Убиквитин-протеасомная система¶

Убиквитин-протеасомная система — один из основных механизмов внутриклеточного расщепления белков у эукариот, при котором белок-мишень обратимо модифицируется цепью молекул убиквитина и затем узнаётся и разрушается мультисубъединичным протеолитическим комплексом — протеасомой 26S. Система обеспечивает избирательную деградацию белков и участвует в регуляции клеточного цикла, ответе на стресс, поддержании качества протеома и иммунном распознавании.

¶Убиквитин и его конъюгация

Убиквитин — небольшой (76 аминокислотных остатков) консервативный белок, обнаруживаемый у всех эукариот. Его присоединение к белкам-мишеням происходит через каскад из трёх ферментов:

• E1 (активирующий фермент) — активирует убиквитин за счёт АТФ;
• E2 (конъюгирующий фермент) — переносит активированный убиквитин;
• E3 (лигаза) — обеспечивает специфичность, связывая убиквитин с конкретным остатком лизина в белке-мишени.

У человека известно два фермента E1, несколько десятков E2 и более 600 лигаз E3, что определяет высокую избирательность системы. Убиквитин может образовывать цепи по разным остаткам лизина (K48, K63, K11 и др.), и тип связи определяет судьбу белка: цепи K48 обычно направляют белок на протеасомную деградацию, тогда как цепи K63 чаще участвуют в сигнальных процессах. Удаление убиквитина осуществляют деубиквитиназы (DUB).

¶Протеасома 26S

Протеасома 26S состоит из двух частей:

• 20S коровая частица — цилиндр из четырёх гептамерных колец (α7β7β7α7), внутри которого находятся три типа протеолитических активностей (трипсиноподобная, химотрипсиноподобная и каспазоподобная);
• 19S регуляторные частицы — узнают полиубиквитинированные белки, удаляют убиквитин, разворачивают субстрат и проталкивают его в полость 20S.

Каталитически активные центры β-субъединиц расположены внутри замкнутой полости, что предотвращает неконтролируемое расщепление клеточных белков. Деградация идёт в АТФ-зависимом режиме.

¶Классификация и варианты

Помимо конститутивной протеасомы, существуют:

• иммунопротеасомы — содержат β1i, β2i, β5i-субъединицы, индуцируются интерфероном-γ и участвуют в презентации антигенов через MHC I;
• тимопротеасомы — вариант, характерный для тимуса;
• гибридные и специализированные формы — в разных тканях и при патологии.

¶Биологические функции

Система регулирует:

• клеточный цикл — деградация циклинов и ингибиторов CDK;
• апоптоз — контроль уровня p53, Bcl-2-семейства;
• транскрипцию — разрушение NF-κB-ингибитора IκB;
• качество белков — удаление неправильно свёрнутых и повреждённых молекул;
• иммунный ответ — генерация пептидов для MHC I.

¶Медицинское значение

Нарушения работы системы связаны с нейродегенеративными заболеваниями (болезни Паркинсона и Альцгеймера), онкологией и иммунодефицитами. Ингибиторы протеасом — бортезомиб, карфилзомиб, иксазомиб — применяются в терапии множественной миеломы и некоторых лимфом. Ингибиторы E3-лигаз и модуляторы DUB рассматриваются как перспективные мишени для новых лекарств.

¶Методы изучения

Ключевые подходы включают: меченный убиквитин, масс-спектрометрию для идентификации убиквитинированных белков, ингибиторы (MG132, лактацистин), а также генетические модели с нокаутом компонентов системы.