Клетки имеют сложную систему, которая контролирует и расщепляет дефективные, лишние белки, таким образом, чтобы предотвратить повреждение организма. Доктор Катрин Багола и профессор Томас Соммер из Макс Дельбрюк из Центра молекулярной медицины Берлин-Бух, а также профессор Майкл Гликман и профессор Аарон Чехановер из Техниона, Технического университета Израиля в Хайфе, обнаружили новую функцию фермента, участвующего в этом жизненно важном процессе. Используя в качестве модели дрожжевые клетки, исследователи показали, что специфический фактор, сокращенно Cue1, это не только рецептор и активатор расщепления, но он также способствует молекулярной маркировке дефектного белка для дальнейшей его деградации.
Белки представляют собой молекулярный механизм в клетках организма. Различные типы белков выполняют множество различных функций, таких как транспортировка веществ к месту назначения, борьба с патогенами, запуск химических реакций в клетке и другие. Многие белки производятся в клеточных органеллах, эндоплазматической сети, затем укладываются и транспортируются к месту назначения.
Некоторые белки необходимы только для конкретных, ограниченных по времени, целей и должны разрушаться, как только их цель была достигнута. Но ошибки часто возникают и в процессе производства и укладки. Эти дефектные белки не являются функциональными и могут даже нанести вред организму. Поэтому они тоже должны пройти процесс разрушения.
Клетки имеют сложную систему удаления неполноценных, лишних белков. В эндоплазматической сети заложен специальный процесс разрушения белков, известный как ассоциированная с эндоплазматической сетью деградация (ERAD). Эта система содержит ряд ферментов, которые сотрудничают, чтобы пометить дефектный белок молекулой убиквитином. Этот процесс называется убиквитилированием. Цепь из четырех-шести молекул служит в качестве сигнала для деградации. Белок, отмеченный такой молекулярной цепью транспортируется в протеасому, клеточный аппарат для расщепления белков, где он расщепляется на компоненты.
Эта убиквитин-протеасомная система находится во всех эукариотических клетках повсеместно. Это одна из наиболее сложных клеточных систем, которая защищает организм от тяжелых заболеваний. Дефектные белки, которым удалось избежать этой системы могут дать начало развитию серьезных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, болезнь Хантингтона, муковисцидоз или сахарный диабет. Профессор Чехановер обнаружил эту защитную систему, за данное открытие он получил Нобелевскую премию в области химии в 2004 году вместе с профессором Аврамом Гершко (из Техниона) и профессором Ирвином Роузом (из Калифорнийского университета, Ирвин, США).
Для облегчения прикрепления цепи убиквитина к дефектному белку, определенные ферменты должны работать согласованно. Некоторые из этих ферментов прикрепляются к мембране эндоплазматической сети, другие, такие как фермент Ubc7 свободно плавают внутри клетки. Фактор CUE1, который привязан к мембране, отвечает за набор Ubc7 и сопровождение его к ферментам в мембране. Для этого у него есть домен, который связывается с Ubc7. Другой домен фактора, это так называемый CUE домен. Доктор Багола и профессор Соммер совместно с коллегами профессором Гликменом и профессором Чехановер изучили его функции в клетках дрожжей.
Роковая связь
CUE домен является убиквитин-связывающим доменом. Убиквитин-связывающий домен связывается с определенным набором убиквитина. Например, он может распознать прикрепилась ли к белку одна или несколько молекул убиквитина и как соответствующие молекулы убиквитина связались друг с другом в цепи. Набор убиквитина определяет, какой домен связывается с каким белком и таким образом, определяет дальнейшую судьбу белка.
Непосредственное воздействие на формирование молекулярной цепи — сигнал к разрушению белка
Исследователи из Центра молекулярной медицины и Техниона, которые тесно сотрудничали в течение многих лет, показали, что CUE домен фактора Cue1 связывается с убиквитин цепями, которые соединены друг с другом с помощью специального структурного блока из отдельных молекул убиквитина. Эти цепи впоследствии дают сигнал к расщеплению белков. Кроме того, исследователи обнаружили, что домен CUE также оказывает непосредственное влияние на длину цепи убиквитина. Если CUE отсутствовал или его функции ограничены вследствие мутации, цепь убиквитина развивалась медленнее и была короче в длину. Видимо, CUE домен стабилизирует развитие цепи убиквитина, что позволяет дополнительным молекулам убиквитина легко прикрепляться.
На дрожжевых клетках, исследователи обнаружили, что CUE домен Cue1 на самом деле влияет на то, насколько эффективно проходит процесс ассоциированной с эндоплазматической сетью деградации белков. Исследователи подозревают, что CUE домен используется специально для расщепления белков, которые связаны с мембраной эндоплазматической сетью. Тем не менее, он, кажется, не оказывает никакого влияния на деградацию растворимых белков. «Наши результаты показывают, что убиквитин-связывающий домен может также регулировать формирование цепи убиквитина», — говорят исследователи, — «Эта функция ранее была неизвестна».
Источник: sciencedaily.com