlja dva molekula ubikvitina povezana preko 63-eg lizina. Mjesto spajanja je prikazano žuto.
Najistraživaniji poliubikvitinski lanci, oni povezani preko 48-og molekule lizina, označavaju proteine za razgradnju u procesu koji se zove proteoliza. Barem četiri ubikvitinska molekula moraju biti povezana za lizinske nastavke ciljanog proteina kako bi ga prepoznao 26S-proteasom.[12][13][14][15][16]. Proteasom je kompleksna, bačvasta struktura s dve komore, u kojima se odvija proteoliza. Proteini se brzo razgrađaju u manje peptide (obično duge od 3 - 24 aminokiseline). Ubikvitinski molekuli se odvajaju od proteina pre same razgradnje i recikliraju za dalju upotrebu. Iako je većina proteosomskih supstrata ubikvitinirana, postoje primeri neubikvitiniranih proteina za razgradnju u proteasomu.
Ubikvitin takođe može da označava membranske proteine (na primer, receptore) koje treba odstraniti s membrane, i vrši nekoliko signalnih uloga u ćeliji. Molekuli na ćelijskoj membrani označeni s ubikvitinom su često monoubikvitinizirani, i ove modifikacije često označavaju protein za razgradnju u lizosomu.
Neki genetički poremećaji često povezani s ubikvitinom su:
Gen čija disfunkcija uzrokujeAngelmanov sindrom, UBE3A, nosi na sebi kod za ubikvitin ligazu (E3) enzmin pod nazivom E6-AP.
Gen poremećen Von Hipel-Lindauvim sindromom kodira ubikvitin E3 ligazu pod nazivom VHL tumorski supresor ili VHL gen.
Gen poremećen Lidlovim sindromom dovodi do disregulacije epitelnog Na+ kanala (ENaC) i uzrokujehipertenziju.
Osam od trinaest identifikovanih gena čija disfunkcija uzrokuje Fanconijevu anemiju kodira proteina koji formira veliki ubikvitin ligaza (E3) kompleks.
Mutacije Cullin7 E3 ubikvitin ligaze su povezane s 3-M sindromom, recesivnim poremećajem koji rezultira u retardaciji.[17]
Antitijela za ubikvitin se koriste uhistologiji kako bi se identifikovale abnormalne nakupine proteina unutar ćelije, koje su markeri bolesti. Ove nakupine se nazivaju inkluzijska telešca. Primeri za takve nenormalne inkluzije su:
↑Huber Céline, Dora Dias-Santagata, Anna Glaser, James O'Sullivan, Raja Brauner, Kenneth Wu, Xinsong Xu, Kerra Pearce, Rong Wang, Maria Luisa Giovannucci Uzielli, Nathalie Dagoneau, Wassim Chemaitilly, Andrea Superti-Furga, Heloisa Dos Santos, André Mégarbané, Gilles Morin, Gabriele Gillessen-Kaesbach, Raoul Hennekam, Ineke Van der Burgt, Graeme C M Black, Peter E Clayton, Andrew Read, Martine Le Merrer, Peter J Scambler, Arnold Munnich, Zhen-Qiang Pan, Robin Winter, Valérie Cormier-Daire (2005). „Identification of mutations in CUL7 in 3-M syndrome”. Nature Genetics37 (10): 1119–24. DOI:10.1038/ng1628.
