Убиквитин-независимый протеолиз основного белка миелина и его роль в развитии экспериментального аутоиммунного энцефаломиелита (1105762), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Он способен присоединяться к обоим концампротеолитического ядра или замещать 19S регулятор в 26S протеасоме. Существуетгибридная протеасома, к которой с одного конца присоединен PA28, а с другого – 19Sрегулятор. PA28 связывается с 20S протеасомой обратимо, для этого процесса нетребуется АТФ [14]. При этом открывается канал, ведущий в каталитическую полостьпротеасомы, что в несколько раз увеличивает ее активность [15].20S каталитическое ядро, связанное с двумя регуляторами РА700 с обоих концовцилиндра, представляет собой 26S протеасому. Ее молекулярная масса составляет более2500 кДа.При связывании каталитического ядра с PA700 становится возможнымгидролиз крупных полипептидов и белков.
Для сборки 26S протеасомы из 20S ирегуляторногокомплексанеобходимоприсутствиеАТФ.Долячастиц20S,присоединивших РА700, растет при увеличении концентрации АТФ, и достигаетмаксимума при 10 мкМ АТФ. При дальнейшем увеличении концентрации АТФ она неменяется [16]. Регулятор РА700 при присоединении к 20S протеасоме влияет напараметры канала, ведущего в каталитическую полость, таким образом, что туда могутпроникнуть крупные молекулы.
Методом электронной микроскопии установлено, что вструктуре 26S протеасомы α-субъединицы радиально смещаются по направлению отцентра по сравнению с 20S протеасомой [1].Подавляющее большинство белков разрушаются 26S протеасомой по убиквитинзависимому пути. Для распознавания протеасомой белок, который необходимо разрушить,должен быть связан с цепочкой из не менее чем четырех молекул убиквитина –полипептида, содержащего 76 аминокислотных остатков. Регулятор РА700 (называемыйтакже 19S регуляторным комплексом и µ-частицей) имеет большую молекулярную массуи сложную структуру, состоит из 19 различающихся между собой белковых субъединиц(Рис.
3). В его структуре можно выделить два основных элемента: нижний (базовый)элемент состоит из шести отличающихся по структуре субъединиц, имеющих АТФазнуюактивность (Rpt1-6), структурных субъединиц Rpn1 и Rpn2 и двух убиквитинсвязывающих субъединиц Rpn10 и Rpn13. РА700 присоединяется непосредственно к αкольцу каталитического ядра и обеспечивает разворачивание полипептидной цепи12белковых субстратов [13]. Энергия гидролиза АТФ расходуется на разворачиваниеполипептидной цепи белкового субстрата и транслокацию ее в каталитическую полость.Верхний элемент состоит из 9 не-АТФазных субъединиц: Rpn3, 5–9, 11–12 (Рис. 3).
Rpn11осуществляет деубиквитинилировние субстрата [17].Рисунок 3. Структура 19S регулятора. Серым цветом обозначена 20S субчастица. Адаптировано из [17].Сборка протеасомы из субъединиц – сложный многостадийный процесс. βсубъединицы в клетке синтезируются в виде неактивных предшественников, удлиненныхс N-конца по сравнению со зрелыми β-субъединицами.
N-концевые пептиды являютсясигналами для белковых факторов, участвующих в сборке протеасомы, а такжепредотвращают преждевременную активацию β-субъединиц. При сборке сначалаформируются относительно стабильные интермедиаты – «пре-протеасомы», состоящие изодного α-кольца, частично собранного кольца из β-предшественников и вспомогательныхфакторов. Затем два интермедиата объединяются, формируя 20S протеасому. При этом N-13концевые пропептиды отщепляются по аутокаталитическому механизму, высвобождаяостатки треонина каталитических центров [18].Основными функциями протеасомы являются: деградация отслуживших и дефектных(например, окисленных или неправильно фолдированных) белков; участие в регуляцииклеточного цикла – процессинг белков, регулирующих клеточный цикл; процессингрегуляторных белков и транскрипционных факторов; участие в работе иммунной системы– гидролиз клеточных белков до антигенных пептидов, презентирующихся наповерхности клетки на молекулах MHC I; участие в процессе апоптоза.ИммунопротеасомаВ организме животных, имеющих иммунную систему, содержится два типапротеасомы–стандартнаяпротеасомапровоспалительных цитокинов –ииммунопротеасома.ПоддействиемIFNγ и TNFα – в клетках начинается синтезкаталитических иммуносубъединиц LMP2 (β1i), MECl-1 (β2i) и LMP7 (β5i).
Онигомологичны конститутивным субъединицам β1, β2 и β5, соответственно, и благодаряусиленной экспрессии встраиваются во вновь собирающиеся частицы протеасомы вместоконститутивных субъединиц. В профессиональных антиген-презентирующих клеткахиммуносубъединицы экспрессируются постоянно. Иммунопротеасома отличается отконститутивной по субстратной специфичности и поэтому более эффективно генерируетбольшинство антигенных пептидов [19], презентирующихся на MHC I.Сборка иммунопротеасомы из субъединиц происходит в 3-4 раза быстрее, чемстандартной протеасомы. Предполагают, что в этом процессе ключевую роль играетспециальный IFNγ-индуцибельный белок – фактор созревания протеасомы (proteasomematuration protein, POMP) [20]. Кроме того, разрушение иммунопротеасомы такжепроисходит намного быстрее, чем конститутивной протеасомы, ее период полураспада вклетке составляет всего 120 часов. Такой быстрый круговорот иммунопротеасомыпозволяет клеткам быстро включаться в иммунный ответ и возвращаться в нормальноесостояние,кактолькофункционированиеиммунопротеасомыперестанетбытьнеобходимым.Из-заотличийиммунопротеасомавстроенииотличаютсякаталитическихпосубстратнойсубъединицконститутивнаяспецифичности(Рис.и4).Иммунопротеасома обладает повышенной активностью по типу химотрипсина ипониженной активностью по типу трипсина и каспазы по сравнению с конститутивнойпротеасомой.
Каталитическая иммуносубъединица β1i замещает субъединицу β1, однако14методами ингибиторного анализа установлено, что β1i субъединица обуславливает, какминимум частично, специфичность по типу химотрипсина [21].Недавно проведенный рентгеноструктурный анализ конститутивной и иммуно- 20Sпротеасом мыши [22] показал, что в случае β2-субъединицы ее область, связывающаясубстрат, по структуре практически идентична у β2i и β2 субъединиц как в свободнойконформации, так и в конформации, принимаемой при связывании с субстратом.Единственное структурное отличие β2i и β2 субъединиц состоит в замещении Asp53 (β2)на Glu (β2i), что очень незначительно влияет на ее структуру и каталитические свойства.Поскольку замещение β2 на β2i не влияет на субстратную специфичность протеасомы,причина и функциональная роль замещения β2 на β2i пока остаются невыясненными.При сравнении структуры активных центров β1 и β1i субъединиц наблюдаютсязамены T20V, T31F, R45L, и T52A, которые увеличивают гидрофобность и уменьшаютразмер S1-области (связывающей P1-аминокислотный остаток субстрата).
Следовательно,β1i субъединица гидролизует субстрат в основном после небольших гидрофобныхаминокислот и поэтому генерирует больше презентирующихся на MHC I пептидныхэпитопов, содержащих неполярные аминокислоты (валин, лейцин, изолейцин) на C-конце[22].В каталитических центрах β5 и β5i субъединиц, аминокислотные остатки,обуславливающие химотрипсин-подобную специфичность, Ala20, Met45, Ala49 и Cys52,не отличаются друг от друга. Единственное различие состоит в замене Ala27 (β5) на Ser(β5i), что уменьшает размер S1 и S3 областей и придает им более гидрофильный характер.Повышенная полярность обуславливает увеличение скорости гидролиза пептидной связи,привлекая в активный центр больше молекул воды.
Кроме того, конформация активногоцентра β5i иммуносубъединицы стабилизирует тетраэдрическое переходное состояние вреакции гидролиза пептидной связи, что также увеличивает ее протеолитическуюактивность [22].Различия в структуре конститутивных и иммуносубъединиц протеасомы позволяютсоздавать ингибиторы, селективно блокирующие определенную субъединицу.15Рисунок 4. Различия в субстратной специфичности конститутивной и иммунопротеасомы по P1аминокислотным остаткам. Адаптировано из [22].Поскольку наличие С-концевого гидрофобного остатка в полипептиде являетсяважным фактором, обеспечивающим связывание с молекулами MHC класса I, можнопредположить, что антигенные пептиды производятся главным образом иммунопротеасомой, и клетки, содержащие этот тип протеасомы, представляют антиген на своейповерхности более эффективно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
