How the genetic code is translated into proteins was a key focus of biological research before the 1980s, but how these proteins are degraded remained a neglected area. With the discovery of the lysosome, it was suggested that cellular proteins are degraded in this organelle. However, several independent lines of experimental evidence strongly indicated that non-lysosomal pathways have an important role in intracellular proteolysis, although their identity and mechanisms of action remained obscure. The discovery of the ubiquitin–proteasome system resolved this enigma.
Рис.1. | Timeline | Important discoveries and milestones in the five-decade history of intracellular protein degradation
Ubiquitin is a small (76 residue), heat-stable and highly evolutionarily conserved protein. It was first purified during the isolation of thymopoietin56 and was subsequently found to be ubiquitously expressed in cells from all kingdoms of life, including prokaryotes57. Interestingly, it was initially found to have lymphocyte-differentiating properties, a characteristic that was attributed to the stimulation of adenylate cyclase58. It was therefore named UBIP (ubiquitous 'immunopietic' polypeptide57). However, later studies showed that ubiquitin is not involved in the immune response59, and that it was a contaminating endotoxin in the preparation that probably stimulated the adenylate cyclase and the T-cell-differentiating activity. Furthermore, the sequencing of several eubacterial and archaebacterial genomes, together with functional studies in these organisms, showed that ubiquitin is actually restricted only to eukaryotes. The identification of ubiquitin in bacteria57 was probably due to contamination of the bacterial extract with yeast ubiquitin, which was derived from the yeast extract in which the bacteria were grown. Importantly, although the name ubiquitin is a misnomer because this protein is not as ubiquitous as was previously thought, it has remained the name of the protein for historical reasons.
An important breakthrough in the field of ubiquitin research was the discovery that a single ubiquitin moiety can be covalently conjugated to histones, particularly to histones H2A and H2B. The ubiquitin conjugate of H2A (which was designated protein A24) was characterized by Goldknopf and Busch60,61 and by Hunt and Dayhoff62, who found that the two proteins are linked through an isopeptide bond between the C-terminal glycine of ubiquitin (Gly76) and the ε-NH2 group of an internal lysine (Lys119) of the histone. It should be noted that a bifurcated isopeptide bond between two different proteins that is generated post-translationally and is probably dynamic (that is, synthesized and hydrolysed) had not been described before. The isopeptide bond in this histone–ubiquitin conjugate is identical to the bond that was proposed for the linkage between ubiquitin and its target proteolytic substrates31, and between the ubiquitin moieties in the polyubiquitin chain63,64. The polyubiquitin chain is synthesized on the substrate and functions as a recognition signal for proteolysis by the 26S proteasome (Box 3). In this polyubiquitin chain, the linkage is between Gly76 of one ubiquitin moiety and the internal Lys48 of the previously conjugated ubiquitin moiety. The role of the monoubiquitin modification of histones in the regulation of transcription (for a recent review, see, for example, Ref. 65) is unlike that of polyubiquitylation in proteolysis (Рис. 2; Box 3; please also refer to the main text for further details).
Первоначально белковые компоненты рассматривались как довольно стабильные составляющие, которые являлись предметом лишь незначительных 'wear and tear', тогда как пищевые белки, которые, как полагали, функционируют прежде всего в качестве поставляющего энергию топлива, действуют как отдельные единицы, независимо от структурных и функциональных белков тела. Эта концепция была поставлена под сомнение Rudolf Scheonheimer, который использовал15 N-меченные аминокислоты, чтобы показать, что белковые компоненты тела экстенсивно обмениваются - т.е., они постоянно синтезируются и деградируют. В своей книге The Dynamic State of Body Constituents1, суммировал свои эксперименты сл. образом: "The simile of the combustion engine pictured the steady state flow of fuel into a fixed system, and the conversion of this fuel into waste products. The new results imply that not only the fuel, but the structural materials are in a steady state of flux. The classical picture must thus be replaced by one which takes account of the dynamic state of body structure." Однако, идея, что белки обмениваются не была воспринята широко вплоть до середины 1950s. Напр., Hogness и др.2 изучая кинетику β-galactosidase у Escherichia coli суммировали свои находки утверждением: "To sum up: there seems to be no conclusive evidence that the protein molecules within the cells of mammalian tissues are in a dynamic state. Moreover, our experiments have shown that the proteins of growing E. coli are static. Therefore it seems necessary to conclude that the synthesis and maintenance of proteins within growing cells is not necessarily or inherently associated with a 'dynamic state'."
В обзоре рассматривается эволюция, которая произошла в области внутриклеточного протеолиза. Белки и в самом деле экстенсивно обмениваются, этот процесс является специфическим, а стабильность многих белков регулируется индивидуально и м. варьировать при разных условиях. Описываются также поиски подлежащих механизмов, открытие лизосом и простых логических предположений, которые привели к гипотезе, что внутриклеточный протеолиз скорее всего происходит в органеллах. Наконец, имеющиеся экспериментальные данные строго показывают, что деградация большинства белков при базовых метаболических условиях д. осуществлятья с помощью не лизосомной кухни (machinery) - это привело к открытию сигнальной системы и протеосом. Открытие ubiquitin-proteasome системы привел в результате к др. важному открытию - реализация, которая регулирует протеолиз участвует в контроле широкого спектра клеточных процессов, таких как клеточный цикл и клеточные деления, апоптоз, транскрипция, презентация антигенов, сигнальная трансдукция, обусловленный рецепторами эндоцитоз, контроль за качеством белков и модуляция разнообразных метаболических путей (см ).
Mechanisms of intracellular proteolysis
Открытие лизосом (см. напр., Refs 3,4; см. также Рис. 1 и Box 1) явилось поворотным пунктом в изучении деградации белков. В нескольких независимых экспериментах подтвердили идею, что клеточные белки находятся в постоянном состоянии синтеза и деградации (Ref. 5), параллельно была открыта органелла, которая содержит широкий набор скрытых протеаз с разными специфичностями, т.е. кухни потенциально обеспечивающей внутриклеточный протеолиз. Однако между срединой 1950s и концом 1970s годов накапливались независимые экспериментальные доказательства, что деградация, по крайней мере, определенных классов клеточных белков при определенных физиологических условиях м. б. не связана с лизосомами.
Первым важным открытием в этом отношении было выявление базового функционального механизма лизосом - микроаутофагии. Во время этого процесса, который происходит при базовых метаболических условиях, участки цитоплазмы, которые содержат целую когорту клеточных белков, сегрегируют в мембраной очерченный компартмент. Этот компартмент затем сливается с первичной зарождающейся лизосомой, которая обусловливает переваривание его белкового содержимого. При более экстремальных условиях - напр., голодании - митохондрии, мембраны эндоплазматического ретикулема, гликогеновые тельца и др. цитоплазматические объекты м.б. втянуты в процесс, который известен как макроавтофагия (Ref. 6). Концептуально было трудно примирить этот способ не-избирательной деградации с возникающей концепцией , что разные белки деградируются с определенным периодом полу-жизни - в частности т.к. период белковой полу-жизни м. варьировать от минут до дней и м. испытывать заметное влияние со стороны изменяющихся патофизиологических условий, таких как доступность пищи, гормонов (Refs 7,8). Более поздние доказательства9 показали, что деградация с помощью лизосом м.б. действительно специфичной и обеспечивается с помощью распознавания определенного мотива белка-мишени (KFERQ), хотя существование сходных последовательностей у ~30% клеточных белков вряд ли делает такой механизм субстрат специфическим. Однако, он д. функционировать как часть общего механизма, который обеспечивает транспорт субстрата через лизосомные мембраны, хотя это д.б. не единственный механизм, т.к. проникновение субстрата в лизосомы обеспечивается также и др. механизмами, такими как слияние мембран пузырьков и образование multivesicular bodies (MVBs;Box 1).
Во-вторых, открытие, что специфические и общие ингибиторы лизосомных протеаз оказывают разные влияния на разные популяции белков, сделало ясным, что разные протеолитические механизмы (machineries) функционируют в клетках: а открытие, что деградация эндоцитозированных/внеклеточных белков существенно ингибируется, тогда как только ограниченное влияние обнаруживается на деградацию долго-живущих белков и почти отсутствует эффект на деградацию коротко-живущих и аномальных/мутантных белков сделало очевидным, что разные белки являются мишенями разных протеолитических machineries.
Наконец, термодинамически парадоксальное наблюдение, что деградация клеточных белков нуждается в метаболической энергии и что более важно, появились доказательства того, что протеолитическая кухня (machinery) м. нуждаться в энергии непосредственно, что находилось в контрасте с известным способом действия лизосомных протеаз - т.е., что при соотв. условиях кислотности как и все известные протеазы они деградируют белки exergonically.
Гипотеза, что деградация внутриклеточных белков обеспечивается с помощью лизосом была тем не менее логичной. В общем, протеолиз, по-видимому, результат прямого взаимодействия субстрата с протеазами и поэтому очевидно, что активные протеазы не м. существовать свободно в цитозоле, поэтому и предполагалось, что внутриклеточная деградация белков осуществляется лизосомами. Никто не м. предполагать, что новый способ пост-трансляционной модификации - polyubiquitylation - необходим субстратам, чтобы реорганизоваться с помощью гигантской протеазы, которая имеет почти половинный размер от рибосом. Со временем лизосомные мембраны - скорее, чем потребность в такой модификации - создали существенный барьер между протеазой (протеазами) и их субстратом. Необходимо объяснить, как белки проникают в лизосомы и деградируются избирательным способом. Согласно одной модели предполагается, что разные белки обладают разной чувствительностью к лизосомным протеазам и что период их полу-жизни in vivo коррелирует с их чувствительностью к действию лизосомных протеаз in vitro10. Чтобы объяснить чрезвычайно длительный период полу-жизни белков, которые тем не менее являются чувствительными к лизосомным протеазам, или изменения в стабильности одного белка в разных физиологических состояниях, было предположено, что хотя все клеточные белки захватываются лизосомами, но только коротко-живущие белки деградируют, в то время как долго-живущие белки выходят обратно в цитозоль11. Согласно др. модели избирательность предопределяется сродством связывания разных белков к лизосомным мембранам, а их последующее поступление в лизосому и является процессом, контролирующим скорость их деградации12. Потребность в энергии описывалась как непрямая и необходимая, напр., для транспорта белка через мембрану лизосом13 или для активности H+ насоса, который необходим для подержания кислого внутрилизосомного pH, который необходим для оптимальной активности протеаз14. "Just as extracellular digestion is successfully carried out by the concerted action of enzymes with limited individual capacities, so, we believe, is intracellular digestion", суммировал Christian de Duve15, первооткрыватель лизосом.
Прогресс в идентификации предполагаемых нелизосомных протеолитических систем сдерживался отсутствием бесклеточных подготовительных условий, которые бы м. в точности воспроизвести клеточные протеолитические события - т.е. условия, которые бы м. деградировать белки специфическим, энергия-затратным, но не лизосомным способом. Важный прорыв совершили Rabinovitz and Fisher, которые установили, что ретикулоциты кроликов эффективно деградируют аномальный гемоглобин, который содержит аминокислотные аналоги16. Т.к. ретикулоциты являются незрелыми, терминально дифференцированными эритроцитами крови и не содержат лизосом, то было предположено, что деградация гемоглобина обеспечивается за счёт не лизосомной кухни. Etlinger and Goldberg17 первыми выделили бесклеточные протеолитические препараты из ретикулоцитов. Сырые экстракты избирательно деградировали аномальный гемоглобин, нуждаясь в гидролизе АТФ, с функциональным оптимумом при нейтральном pH, Это строго указывало на то, что протеолитическая активность была не лизосомной. Сходная система была выделена и охарактеризована вскоре Hershko, Ciechanover и др.18, которые позднее охарактеризовали и очистили её компоненты - достижение, которое привело в результате к открытию ubiquitin сигнальной системы.
The lysosome and cellular proteolysis
Как упоминалось выше функциональный механизм(ы) лизосом не согласуются с некоторыми выявляющимися ключевыми характеристиками внутриклеточной деградации белков, такими как гетерогенность стабильности индивидуальных белков, влияние пищевых веществ и гормонов на их деградацию, дифференциальные эффекты селективных ингибиторов на деградацию разных классов белков и зависимость внутриклеточного протеолиза от метаболической энергии.
Привлечение методов мониторинга кинетики белков в клетках вместе с развитием специфических и общих лизосомных ингибиторов привело к идентификации различных классов клеточных белков (долго- и коротко-живущих) и к открытию дифференциальных эффектов ингибиторов на эти классы белков (Refs 19,20). Напр., Poole с коллегами метаболически метили эндогенные белки в живых макрофагах 3H-leucine и затем 'скармливали' им мертвых макрофагов, которые ранее были мечены 14C-leucine. Таким способом они оказались способны отследить внутри одной клетки переваривание тех же самых белков макрофага, которые получала клетка из двух источников. Они отслеживали эффект lysosomotropic агентов на деградацию этих двух популяций белков - в частности, они изучали эффект слабо щелочных chloroquine и ammonium chloride, которые проникали в лизосомы и нейтрализовали H+ ионы, и кислого ионофора X537A, который рассеивал H+ градиент поперек лизосомных мембран. Воздействие этих агентов увеличивало pH внутри лизосом, это приводило в результате к ингибированию лизосомных протеаз, функциональный оптимум которых приходился на кислый pH. Они установили. что эти вещества специфически ингибируют деградацию внеклеточных белков, но не внутриклеточных белков21. Poole суммировал эти эксперименты, как ясно указывающие на существование не-лизосомной протеолитической системы деградации внутриклеточных белков: "The exogenous proteins will be broken down in the lysosomes, while the endogenous proteins will be broken down wherever it is that endogenous proteins are broken down during protein turnover."22
Потребность в метаболической энергии для деградации как эукариотических5, так и прокариотических23 белков было трудно понять. Протеолиз является exergonic процессом и термодинамически парадоксальная потребность в энергии для внутриклеточного протеолиза заставила исследователей поверить, что энергия не используется непосредственно протеазами или протеолитическим процессом per se, и , следовательно, д. использоваться не прямо. Как суммировал Simpson5: "...the fact that protein hydrolysis as catalyzed by the familiar proteases and peptidases occurs exergonically, together with the consideration that autolysis in excised organs or tissue minces continues for weeks, long after phosphorylation or oxidation ceased, renders improbable the hypothesis of the direct energy dependence of the reactions leading to protein breakdown." С открытием лизосом в эукариотических клетках считалось, напр., что энергия необходима для транспорта субстрата в лизосомы или для поддержания низкого pH внутри лизосом. Наблюдение Hershko and Tomkins, что активность tyrosine aminotransferase стабилизируется вследствие истощения АТФ24, указывала на то, что энергия м.б. необходимой на ранних стадиях протеолитического процесса, возможно еще до того как происходит протеолиз. Однако, это не исключало, напр., возможной роли лизосом в этом процессе или роли энергии в др. не протеолитическом процессе, который м. бы приводить к инактивации энзима. У бактерий, у которых отсутствуют лизосомы, первый аргумент не проходил, но др. непрямые эффекты гидролиза АТФ д.были затрагивать протеолиз у E. coli, напр., для поддержания 'energized membrane state'. Согласно этой модели белки м. становиться восприимчивыми к протеолизу в результате изменения свой конформации, напр., вследствие ассоциации их с клеточными мембранами, которые поддерживают локальный, зависимый от энергии градиент определенных ионов. Однако, такой эффект был исключен25, это указывало, что, по крайней мере, у бактерий энергия необходима непосредственно для процесса протеолиза, хотя протеолитическая кухня (machinery) у прокариот не была идентифицирована в то время. Потребность в метаболической энергии для деградации белков у прокариот и эукариот указывала на то, что энергия необходима непосредственно для протеолитического процесса, скорее всего для регуляции его и что сходный принципиальный механизм д.б. закреплен во время эволюции обоих царств. Описание бесклеточной протеолитической системы ретикулоцитов17,18, в которой отсутствовали лизосомы, ещё больше подтвердило идею, что энергия скорее всего непосредственно необходима протеолитическому процессу и у эукариот.
The ubiquitin-proteasome system
Бесклеточная протеолитическая система из ретикулоцитов17,18 оказалась чрезвычайно важным источником для очистки и характеристики энзимов, которые участвуют в ubiquitin-proteasome системе (Рис. 2). Ciechanover and Hershko первыми установили, что фракционирование сырых экстрактов ретикулоцитов на anion-exchange resin даёт две фракции, I и II, которые обе неоходимы для восстановления зависимой от энергии протеолитической активности26. Это было важным наблюдением, т.к. указывало, что система не состоит из одиночной 'классической' протеазы, которая приобрела зависимоть от энергии, а что она состоит, по крайней мере, из двух компонентов (хотя одиночные протеазы, которые нуждаются в энергии - 26S протеосомы млекопитающих и прокариотический продукт гена - были открыты позднее). Далее исследователи воспроизвели активность, используя полученные фракции, конечно они столкнулись с потерей активности в результате дальнейших ступеней очисток. Этот биохимический 'комплементационный' привел в результате к открытию дальнейшей ферментативной системы, которая необходима всем реакционным смесям для катализа многоступенчатого протеолиза субстрата-мишени. Активным компонентом фракции I оказался небольшой, ~8.5-kDa устойчивый к теплу белок26. Было предположено, что активный компонент фракции I м.б. активатором протеазы из фракции II. Чрезвычайно важными находками, которые направили по верному пути дальнейшие поиски, было то, что некоторые части этого устойчивого к теплу белка - который был обозначен ATP-dependent proteolysis factor-1 (APF1) - ковалентно конъюгировали с субстратом-мишенью, когда он инкубировался в присутствии фракции II, и эта модификация нуждалась в АТФ27,28.
Открытие, что APF1 ковалентно конъюгирует с белком-субстратом и стимулирует протеолиз в присутствии АТФ и сырой фракции II привело к предложению в 1980 модели, согласно которой модификация белка-субстрата с помощью некоторых частей APF1 направляет его на деградацию с помощью ниже стоящей, еще не идентифицированной протеазы, которая не м. распознавать не модифицированные субстраты. В этой модели, многократно используемый APF1 высвобождается после деградации белка-субстрата28. Аминокислотный анализ APF1, вместе с его известной мол. массой и др. общими характеристиками вызвал подозрение, что APF1 является ubiquitin29, известным белком с ранее неизвестной функцией (Box 2). В самом деле, Wilkinson и др. показали, что без сомнения APF1 является ubiquitin30. Этот открытие и открытие того, что способ прикрепления APF1 к субстрату31 сходен с таковым, который связывает ubiquitin с гистоном H2A (Box 2), разрешили загадку потребности в энергии для внутриклеточного протеолиза и открыли путь для понимания сложного механизма образования isopeptide-мостиков. Этот процесс не исключает сходство в принципе с механизмом образования пептидных мостиков, который катализируются с помощью tRNA synthetase, сопровождая активацию аминокислот во время синтеза белка или во время нерибосомального синтеза коротких пептидов32. Используя известный механизм активации ubiquitin и иммобилизованный ubiquitin в качестве 'covalent' affinity затравки, были очищены три энзима, которые участвуют в каскадной реакции конъюгации ubiquitin, Hershko, Ciechanover и коллегами. Эти энзимы следующие: enzyme-1 (E1), ubiquitin-активирующий энзим; E2, ubiquitin переносящий белок (ubiquitin-conjugating энзим); и E3, ubiquitin-protein ligase33,34 (Рис. 2a). Открытие энзима E3, котрорый является специфическим субстрат-связывающим компонентом системы, показало возможное решение проблемы специфичности и изменчиваой стабильности разных белков - они м. специфически распознаваться и подвергаться целенаправленному действию развичных лигаз.
Chin с коллегами инъецировали меченный ubiquitin и гемоглобин в клетки HeLa и затем денатурировли инъецированный гемоглобин с помощью окисления phenylhydrazine. они установили, что ubiquitin конъюгирует с голобином и существенно усиливает денатурацию гемоглобина и что концентрация globin-ubiquitin конъюгатов пропорциорнальна скорости деградации гемоглобина35. Hershko с коллегами наблюдали сходную корреляцию для аномальных, коротко-живущих белков, которые содержат аминокислотные аналоги36. Ранее изолированные мутации ареста клеточного цикал у млекопитающих, которые теряют ubiquitin-histone-H2A конъюгаты при пермиссивной температуре (Box 2), как было установлено Finley, Ciechanover and Varshavsky обладают термолабильным E1 (Ref. 37). Вследствие тепловой инактивации клетки оказываются неспособными деградировать нормальные коротко-живущие белки38. Хотя клетки и не предоставляют прямых доказательств ubiquitylation субстрата в качестве сигнала к деструкции, но эта работа тем не менее предоставила строгие доказательства прямой связи между конъюгацией ubiquitin и деградацией белка. Кроме того, благодаря работе, проводимой с мутациями ареста клеточного цикла, эти наблюдения оказались способными предсказать возможное участие ubiquitin системы в контроле клеточных делений - гипотеза, которая позднее оказалась корректной.
Tanaka и др. идентифицировали вторую, нуждающуюся в АТФ ступень в протеолитической системе ретикулоцитов, которая наступает после конъюгации ubiquitin39, a Hershko и др. показали, что энергия, необходима для деградации конъюгата40. Важным в этой области оказалось открытие Hough и др., которые частично очистили и охарактеризовали высокой мол. массы щелочную протеазу, которая деградирует ubiquitin конъюгаты лизосом, но не untagged лизосомы, АТФ-зависимым способом41. Эта протеаза, которая позднее стала известна как 26S proteasome (Box 3), удовлетворяла всем необходимым критериям для заполнения специфического протеолитического плеча ubiquitin системы. Эта идея была подтверждена и далее протеаза была охарактеризована Waxman и др., которые показали, что она чрезвычайно большая, ~1.5-MDa энзим , который в отличается от любых др. известных протеаз 42. Дальнейший успех был достигнут в этой области благодаря открытию43">43, что очен маленький, нейтральный, мультисубъединичный 20S protease комплекс, который был обнаружен вместе с крупны 26S комплексом, является сходным с 'multicatalytic proteinase complex' (MCP), который был описан раньше Wilk and Orlowski в гипофизе телят44. Эта 20S протеаза является АТФ-независимой и обладает несколькими отдельными каталитическими активностями, напр., она расщепляет С-терминальные стороны гидрофобных, щелочных и кислых остатков. Hough и др. открыли возможность - хотя они и не подтвердили экспериментально - что эта 20S протеаза м. б. частью большой 26S протеазы, которая деградирует ubiquitin конъюгаты43. Более поздние исследования показали, что в самом деле 20S комплекс является центральной каталитической частицей большого 26S комплекса45,46. Однако, прямые доказательства того, что активная, double-'mushroom'-shaped 26S протеаза образуется благодаря сборке двух самостоятельных субкомплексов - каталитической 20S цилиндр-подобной MCP и дальнейшего 19S ball-shaped субкомплекса (который как предполагалось играет регуляторную роль) - было продемонстрировано Hoffman и др.47, которые смешивали две очищенные частицы, чтобы получить активный 26S энзим (Box 3).
Concluding remarks
Выявление протеолиза как центрального, важного регуляторного механизма является прекрасным примером эволюции новой биологической концепции и сопровождаемой смены парадигм. Открытие динамичного состояния белков сопровождалось открытием лизосом, которые, как полагали между mid-1950s и mid-1970s, являются органеллами, которые деградируют внутриклеточные белки. Постепенно 'lysosomal hypothesis' была подточена и заменена новой гипотезой, согласно которой большинство внутриклеточных белков деградирует с помощью не-лизосомного механизма. Это привело к открытию ubiquitin системы в конце 1970s и начале 1980s.
C идентификацией реакций и энзимов, которые участвуют в ubiquitin-proteasome каскаде (Рис. 2a), началась новая эра в конце 1980s и начале 1990s. Начаты исследования, чтобы показать, что система участвует в таргетинге ключевых регуляторных белков - таких как регулируемых светом белков у растений, транскрипционных факторов, регуляторов клеточного цикла, опухолевых супрессоров и промоторов (Refs 48-52). Эти исследования сопровождались изучением механизмов, лежащих в основе деградации специфических белков, причем каждый имел свой собственный уникальный способ распознавания и регуляции. Недавняя расшифровка генома человека подчеркнула существование сотен самостоятельных E3 энзимов, это подтверждает сложность, высокую специфичность и избирательность системы.
Два дальнейших успеха в этой области связаны с открытием не-протеолитических функций ubiquitin, таких как активация транскрипции и открытие ubiquitin-подобных белков (Рис. 2). Некоторые из последних белков функционируют посредством ковалентных модификаций своих мишеней и участвуют также в многочисленных не-протеолитических функциях, таких как направление белков в их субклеточные места предназначения (Рис. 2d) и защита др. белков от ubiquitylation. Др. имеют иные функции в ubiquitin сигнальной системе, которые не связаны с ковалентной модификацией белков-мишеней. Дальнейшими интересными открытиями были, что ubiquitin-подобный белок существенен для функции вакуолей при аутофагии у Saccharomyces cerevisiae53 (последующие исследования выяви ли сходные находки и у млекопитающих) и что ubiquitylation функционирует как стгнал для отсортировки в эндосомы54 и в MVB путь55 (Box 1). Последние пути сортировки являются сложными и используют модификации и грузов-субстратов и компонетов везикулярной системы. Эти открытия закрыли восхитительный исторический цикл, связыванию во едино двух систем - лизосомного переваривания и модификаций с помощью ubiquitin и ubiquitin-подобных белков. Все эти исследования привели к пониманию того, что этот способ ковалентной конъюгации играет ключевую роль в регуляции - как протеолитическими так и не-протеолитическими механизмами - широкого спектра клеточных процессов. Сюда входят: клеточный цикл, клеточные деления; рост и дифференцировка клеток; активация и замалчивание транскрипции; апоптоз; иммунные и воспалительные реакции; сигнальная трансдукция; рецепторами обусловленный эндоцитоз и сортировка белков в клетках; разнообразные метаболические пути и контроль качества белков. Т.к. существуют многочисленные субстраты, которые нуждаются в таргетинге и процессинге, которые д.б. регулируемы, то не удивительно открытие, что аберрации в системе участвуют в патогенезе многих заболеваний, включая некоторые злокачественные и нейродегенеративные нарушения. Мы вступаем в новую эру разработки новых лекарств, которые нацелены на специфические процессы - напр., лекарства, которые ингибируют аберрантный E3(MDM2)-обусловленный таргетинг p53 опухолевого супрессора, который наблюдается при многих злокачественных опухолях.
)
