Субкомплекс из 19S proteasome regulator (ATPases independent of 20S (APIS)) функционирует в не протеолитическим способом, чтобы контролировать RNA-polymerase-II-зависимую транскрипцию transcription²². RNA polymerase II также, по-видимому, связана физически с 26S proteasome. Протеосомы 26S могут ассоциировать с местами окончания транскрипции, чтобы облегчить окончание, и с закрепившимся комплексом элонгации, чтобы облегчать деградацию белков в этом застывшем комплексе²³.

Транскрипционные факторы также модифицируются пост-трансляционно как часть сложного управления функции генов. Напр., F-box белок Dsg1/Mdm30 необходим для ubiquitylation у S. cerevisiae транскрипционного фактора Gal4. Dsg1/Mdm30 стимулирует оборот Gal4 и тем самым влияет на его транскрипционную активность²⁴.

У млекопитающих рецепторы эстрогена ubiquitylated и деградируются с помощью 26S proteasome как часть циклической регуляции чувствительных к эстрогену промоторов, которые способны отвечать на изменения концентраций эстрогена в клетках²⁵. Др. хорошо изученным примером пост-трансляционной модификации транскрипционных факторов у млекопитающих является супрессор опухолей p53. Среди др. модификаций, ubiquitylation, sumoylation и neddylation группы лизиновых остатков на С конце p53 контролируют стабильность и биологическую активность белка^26,27.

Signal transduction.Путь передачи сигналов nuclear factor (NF)-κB использован здесь для примера множественных путей, с помощью которых ubiquitin и ubiquitin-proteasome система могут контролировать сигнальную трансдукцию.

Транскрипция NF-κB-зависимых генов индуцируется в ответ на некоторые стимулы. Напр., tumour necrosis factor-α (TNFα) и RANK (receptor activator of NF-κB) лиганды активируют экспрессию гена NF-κB, чтобы запустить воспаление и OSTEOCLASTOGENESIS, соотв. Ингибитор NF-κB (IκB) фосфорилируется с помощью каскада киназных комплексов, которые включают TAK1 (transforming growth factor-β (TGFβ)-activated kinase-1) комплекс и IκB киназный комплекс. Фосфорилирование IκB запускает его K48-сцепленную polyubiquitylation и его последующую деградацию с помощью 26S proteasome. Но что активирует комплекс TAK1? Когда TNFα соединяется с TNF receptor-1, то рецептор олигомеризуется и ассоциирует с комплексом, который содержит ubiquitin ligase TRAF2 (TNF-receptor-associated factor-2). RANK рецептор ассоциирует с ubiquitin ligase TRAF6. Работая с гетеродимерной E2 UBC13-MMS2, TRAF2 прикрепляет K63-закрепленные polyubiquitin цепочки к receptor-interacting protein (RIP)²⁸ и к самому себе. Это запускает TAK1 комплекс, чтобы присоединиться к membrane-receptor комплексу посредством K63-закрепленных polyubiquitin цепочек, и в результате происходит фосфорилирование IκB и его последующая ubiquitylation^29-31.

Как и во всех сигнальных системах, система д. также выключаться, напр., чтобы предупредить хроническое воспаление. Выключение системы зависит частично от deubiquitylation. Это впервые было продемонстрировано для опухолевого супрессора CYLD (cylindromatosis), который отщепляет K63-прикрепленные цепочки от TRAF2 (и TRAF6) и, когда мутантен, то вызывает cylindromatosis, обезображивающее опухолевое заболевание³². Недавно появился белок A20 в качестве энзима dual-катализа, который подавляет NF-κB систему³³. A20 отщепляет K63-прикрепленные ubiquitin цепочки от RIP и добавляет K48-сцепленные цепочки, которые приводят в результате к протеосомной деградации RIP.

При osteoclastogenesis адапторный белок p62/sequestosome-1 соединяется с модифицированным с помощью K63-linked-цепочек TRAF6. Мутации, которые затрагивают ubiquitin-associated (UBA) домен p62, чвто нарушает способность p62 соединяться с ubiquitin, обычно обусловливают заболевание костей PAGET'S DISEASE^34-37. Известны и первые мутации, которые затрагивают UBA домен и обусловливают болезнь у людей.

Endocytosis and sorting. Активированные рецепторы фактора роста обычно удаляются с клеточной поверхности и транспортируются в эндосомный компартмент. Из этого места они затем могут быть возвращены в плазматическую мембрану для последующего раунда активации (recycling) или могут быть направлены на деградацию с помощью кислых гидролаз в vacuole/lysosome³⁸ (вакуоли у S. cerevisiae эквиваленты лизосомам млекопитающих). Ubiquitin участвует и в ступени интернализации в плазматическую мембрану и в процессе эндосомной сортировки. Интернализованные рецепторы, а у S. cerevisiae различные permeases и транспортеры преимущественно monoubiquitylated или multiubiquitylated^39,40, хотя короткие K63-сцепленные цепочки также могут играть роль в доставке в вакуоли/лизосомы^41,42.

Ubiquitylation рецепторов способствует их сортировке в lumenal пузырьки субнабора поздних эндосом, известных как MULTIVESICULAR BODIES (Box 2). Это секвестрирование рецепторов из цитозоля и направляет их на путь vacuolar/lysosomal деградации. События сортировки в пре-vacuolar компартменте или ранних эндосомах приводят к транслокации рецепторов во внутренние пузырьки, что обусловлено, как полагают, последовательным использование, по крайней мере, четырех мультибелковых комплексов, каждый из которых может распознавать ubiquitylated груз посредством ubiquitin-взаимодействующих доменов³⁸. Ubiquitylated хвосты рецепторов и др. типов убиквитилируемых белков распознаются рядом ubiquitin-связывающих белков⁴³ (Box 2).

Имеется несколько ubiqutin-подобных белков (Table 1). Модификация белков с помощью ubiqutin-подобных белков использует сходный энзимный каскад с тем, что используется для ubiquitin. Ubiqutin-подобные белки активируются с помощью специфического E1 и переносятся к своим субстратам с помощью E2. Роль E3s в этих реакциях менее ясна. В большинстве случаев E3s не были обнаружены, а E2s часто оказывались способными к непосредственному взаимодействию с субстратными белками. Однако, E3s для NEDD8 (neuronal-precursor-cell-expressed developmentally downregulated protein-8) и SUMO известны, такие как MDM2 (mouse double minute-2) и, напр., PIAS (protein inhibitor of activated STAT), соотв.^27,44.

NEDD8. NEDD8 (Rub1 (related to ubiquitin-1) у S. cerevisiae) не является непосредственным сигналом на деградацию, но он участвует в регуляции E3 ubiquitin-protein ligases. NEDD8 содержит C-терминальный остаток glycine, который активируется с помощью гетеродимерного E1 APPBP1-UBA3 (Alzheimer-precursor-protein-binding protein-1-ubiquitin-activating enzyme-3), и NEDD8 затем переносится на субстрат с помощью E2 UBC12. NEDD8 синтезируется в виде предшественника и подвергается процессингу с помощью C-терминальных hydrolases DEN1/NEDP1 и UCH-L3 (ubiquitin C-terminal hydrolase isozyme L3). Удаление NEDD8 с белков зависит от proteases USP21 (ubiquitin-specific protease-21), DEN/NEDP1 и COP9 signalosome.

NEDD8 может ковалентно связываться со всеми членами семейства cullin (CUL) за исключением APC2 (anaphase-promoting complex-2)⁴⁵. Сullins являются каркасными субъединицами ubiquitin-protein ligases, такие как SCF (SKP 1-CUL1-F-box) и CBC (CUL2-elongin-BC) E3s. Cullins взаимодействуют с RING-finger белками (ROC1/RBX1 для SCF), чтобы обеспечить возможность рекрутирования E2s. NEDD8 может регулировать активность SCF путём конъюгации с CUL1. Модификация CUL1 с помощью NEDD8 не влияет на сборку комплекса SCF, но предупреждает ассоциацию CUL1 с ингибитором активности SCF, CAND1 (cullin-associated and neddylation-dissociated-1). COP9 signalosome комплекс регулирует SCF за счёт deneddylating CUL1, это позволяет CAND1 соединяться и замещать SKP1-F-box гетеродимер⁴⁶.

Недавно было показано, что E3 ubiquitin ligase MDM2, которая является регулятором p53, может обеспечивать конъюгацию NEDD8 с p53 и с самим собой и что этот процесс может быть обратим с помощью DEN1/NEDP1. Из 6 остатков p53, которые ubiquitylated, только 3 могут быть neddylated. Мутантные p53, которые лишены этих остатков, обнаруживают повышенные уровни транскрипционной активности, это указывает на то, что neddylation p53, подобно ubiquitylation, может ингибировать активность p53²⁷.

SUMO. Конъюгация SUMO (Smt3 (suppressor of MIF2 mutations-3) у S. cerevisiae) с белками мишенями использует несколько клеточных активностей, включая контроль клеточного цикла, ядерный транспорт и реакцию на вирусные инфекции. Дефекты в и манипуляции с sumoylation участвуют в некоторых не связанных между собой болезнях⁴⁷.

Имеется 3 изоформы SUMO у людей (SUMO-1, -2 и -3). SUMO-2 и -3 практически идентичны и функционально отличны от SUMO-1. SUMO-2 и -3 содержат sumoylation мотив, окружающий K11 (ΨKXE, где Ψ представляет собой крупную гидрофобную аминокислоту, а X обозначает любую аминокислоту), который делает возможным образование polySUMO-цепочки. SUMO-1 не содержит такого мотива, что делает его неспособным к образованию цепочки^48,49.

SUMO белки активируются с помощью гетеродимерного E1 AOS1-UBA2 и они используют E2 UBC9 для конъюгации. На сегодня известны три E3s для SUMO белков - RanBP2 (Ran-binding protein-2), PIAS и Polycomb белок Pc2. Эти три энзима обладают разной субклеточной локализацией и обеспечивают модификацию специфических субстратов. Sumoylation обратимо и у S. cerevisiae desumoylation обеспечивается с помощью Ulp1 (ubiqutin-like-protein-specific protease-1). Этот энзим является критическим для функции SUMO белков, т.к. он отщепляет C-терминальное расширение от вновь транслоцированных предшественников SUMO и осуществляет desumoylation. Напр., desumoylation существенна для функции SUMO-1 в ходе клеточного цикла⁴⁷.

Многие из белков мишеней SUMO-1 участвуют в транскрипции, поддержании структуры хроматина и репарации ДНК. Основными из активностей SUMO-1 являются регуляция активности белков-мишеней и локализация белков. Напр., Ran GTPase-activating protein (RanGAP), малая GTPase, которая участвует в ядерном импорте, нуждается в модификации SUMO-1 с помощью RanBP2 для своей локализации в комплексах ядерных пор⁵⁰. Кроме того, SUMO-1 модификация белков promyelocytic leukaemia PML и Sp100 локализует их на PML тельцах в ядрах⁴⁷.

Интересно, что sumoylation белка может противодействовать функции ubiquitylation, напр., транскрипционных факторов и гистонов. В некоторых случаях очевидно, что SUMO-1 и ubiquitin конкурируют, чтобы модифицировать один и тот же сайт. Напр., ubiquitylation K21 в IκB ведет к его деградации, тогда как сумоилирование K21 стабилизирует IκB. Более того, ацетилирование и фосфорилирование белков мишеней модулирует sumoylation. Напр., фосфорилирование PML и p53 ингибирует их sumoylation, тогда как ацетилирование гистона H4 усиливает его sumoylation⁴⁷.

Недавно были открыты субстраты для SUMO-2 и -3 конъюгации. SUMO-2 и -3 могут быть сконъюгированы с транскрипционным фактором C/EBPβ1 (CCAAT/enhancer-binding protein-β1), и эта модификация необходима для репрессии способности C/EBPβ1 активировать транскрипцию с промотора cyclin-D⁵¹. SUMO-2 и -3 могут также конъюгировать с topoisomerase II. Эта модификация не оказывает видимого эффекта на активность энзима, но она, как полагают, важна для перемещения topoisomerase II на митотические хромосомы при переходе от метафазы к анафазе⁵².

ISG15/UCRP. Некоторые ubiquitons, как было показано, участвуют в воспалительной и иммунной реакциях. Interferon-stimulated gene-15 (ISG15),который также известен как ubiquitin cross-reactive protein (UCRP), содержит два ubiquitons. ISG15 синтезируется как предшественник (ISG17) и подвергается превращению с помощью protease UBP43/USP18 , чтобы выявить глицин, который способен к isgylation, если активирован с помощью E1 UBE1L (ubiquitin-activating enzyme E1-like). В противоположность специфичности E2s UBC9 и UBC12 для SUMO и NEDD8, соотв., E2 UBC8 может обеспечивать перенос как ubiquitin, так и ISG15 к белкам-мишеням⁵³. UBP43/USP18 также ответственен за deisgylation.

Экспрессия ISG15 conjugation системы индуцируется с помощью типа I интерферонов (IFN-α and IFN-β), бактериальных липополисахаридов и вирусной инфекции. ISG15 конъюгаты могут обнаруживаться в не стимулированных клетках, однако их уровень увеличивается драматически после стимуляции. После индукции ISG15 может секретироваться с помощью как иммунных, так и не иммунных клеток или конъюгировать с белками. В результате его секреции ISG15 может стимулировать продукцию IFN-γ CD3⁺ клетками и активировать пролиферацию CD56⁺ natural-killer-клеток⁵⁴. Белки, которые модифицированы с помощью ISG15, включают: phospholipase Cγ1, которая контролирует Ca²⁺- и protein-kinase-C-регули hetvst сигнальные пути; Janus kinase-1 (JAK1), signal transducer and activator of transcription-1 (STAT1) и дрю нижестоящие эффекторы IFN-γ; extracellular signal-regulated kinase-1/2 (ERK1/2); и serpin 2a, который является ингибитором cysteine/serine протеазы^55,56.

FAT10. FAT10 первоначально был известен как diubiquitin, a остатки, которые были важны для функции ubiquitin, были законсервированы в обоих его ubiquitons. Они включали способный к конъюгации остаток глицина в С-терминальном домене и lysyl остатки, которые могут быть способны к формированию цепочек. Ген для FAT10 находится в локусе major histocompatibility complex class I и ген экспрессируется в зрелых B клетках и дендритных клетках, а также в некоторых клеточных линиях человека после обработки их IFN-γ b TNFa;, но не с помощью IFN-α^57?58.

FAT10 может нековалентно взаимодействовать с MAD2 (mitotic arrest deficient-2), checkpoint белком сборки веретена, который необходим для поддержания интеграции веретена. Однако, ещё не выявлена специфическая роль FAT10 в аресте анафазы⁵⁹. FAT10 локализуется в ядрах клеток hepatocellular carcinoma. Приблизительно 90% этих клеток обнаруживают усиление экспрессии гена для FAT10, как это обнаруживают и некоторые др. опухоли, особенно опухоли ЖКТ. Эти данные указывают на роль FAT10 в делениях клеток⁶⁰.

Избыточная экспрессия FAT10 ингибирует пролиферацию клеток и индуцирует апоптоз способом, который зависит от его C-терминального остатка glycine. Индукция FAT10 приводит в результате к продукции FAT10 конъюгатов, включая 35-kDa белковый конъюгат, это указывает на то, что конъюгация FAT10 в настоящее время с неизвестными ещё белками мишенями является важной функцией этого ubiquiton⁶¹. FAT10 и его 35-kDa конъюгат являются коротко-живущими белками, которые деградируют с помощью 26S proteasome. Недавние исследования показали, что NEDD8-ultimate-buster-1L (NUB1L) не-ковалентно взаимодействует с FAT10 и отправляет его на деградацию⁶². NUB1L был первоначально описан как взаимодействующий с NEDD8 белок, который индуцирует деградацию NEDD8⁶³, но NUB1L имеет более высокое сродство с FAT10, чем с NEDD8.

FUB1. Monoclonal nonspecific suppressor factor (MNSF) является LYMPHOKINE, который продуцируется с помощью concanavalin-A- или стимулированных IFN-γ мышиных T-клеточных гибридом. Он ингибирует несколько различающихся иммунологических реакций⁶⁴, a его активность приписывается 70-kDa гетеродимеру из двух белков - MNSFα и FUB1 (Fau ubiquitin-like protein) - которые ассоциируют обратимым образом. Fub1 кодируется с помощью кДНК MNSFβ, которая почти идентична продукту гена fau. Белок MNSFβ (14.5 kDa) состоит из слитых между собой FUB1 и рибосомального белка S30. Белок S30 отщепляется от FUB1 прежде, чем FUB1 и MNSFα ассоциируют. чтобы сформировать 70-kDa комплекс⁶⁴.

FUB1 содержит способный к конъюгации С-терминальный glycine, который конъюгирует с MNSFα в активном комплексе MNSF⁶⁵. Белок 62-kDa MNSFα состоит из 46-kDa T-клеточной-рецептор-α-подобной молекулы и обладает пока неизвестной биологической активностью⁶⁶. MNSFα, как полагают, является акцессорным фактором, который необходим для стабильности и секреции FUB1, т.к. FUB1, который не содержит сигнального пептида, является нестабильным как сам по себе, так и в клеточных агрегатах. Активный комплекс MNSF соединяется с interleukin-11-подобными рецепторами на соотв. типах клеток и индуцирует фосфорилирование тирозинов двух внутриклеточных белков, p31 и p65 (Ref. 67). Интересно, что mass-spectrometry анализ недавно выявил конъюгат в 33.5 kDa, который содержит FUB1, сцепленный с K110 из B-cell lymphoma-G (Bcl-G), про-апоптического белка семейства BCL2, который индуцирует апоптоз в трансфицированных клетках⁶⁸. BCL белки, каек известно, регулируются с помощью серии пост-трансляционных модификаций, включая фосфорилирование, расщепление с помощью каспаз, ubiquitylation (чтобы индуцировать их деградацию) и модификаций с помощью ubiqutin-подобных белков.

UBL5/Hub1. Ubiquitin-like protein-5 (UBL5; Hub1 (homologous to ubiquitin-1) у S. cerevisiae) законсервирован в ходе эволюции. UBL5/Hub1 содержит тирозин на своём С-конце, не glycine, он был первоначально открыт в исследованиях глазных болезней⁶⁹. UBL5/Hub1 содержит ubiquitin superfold⁷⁰, но его электростатическая поверхность отличается от таковой ubiquitin⁷¹, и белок не содержит неструктуированного С-конца убиквитина. Финальный тирозиновый остаток в UBL5 (Y72) является частью финального β-sheet, который может препятствовать конъюгации UBL5/Hub1 с др. белками. Сообщалось, что Hub1 может конъюгировать с Sph1 (Spa2 homologue 1), который участвует в поляризованном клеточном морфогенезе, и с новым белком Hbt1 (Hub1 target 1)⁷². Hub1 был также обнаружен в комплексах более высокого молекуярного веса, которые резистентны к кипячению в SDS. C-трминальный тирозин не нужен для образования этих комплексов, это указывает на то, что конъюгаты могут формироваться и не за счёт ковалентного сцепления С-терминального тирозинового остатка Hub1 (Ref. 73).

In Schizosaccharomyces pombe, Hub1 является важным - Δhub1 клетки арестовываются в удлинённом состоянии, это указывает на роль Hub1 в контроле клеточного цикла. Интересно, что С-терминальный dityrosine остатки Hub1 не обязательны для жизненно важного роста S. pombe, это опять же указывает на то, что С-терминальная область не может быть существенной для функции UBL5/Hub1. Роль UBL5/Hub1 в сплайсинге pre-мРНК предположена благодаря тому, что UBL5 очищается вместе с двумя промежуточными комплексами из SPLICEOSOME, комплексом B и B^* (Ref. 74). Более того, у дрожжей при двугибридном скрининге UBL5/Hub1, как было установлено, взаимодействует с двумя белками, которые, как известно, участвуют в сплайсинге мРНК - CLK4 (CDC2/CDC28-like kinase-4) и Snu66 (Refs 75,76).

Мимоходом UBL5 (известный также как beacon) был идентифицирован как вызывающий дозово-зависимое увеличение веса тела и потребления пищи при intracerebroventricularly введении тощим не-диабетическим Psammomys obesus (Израильская песочная крыса, которая служит уникальной полигенной моделью ожирения)⁷⁷. Выявляются увеличивающиеся количества гормоно-подобных молекул, которые при инъекции их intracerebroventricularly влияют на взаимоотношения между ожирением и началом диабета у взрослых⁷⁸. UBL5 может действовать и таким способом.

Urm1. Ubiquitin-related modifier-1 (Urm1) может конъюгировать с белками мишенями посредством С-терминального глицинового остатка. У S. cerevisiae, Urm1 активируется с помощью E1-подобного энзима Uba4 (Ref. 79). Urm1 обнаруживает незначительную гомологию последовательностей с ubiquitin, но он содержить ubiquitin superfold. Urm1 более сходен с серу-содержащими белками ThiS (a ubiquitin-like sulphur carrying protein) и MoaD (a ubiquitin-like small subunit of molybdopterin synthase), которые участвуют в биосинтезе thiamine и molybdopterin, соотв. у Escherichia coli^7,8. Urm1 может, следовательно, представлять собой эволюционную связь между этими прокариотическими белками и ubiquitin⁹.

Роль URM1 у высших эукариот неизвестна. У S. cerevisiae, Urm1 может конъюгироваться с Ahp1 (alkyl hydroperoxide reductase-1)⁸⁰, PEROXIREDOXIN, который снижает уровни alkyl hydrogen peroxides. Это наблюдение⁸⁰ и фенотип мутантов Urm1 (и его E1 мутантов)⁸¹ указывает на то, что Urm1 вовлекается в реакции оксидативных стрессов, а также в инвазивный рост и почкование.

Мутанты Δuba4 и Δurm1 чувствительны к rapamycin^81,82, это указывает на то, что urmylation участвует в TOR (target of rapamycin) пути. TOR киназа участвует в сигнальных путях, которые активируются с помощью пищевого голодания. У S. cerevisiae, путь TOR участвует в инициации и регуляции PSEUDOHYPHAL GROWTH, это позволяет клеткам добывать титательные вещества, а также в регуляции трансляции белков, хода клеточного цикла и экспрессии генов, которые участвуют в биогенезе ribosome и аутофагии^83,84.

Atg8 and Atg12. Аутофагия является главной системой для деградации большого количества цитоплазматических компонентов в клеткеи она индуцируется пищевым голоданием. Аутофагия регулируется с помощью ubiquitons Atg12 и Atg8. Это две отдельные конъюгационные системы являются существенными для аутофагии у S. cerevisiae^85,86.

Atg12 и Atg8 имеют одиночный С-терминальный глициновый остаток, который активируется с помощью E1-подобного энзима Atg7. Два E2-подобных энзима затем катализируют перенос активированных белков на мишени субстраты. Atg10 катализирует конъюгацию Atg12 с Atg5, тогда как Atg3 катализирует конъюгацию Atg8 с phosphatidylethanolamine. Atg8 экспрессируется с С-терминальным arginine остатком, который удаляется с помощью cysteine protease Atg4. Этот энзим может также отщплять Atg8 от Atg8-phosphatidylethanolamine. Образование Atg12-Atg5 и конъюгации Atg8 с, и его удаление от phosphatidylethanolamine существенны для аутофагии.

Обе системы хорошо законсервированы у млекопитающих. У мышей и людей имеется только по одному ортологу для каждого из компонентов системы Atg12. Однако, имеется, по крайней мере, три Atg8 гомолога⁸⁷. Аутофагия является критической для гомеостаза клеток, т.к. она рециркулирует белки и органеллы. Дефекты аутофагии ассоциируют с опухолями⁸⁸ и с некоторыми нейродегнеративными заболеваниями, включая болезнь Паркинсона⁸⁹.

Just scratching the surface? Наше сегодняшнее понимание функции ковалентно прикрепленных ubiquitons в основном касается активностей царапин (scratches) поверхности этих пост-трансляционных модификаторов. Напр., monoubiquitylation является частью механизмов как интернализации рецепторов, так и метилирования гистонов. Sumoylation это наделение сигналом ядерной локализации, а также действует в регуляции транскрипции и репарации ДНК.

Функционально разные исходы этих пост-трансляционных модификаций д. иметь молекулярную основу. Незначительные отличия, которые могут быть генетически созданы в ubiquitin superfold разных ubiquitons в ходе эволюции - напр., разные электростатические поверхностные потенциалы в купе с огромным выбором партнеров для конъюгации - заметно увеличивают рамки специализированных межбелковых взаимодействий. Примеры включают распознавание мономерных, димерных (ISG15 и FAT10) и полимерных (ubiquitin и SUMO-2 и -3 цепей) ubiquitons с помощью нижестоящих рецепторов и адапторов в клетке. Различия в общей трехмерной форме этих молекул являются критическими для распознавания нижестоящих молекул. Таким образом, K48-сцепленные ubiquitin цепочки могут управлять протеосомной деградацией, тогда как K63-закрепленные цепочки участвуют в передаче сигналов. Сигнал, генерируемый с помощью димерных ubiquitons ISG15 или FAT10, отличен от того, что продуцируется двумя сцепленными isopeptide убиквитинами. Более того, взаимодействия между убиквитонами (ubiquitons) и нижестоящими белками, хотя и высоко специфичны, в общем-то обнаруживают низкое сродство. Это делает возможной быструю ассоциацию и диссоциацию взаимодействующих белков, чтобы облегчить биохимические процессы в клетках⁴³.

Signal transduction. Экономная природа эволюционного процесса диктует, что если структура белка работает биологически хорошо, то она д. использоваться снова и снова. Следовательно, ubiquitin складка также генетически встраивалась в белки. Структурные исследования выявили ubiquitin складку во многих белках в разных видах. Напр., Raf kinase при X-ray кристаллографии обнаруживает ubiquitin складку в своём Ras-связывающем домене⁹⁰. Это намекает на важность этой складки в путях передачи сигналов, что и было потом подтверждено. Встраивание складки может, конечно, генетически изменено с помощью природы. Напр., поверхностный заряд может быть модифицирован, чтобы создать убиквитоны с новыми последовательностями для межбелковых взаимодействий и нижестоящих регуляторных событий. Домен PB1 (Phox и Bem-1) является ubiquitin складкой, которая идентифицируется с помощью NMR, и это обеспечивает формирование комплексов с др. PB1-содержащими белками^91,92.

В некоторых белках PB1 ubiquiton сконструирован так, что он обладает электропозитивным lysyl остатком на одной стороне складки и электронегативным кислым мотивом на др. строне (face). Белки, по-видимому. обладают одним или обоими из этих свойств - напр., mitogen-activated protein kinase kinase-5 (MEK5) обладает только кислым мотивом, тогда как p62 обоими. Следовательно, электростатические взаимодействия могут продуцировать гомомерные или гетеромерные 'цепочки' из белков, что облегчает некоторую клеточно-физиологическую активность. Таким образом, p62 (который обладает и электропозитвными и электронегативными свойствами) связывает атипическую протеин киназу C (которая также содержит оба признака), которая связывает MEK5 (которая содержит только электронегативный признак). И как результат MEK5 фосфорилирует ERK5 kinase и индуцирует экспрессию генов, которые контролируются с помощью myocyte enhancer factor⁹³.

Proteasomal delivery. Ubiquitons участвуют также в распознавании и доставке polyubiquitylated белков в 26S proteasome для деградации (Box 3). Одно семейство substrate-delivery белков содержит ubiquitin-like (UBL) домен и UBA домен. Домен UBA, который является ~50-аминокислотным доменом, и который первоначально был идентифицирован с помощью биоинформационных исследований, является polyubiquitin-связывающим доменом, который обнаруживается в ряде разнообразных белков, которые ассоциированы с ubiquitin путём^94-96. Домен UBL является убиквитоном, который обчыно обнаруживается на N конце белка, и он функционирует, взаимодействуя с Rpn1/S2 (regulatory particle non-ATPase 1/subunit 2) субъединицей из 26S proteasome^97-100. Субъединица Rpn1/S2 является компонентом 8-subunit основы 19S регулятора из 26S proteasome. Генетические эксперименты показали, что это семейство UBL- и UBA-домен-содержащих белков - которое включает Rad23 (radiation gene 23), Dsk2 (dominant suppressor of Kar2) и Ddi1 (DNA damage molecule-1) (Box 3) - представляет собой polyubiquitylated субстраты для протеосом за счет связывания с Rpn1/S2 (Refs 96,101-103). Доставка polyubiquitylated субстратов на протеосомы с помощью Rad23 и Dsk2 использует также aaa-белок Cdc48/p97. Cdc48/p97 участвует в многочисленных разнообразных внутриклеточных активностях, таких как слияние мембран, транспорт белков и разборка митотического веретена. Недавние модели указывают на то, что polyubiquitylated белки распознаются с помощью комплекса, который содержит Cdc48/p97, рекрутирующий E4 Ufd2. Ufd2 затем увеличивает убиквитиновцю цепочку за счет немногих ubiquitin остатков и рекрутирует Rad23 или Dsk2, которые соединяются с конъюгатами ubiquitin-белок и доставляют их в протеосомы для деградации^104,105. Комплекс Cdc48/p97 также взаимодействует с 26S proteasome^106,107.

Второе семейство ubiquiton-содержащих белков участвует в доставке субстратов. Эти белки содержат ubiquiton UBX в дополнение к домену UBA^94,108 (Box 3). Домен UBX в Shp1/p47 взаимодействует с Cdc48/p97 (Refs 109-111). Итак, по-видимому, имеется ещё один челночный комплекс, в котором UBA домен Shp1/p47 соединяется с ubiquitylated белками, тогда как UBX домен Shp1/p47 взаимодействует с Cdc48/p97, это обеспечивает активность для взаимодействия с протеосомами (Box 3).

Дополнением к этому усложнению служит тот факт, что polyubiquitylated белки могут непосредственно соединяться с Rpn10/S5a и с регуляторной частицей ATФase 5 (Rpt5)/S6'/S6a. Rpt5/S6'/S6a ATФase кроме того соединяется с белком von-Hippel-Landau (VHL) в VHL E3 ubiquitin-ligase комплексе¹¹². Следовательно, имеются несколько механизмов для непрямого и прямого связывания субстратов с протеосомами. Эти механизмы разных типов (и др. ещё не открытые) обеспечивают избирательность, которая необходима для регулируемой доставки многих белков (или семейств белков) в протеосомы для деградации. Они помогают также избежать в достваке субстратов узкого горлышака - напр., для Rpn1 и Rpn10.

Ubiquitin phospholipids. Ubiquitylation мембранных белков регулирует эндоцитоз, формирование мультивезикулярных тел и функционирование аппарата Golgi и эндоплазматического ретикулёма¹¹³. Возникает ли ubiquitin из общего цитозольного пула или он связан с мембранами? Убиквитон Atg8 ковалентно связан с phosphatidylethanolamine, чтобы индуцировать образование autophagosome⁸⁶, и имеется, по крайней мере, ещё один ubiquitin фосфолипид - phosphatidyl-ubiquitin. Этот фосфолипид выявлен в частицах baculovirus¹¹⁴ и в вирионах некоторых покрытых оболочками вирусов¹¹⁵. Хорошо известно, что ретровирусы ниспровергают систему мультивезикулярных тел для своего вызода из клетки¹¹⁶. Высвобождение ubiquitin из phosphatidyl-ubiquitin скорее, чем доступ к генеральному свободному клеточному пулу ubiquitin, д. облегчать события убиквитилирования белков на мембранах.

Ubiquitin and intracellular bacteria. Недавние исследования внутриклеточных бактерий показали, что ubiquitin система может играть роль в обнаружиении и элиминации этих патогенов. Напр., Salmonella typhimurium обычно реплицируется в фагосома-подобных вакуолях макрофагов. Однако, очевидно, что некоторые бактерии обнаруживаются в цитозоле, где они накапливают поверхностные polyubiquitylated белки и протеосомы, котоирые могут быть использованы для устранения этих бактерий из инфицированных клеток. Listeria monocytogenes живут в цитозоле эпителиальных клеток. Эти бактерии используют систему актина для перемещений в клетке, очевидно, чтобы предупредить ubiquitylation. Мутации в бактериальном гене, которые вызывают нарушения взаимодействий с актином, приводят и относительной иммобилизации бактерий, что связано с ubiquitylated белками¹¹⁷.

Цитозольным бактериям необходимо уклониться от аутофагической системы, чтобы выжить и размножиться. Shigella spp. избегает аутофагии путем секреции белка, IcsB. IcsB ингибирует взаимодействие бактериального белка VirG - белка, который необходим для взаимодействия с актином и бактериальной подвижности, но также является мишенью для автофагии - с Atg5 (мишенью для конъюгации белком Atg12) чтобы предупредить аутофагию¹¹⁸. Наконец, было показано, что токсин из uropathogenic E. coli индуцирует ubiquitin-зависимую деградацию хозяйской RHO GTPASES и что обусловливающий бляшки Yersinia spp. может иметь desumoylating протеазу, которая облегчает инфекционность¹¹⁹.

Убиквитоны, которые генетически встраиваются в белки или которые являются пост-трансляционными модификаторами белков, обладают потенциалом регулировать мириады клеточных процессов. Сегодня идентифицирована лишь небольшая пропорция белков, которая модифицируется таким способом. Встраивание убиквитонов наиболее часто обнаруживается в регуляторных белках - напр., минимальный Rac1-GTPase-связывающий домен plexin-B1 (взаимодействие между Rac1 и plexin-B1 необходимо, чтобы ремоделировать цитоскелет для клеточной подвижности)¹²⁰. В будущем, благодаря современной протеомике будут найдены многочисленные регуляторные белки, конъюгирующие с убиквитонами, чтобы повысить специфичность взаимодействий белков.