Vad är Ubiquitination av proteiner?

Ubiquitinering av proteiner är en regleringsprocess som sker inom en cell för att bryta ner proteinmolekyler. Under processen kopplas små proteiner kända som ubikvitiner till de proteinmolekyler som ska brytas ned. Dessa ubiquitinmolekyler signalerar effektivt proteinet för nedbrytning av en proteosom eller proteinnedbrytare. Det finns flera steg i ubiquitinering av proteiner, som alla är viktiga för normala cellprocesser, eftersom celler ständigt skapar och förnedrar nya proteiner som svar på miljöförändringar.

Först måste ubiquitinmolekylen aktiveras för att märka andra proteiner, ett steg som åstadkommes av det ubiquitinaktiverande enzymet, El. Detta steg i ubiquitinering av proteiner är energiberoende, vilket innebär att det kräver att cellen ska spendera energi genom adenosintrifosfat (ATP). E2, eller ubikitin-konjugerande enzym, används i det andra steget i processen, där en annan kemisk reaktion känd som en transtioesterifiering inträffar.

När ubiquitinet har passerat dessa två steg binder det sig till E3, eller ubiquitin-protein-ligas. Det finns över 100 E3-enzymer i mänskliga celler, som var och en är specifik för ett protein, känt som substratet eller målproteinet. Eftersom det också finns många E2-molekyler möjliggör de olika kombinationerna av de tre huvudenzymerna en hög specificitetsnivå för varje substrat. Detta hjälper en cell noggrant att övervaka intracellulära förhållanden och effektivisera processen att välja proteiner för nedbrytning. Det aktiverade E3-enzymet kommer att binda till både substratet och ubiquitinmolekylen, sammanfoga de två molekylerna och fortsätta ubikvitineringen av proteiner i hela cellen.

Åtminstone tre eller fyra ubikitinmolekyler behövs vanligtvis för att signalera att proteinsubstratet ska brytas ned av proteosomen. Ytterligare ubikvitering av proteiner kan ofta åstadkommas med samma E3 som initierar den första tillsatsen av en ubiquitinmolekyl. När substratet har en tillräckligt lång ubiquitinkedja kommer proteosomen att omsluta det och bryta ner det till aminosyror, byggstenarna för större proteiner.

Ubiquitinering av proteiner signalerar inte alltid en molekyl för nedbrytning. Ubiquitin-molekyler riktar ibland ett substrat för att flytta till en annan del av cellen, medan andra gånger de helt enkelt kommer att ändra dess funktion. När ubiquitin används för dessa signaländamål finns det i allmänhet endast en ansluten enhet, även om det finns några få sällsynta fall där mer än en ubiquitinmolekyl fortfarande kommer att verka för att modifiera, i motsats till att försämras. Celler innehåller också speciella enzymer som kallas deubiquitinaser som kan ta bort ubiquitinmolekyler från märkta proteiner och vända processen.