JUNQ и IPOD - JUNQ and IPOD

"JUNQ" перенаправляется сюда. Для певца и актера см. Июнь Q.
Клетки эукариотов сортируют неправильно свернутые белки по двум отсекам контроля качества: JUNQ и IPOD, в зависимости от их состояния убиквитинирования.

JUNQ и IPOD типы цитозольный белок органы включения в эукариоты.

Нейродегенеративные заболевания, Такие как Болезнь Паркинсона, Болезнь Альцгеймера, и Хантингтона, связаны и соотносятся с белковая агрегация и накопление неправильно свернутые белки в органы включения. В течение многих лет агрегация белков считалась случайным процессом, при котором неправильно свернутые белки слипаются друг с другом, образуя включения.[1] (представьте себе пучок волос, беспорядочно скапливающийся в углу комнаты). Более того, белковые агрегаты считались токсичными агентами и причиной дисфункции и смерти нейронов. Однако недавние исследования с использованием передовых методов (т.е. флуоресцентная микроскопия ), показывают, что агрегация белков на самом деле может быть жестко регулируемым, организованным процессом, с помощью которого клетка защищает себя от токсичных белков путем секвестрации в тельца включения.[2] В 2008, Даниил Каганович показало, что эукариотический сортировка ячеек неправильно свернутые белки на два отдельных тела включения в хорошо управляемом клеточном процессе:[3]

  1. В JUNQ (Отделение контроля качества JUxta Nuclear)
  2. В IPOD (Отложение нерастворимого протеина)

JUNQ и IPOD являются эволюционно сохраненный, и находятся в определенных и определенных сотовых узлах. Для доставки неправильно свернутых агрегированных белков в JUNQ и IPOD требуется неповрежденный цитоскелет и специфические компоненты контроля качества сотовой связи, такие как Белки теплового шока (HSP).[4] Разделение на два отдельных тела включения связано с разной обработкой и обработкой разных типов неправильно свернутые белки (например. убиквитинированный против неубиквитинированных белков). Разделение агрегатов токсичных белков на тельца включения JUNQ и IPOD - это средство, с помощью которого клетки млекопитающих могут быть омоложены посредством асимметричного деления.[5]

Таким образом, открытие JUNQ и IPOD предоставило новую поразительную перспективу того, как клетки управляют неправильно свернутыми агрегированными белками, и дало убедительные доказательства того, что белковая агрегация представляет собой неслучайный, хорошо регулируемый и контролируемый клеточный процесс. Кроме того, открытие JUNQ и IPOD позволило предположить, что в дополнение к временному контролю качества (т.е. зависящему от времени введению поврежденных белков) клетки используют гомеостаз пространственно:[6] Если деградация недоступна, защита клеточной среды от неправильно свернутый белок достигается путем его секвестрации до совокупного включения.

Фон

Для правильной работы большинство белки должен сохранять низкоэнергетическую трехмерную структуру, известную как родное государство. Стабильность протеина жестко регулируется на всех этапах его жизненного цикла: от колыбели до того, как он синтезируется на рибосома, через складывание или сборка, до могилы - когда белок разрушается и выводится из клеточной среды.[7] Протеин гомеостаз (протеостаз),[8] является результатом скоординированных действий различных звеньев системы контроля качества клеток: молекулярные шапероны, протеазы и другие регуляторные факторы. Следовательно, жизнеспособность клеток зависит от своевременного и эффективного управления неправильно свернутыми белками. Такое управление с помощью механизма контроля качества включает распознавание неправильно свернутого белка шапероны и Лигазы Е3, убиквитинирование и деградация.

Коллапс протеостаза из-за повреждений, стресса, мутации, и старение, был замешан в качестве основы для большого количества общих заболеваний человека, таких как нейродегенеративные заболевания.[9] Хотя вызвано различными видами мутировавших белков (например, в болезнь Хантингтона - белок Хантингтин ) и разрушают отдельные ткани (например, в болезнь Хантингтона - в полосатое тело ), у таких заболеваний есть общая черта: накопление неправильно свернутых белков в органы включения. Таким образом, считалось, что тельца включения являются причиной таких заболеваний. Однако природа и характеристики этих внутриклеточных телец включения оставались неуловимыми. Различные виды белков (например, прионы, ERAD субстраты ), как сообщалось, образуют различные виды инклюзивных тел (например, агресомы, амилоиды ), но остается неясным, объединяются ли эти наблюдения в одно и относятся к одному и тому же субклеточному сайту. Более того, пути, ведущие к образованию включений и вовлечение механизмов контроля качества клеточных белков, не были определены и неизвестны. Таким образом, систематическое исследование, обеспечивающее всестороннее понимание белковая агрегация и органы включения требовалось. Открытие JUNQ и IPOD[3] предложили новое понимание того, как клетка управляет различными видами неправильно свернутых белков, и предложили новую основу для сборки великой головоломки белковая агрегация.[2]

Клетки эукариотов сортируют неправильно свернутые белки на основе их состояния убиквитинирования по двум отсекам контроля качества: 1. JUNQ (зеленый), который привязан к ядро (оранжевый) 2. IPOD (зеленый), подключенный к вакуоль (черная тень)

Открытие

Судьба неправильно свернутые белки и процесс, приводящий к образованию агрегатных включений, первоначально изучались с использованием биохимический методы (например, вестерн-блоттинг ).

Более глубокое понимание биологического процесса контроля качества и агрегации белков стало возможным благодаря новому подходу к рассмотрению этой проблемы, получившему название «визуализация живых клеток».[10]

Визуализация живых клеток позволяет in vivo отслеживание белков в пространстве и времени в их естественной эндогенной среде. Таким образом, такой метод дает больше информации о динамике и стадиях биологических событий и процессов. Метод использует легко обнаруживаемые флуоресцентные белки слит с интересующим белком, за которым затем можно проследить внутри клетки с помощью флуоресцентный микроскоп. Затем клетку можно лечить с помощью интересующего возмущения (например, лекарством, экспрессией неправильно свернутый белок ), и различные свойства флуоресцентно меченного белка могут быть проанализированы с использованием покадровая микроскопия:

  1. Изменения уровня флуоресценции указывают на изменения уровней экспрессии (т.е. более высокие уровни = повышающая регуляция белка)
  2. Изменения локализации (например, попадание белка из цитозоль к ядро )
  3. Растворимость (например, при использовании FRAP проба[11])
  4. Взаимодействие с внутриклеточной средой (например, с помощью КУВЫРОК проба[11])

Чтобы следить за судьбой цитозольный неправильно свернутые белки in vivo, а плазмида несущий GFP отмеченный складной репортер был клонированный. Сворачивающий репортер, модельный белок для агрегации, представлял собой Ubc9 (SUMO-конъюгированный фермент) мутант (UBC9ts), укрывая миссенс-мутация (Y68L ) с термочувствительным (ts) фенотипом.[12][13] Незначительно стабильная Ubc9ts полностью функциональна под физиологический допустимые условия (25 ° C) из-за активной клеточной шапероны. GFP – Ubc9ts был преобразованный в дрожжи и визуализированы с помощью флуоресцентный микроскоп.

Считалось, что мониторинг датчика сворачивания GFP – Ubc9ts указывает на клеточный протеостаз и позволяет оценить способность системы контроля качества клеточного белка справляться с различными видами стресса. Затем было обнаружено, что при нормальных условиях GFP – Ubc9ts диффундирует в ядро и в цитозоль. Однако после тепловой удар, GFP – Ubc9ts образуют цитозольные точечные структуры. Поразительно, когда протеасома был нарушен и клиренс неправильно свернутого белка деградация был заблокирован, два разных цитозольный образование включений не наблюдалось. Стандартные и консервативные биохимические методы, такие как фракционирование клеток и вестерн-блоттинг не выявили бы разделения на два типа цитозольных агрегатов.

Было показано, что два обнаруженных включения эволюционно сохраненный отделения контроля качества с различными характеристиками и различными функциями. Они были названы JUNQ (отделение контроля ядерного качества JUxta) и IPOD (депозит нерастворимого белка).[3] и представляют собой два клеточных пути секвестрации и управления склонными к агрегации потенциально токсичными белками.

Разделение подложек для контроля качества (т. Е. неправильно свернутые белки ) в любой отсек зависит от их убиквитинирование статус и агрегатное состояние (т.е. растворимость):

Убиквитинированные белки доставляются в JUNQ, где они обрабатываются для деградации с помощью протеасома. Неправильно свернутые белки, которые не убиквитинированы и не агрегированы на концах, секвестрируются в IPOD.

Таким образом, субклеточное расположение неправильно свернутый белок (т.е. в JUNQ или IPOD) предоставляет информацию о его взаимодействии с механизмами контроля качества клеточного белка (например, его E3 лигаза ).

JUNQ

JUNQ это JUxta Nнеясный QОтсек управления качеством.

Включение JUNQ, рассматриваемое убиквитинированным белком VHL (зеленый), привязано к ядро (апельсин).

Значимость

Для поддержания клеточного гомеостаза система контроля качества клеток должна различать свернутые и неправильно свернутые белки. Неправильно свернутый белок будет распознан и тщательно обработан путем рефолдинга или убиквитинирования и протеасомной деградации.

Однако увеличение количества неправильно свернутого белка в клетках из-за различного рода стрессов (например, тепловой удар ), может привести к насыщению и истощению механизмов контроля качества. В таких случаях деградация неправильно свернутые белки недоступен, и должна выполняться вторая линия механизма активной клеточной защиты: неправильно свернутые белки на определенные сотовые сайты.[2]

JUNQ служит таким секвестром. Было показано[3] что, когда протеасома нарушена (например, из-за низкого уровня экспрессии протеасома субъединица RPN11), убиквитинированный неправильно свернутые белки сортируются в JUNQ. После выхода из стрессовых состояний (например, восстановления после тепловой удар при допустимой температуре), неправильно свернутые белки которые накапливаются в JUNQ, могут быть повторно свернуты клеточными сопровождающий машины или деградировали 26S протеасома. Таким образом, секвестрация белка в JUNQ обратима.

Характеристики

JUNQ не является мембрана связанный клеточный сайт, расположенный на краю ядра, в непосредственной близости от эндоплазматический ретикулум. FRAP и КУВЫРОК анализы показали, что белки JUNQ растворимы и обмениваются с цитозоль, предполагая, что JUNQ имеет динамическую структуру.

Доставка в JUNQ зависит от молекулярные шапероны и ко-шапероны и на актин цитоскелет.[4] Неправильно свернутые белки должно быть убиквитинированный для сортировки в JUNQ. Если убиквитинирование заблокирован, неправильно свернутый белок будут направлены на включение IPOD. Неправильно свернутый белок накопление рекрутирует 26S протеасомы в JUNQ.

IPOD

IPOD это янерастворимый пRotein Dэпозитный отсек.

Включение IPOD просматривается неубиквитинированным белком VHL (красный), привязанным к вакуоль (зеленый).

Значимость

Становится все более очевидным, что способность клеток поддерживать протеостаз[8] снижается с возрастом,[9] тем самым вызывая позднее начало нейродегенеративный болезни. При таких заболеваниях (например, болезнь Хантингтона ), а мутировавший белок неправильно свертывается и становится токсичным для клеточной среды различными способами, такими как денатурация цитозольных белков.[14] Неспособная разложить эти токсичные виды, клетка должна изолировать их, чтобы избежать их опасного взаимодействия с клеткой. протеом. IPOD был показан[3] быть субклеточным сайтом, для которого токсичен амилоидогенный белки изолированы, тем самым служа в качестве защитного отсека для контроля качества.

Кроме того, было предложено Линдквист группа, что IPOD - это сайт, на котором прионы дрожжей пройти процесс созревания.[15] Таким образом, IPOD может служить не только сайтом секвестрации, но и функциональным отсеком.[15]

Характеристики

IPOD не является мембрана связанный клеточный сайт, который у дрожжей расположен вакуоль. FRAP и КУВЫРОК Исследования показали, что белки в IPOD плотно упакованы, не растворимы и не обмениваются с цитозоль. Амилоидогенный белки, такие как Хантингтин белок, являются субстратами IPOD.

Неправильно свернутые белки не должно бытьубиквитинированный для сортировки на IPOD. Убиквитинирование субстрата IPOD, такого как RNQ1 грибковый прион, приведет к его секвестрации при включении JUNQ.

При накоплении неправильно свернутые белки, дезагрегирование сопровождающий, Белок AAA HSP104, локализуется на IPOD. Еще предстоит определить, функционирует ли HSP104 в IPOD или просто изолирован там, будучи прикрепленным к подложке.

Преаутофагосомная структура (PAS) локализуется IPOD.[16] Однако не было показано, что субстраты IPOD доставляются в вакуоль, поэтому связь между IPOD и аутофагия еще предстоит определить.[3]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Treusch, Себастьян; Cyr, Douglas M .; Линдквист, Сьюзен (2009). "Амилоидные отложения: защита от токсичных белков?" (PDF). Клеточный цикл. 8 (11): 1668–74. Дои:10.4161 / cc.8.11.8503. ЧВК  4451085. PMID  19411847.
  2. ^ а б c Тайдмерс, Йенс; Могк, Аксель; Букау, Бернд (2010). «Клеточные стратегии для контроля агрегации белков». Обзоры природы Молекулярная клеточная биология. 11 (11): 777–88. Дои:10.1038 / nrm2993. PMID  20944667. S2CID  22449895.
  3. ^ а б c d е ж Каганович, Даниил; Копито, Рон; Фридман, Джудит (2008). «Неправильно свернутые белки разделены между двумя отдельными отсеками контроля качества». Природа. 454 (7208): 1088–95. Bibcode:2008 Натур.454.1088K. Дои:10.1038 / природа07195. ЧВК  2746971. PMID  18756251.
  4. ^ а б Specht, S .; Миллер, С. Б. М .; Mogk, A .; Букау Б. (2011). «Hsp42 необходим для секвестрации белковых агрегатов в места отложения в Saccharomyces cerevisiae». Журнал клеточной биологии. 195 (4): 617–29. Дои:10.1083 / jcb.201106037. ЧВК  3257523. PMID  22065637.
  5. ^ Огродник М., Салмонович Х., Браун Р., Турковска Дж., Среднява В., Паттабираман С., Амен Т., Абрахам А.С., Эйхлер Н., Ляховецкий Р., Каганович Д. (2014). «Динамические тельца включения JUNQ асимметрично наследуются в линиях клеток млекопитающих через асимметричное разделение виментина». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 111 (22): 8049–54. Bibcode:2014PNAS..111.8049O. Дои:10.1073 / pnas.1324035111. ЧВК  4050583. PMID  24843142.
  6. ^ Нистром, Т. (2010). «Пространственный контроль качества белка и эволюция старения по клонам». Философские труды Королевского общества B: биологические науки. 366 (1561): 71–5. Дои:10.1098 / rstb.2010.0282. ЧВК  3001311. PMID  21115532.
  7. ^ Morimoto, R. I .; Куэрво, А. М. (2009). "Белковый гомеостаз и старение: забота о белках от колыбели до могилы". Журналы геронтологии, серия A: биологические и медицинские науки. 64A (2): 167–70. Дои:10.1093 / gerona / gln071. ЧВК  2655025. PMID  19228787.
  8. ^ а б Пауэрс, Эван Т .; Моримото, Ричард I .; Диллин, Эндрю; Келли, Джеффри У .; Балч, Уильям Э. (2009). «Биологические и химические подходы к болезням протеостаза». Ежегодный обзор биохимии. 78: 959–91. Дои:10.1146 / annurev.biochem.052308.114844. PMID  19298183.
  9. ^ а б Бен-Цви, А .; Миллер, Э. А .; Моримото, Р. И. (2009). «Коллапс протеостаза представляет собой раннее молекулярное событие в старении Caenorhabditis elegans». Труды Национальной академии наук. 106 (35): 14914–9. Bibcode:2009ПНАС..10614914Б. Дои:10.1073 / pnas.0902882106. JSTOR  40484529. ЧВК  2736453. PMID  19706382.
  10. ^ «Визуализация живых клеток».
  11. ^ а б Lippincott-Schwartz, J .; Паттерсон, Г. Х. (2003). «Разработка и использование флуоресцентных белковых маркеров в живых клетках». Наука. 300 (5616): 87–91. Bibcode:2003Sci ... 300 ... 87L. Дои:10.1126 / science.1082520. PMID  12677058. S2CID  7831723.
  12. ^ Seufert, W .; Зойферт, В. (1996). «Дрожжевой мутантный белок Ubc9 с температурно-чувствительной функцией in vivo подвергается условному протеолизу посредством убиквитин- и протеасомозависимого пути». Журнал биологической химии. 271 (42): 25790–6. Дои:10.1074 / jbc.271.42.25790. PMID  8824207.
  13. ^ Тонгаонкар, прасад; Бек, Конрад; Shinde, Ujwal P .; Мадура, Киран (1999). «Характеристика термочувствительного мутанта убиквитин-конъюгирующего фермента и его использование в качестве индуцируемого нагреванием сигнала деградации». Аналитическая биохимия. 272 (2): 263–9. Дои:10.1006 / abio.1999.4190. PMID  10415098.
  14. ^ Англия, Джереми Л .; Каганович, Даниил (2011). «Полиглутамин проявляет сродство, подобное мочевине, к развернутому цитозольному белку». Письма FEBS. 585 (2): 381–4. Дои:10.1016 / j.febslet.2010.12.023. PMID  21176779. S2CID  348468.
  15. ^ а б Tyedmers, J .; Treusch, S .; Dong, J .; McCaffery, J.M .; Bevis, B .; Линдквист, С. (2010). «Индукция прионов включает древнюю систему секвестрации агрегированных белков и наследственных изменений прионной фрагментации». Труды Национальной академии наук. 107 (19): 8633–8. Bibcode:2010ПНАС..107.8633Т. Дои:10.1073 / pnas.1003895107. ЧВК  2889312. PMID  20421488.
  16. ^ Сузуки, К .; Кирисако, Т; Камада, Y; Mizushima, N; Нода, Т; Осуми, Y (2001). «Преаутофагосомная структура, организованная согласованными функциями генов APG, важна для образования аутофагосом». Журнал EMBO. 20 (21): 5971–81. Дои:10.1093 / emboj / 20.21.5971. ЧВК  125692. PMID  11689437.

внешняя ссылка