Убиквитин-зависимая система регуляции транспортных процессов. Везикулярный транспорт (лекция 5)

Содержание

Слайд 2

Слайд 3

Процесс убиквитинирования идет в 4 стадии 1 4 3 2

Процесс убиквитинирования идет в 4 стадии

1

4

3

2

Слайд 4

Классификация убиквитин-лигаз: HECT Nedd4 мономерные белки RING Cbl, Rsp5

Классификация убиквитин-лигаз:
HECT Nedd4
мономерные белки
RING Cbl, Rsp5

Слайд 5

Существует также ряд деубиквитинирующих ферментов (DUBs), как свободных, так и ассоциированных с протеасомами и эндосомами

Существует также ряд
деубиквитинирующих ферментов (DUBs),
как свободных, так и

ассоциированных
с протеасомами и эндосомами
Слайд 6

Первоначально считали, что убиквитинирование служит сигналом деградации цитоплазматических белков на протеасомах

Первоначально считали, что убиквитинирование служит сигналом деградации цитоплазматических белков на протеасомах

26S-протеасома

Отдельные

аминокислоты, пептиды и свободный убиквитин
Слайд 7

В дальнейшем оказалось, что роль убиквитинирования гораздо шире

В дальнейшем оказалось,
что роль убиквитинирования
гораздо шире

Слайд 8

Убиквитин способен образовывать цепи с использованием различных лизиновых остатков Тип цепи

Убиквитин способен образовывать цепи с использованием различных лизиновых остатков
Тип цепи определяет

реакции, в которых участвует убиквитинированный белок

c-Сbl

Ubc7H

EGFR PDGFRHGFR
……..

Слайд 9

Типы убиквитинирования белков Cargo proteins

Типы убиквитинирования белков
Cargo proteins

Слайд 10

Предположения о полиубиквитинировании тирозинкиназных рецепторов были основаны на том факте, что

Предположения о полиубиквитинировании тирозинкиназных
рецепторов были основаны на том факте, что

их деградация
блокируется ингибиторами протеасом

А протеасомы узнают полиубиквитированные белки

Следовательно, рецепторы полиубиквитинируются, а протеасомы участвуют в регуляции эндоцитоза (опосредуют переход из ранних эндосом в поздние)

Слайд 11

Возможный механизм участия протеасом в регуляции сортировки рецепторов ЭФР на путь лизосомальной деградации

Возможный механизм участия протеасом в регуляции сортировки
рецепторов ЭФР на путь

лизосомальной деградации
Слайд 12

Но: оказалось, что EGFR попадает в лизосомы ввиде полноразмерной молекулы

Но: оказалось, что EGFR попадает в лизосомы ввиде полноразмерной молекулы

Слайд 13

Во-вторых, действие ингибиторов протеасом имеет два следствия: 1. В результате ингибирования

Во-вторых, действие ингибиторов протеасом имеет два следствия:

1. В результате ингибирования функций

протеасом в клетке накапливаются высокоубиквитинированные формы белков, в норме подвергающихся деградации на протеасомах

2. В результате истощается внутриклеточный пул свободного убиквитина, и его становится недостаточно для нормального убиквитирования белков в новых раундах убиквитин-зависимых процессов

Слайд 14

Таким образом, протеасомы напрямую не участвуют в регуляции эндоцитоза В дальнейшем

Таким образом, протеасомы напрямую не участвуют в регуляции эндоцитоза

В дальнейшем было

показано, что рецепторы (также как и другие трансмембранные белки, деградирующие в лизосомах) подвергаются мультиубиквитированию;
Моноубиквитирования трансмембранных белков достаточно для интернализации, по крайней мере в искусственных системах
Слайд 15

Слайд 16

Многие мембранные белки, подвергающиеся эндоцитозу, и белки, регулирующие разные стадии эндоцитозного

Многие мембранные белки,
подвергающиеся эндоцитозу,
и белки, регулирующие разные стадии
эндоцитозного пути,
либо

сами убиквитинированы,
либо имеют домены, способные узнавать
убиквитинированные белки
Слайд 17

Белки с доменами, узнающими убиквитин, участвующие в регуляции эндоцитозного пути EGFR

Белки с доменами, узнающими убиквитин, участвующие в регуляции эндоцитозного пути EGFR

Убиквитин-лигаза,

убиквитинирует рецептор
Регулирует рекрутирование EGFR в ОЯ и его интернализацию
Участвуют в сортировке рецепторов из РЭ в ПЭ
Слайд 18

Белки с этими доменами сами моноубиквитинируются

Белки с этими доменами сами моноубиквитинируются

Слайд 19

Какова же роль убиквитинирования трансмембранных белков в их эндоцитозе?

Какова же роль убиквитинирования
трансмембранных белков в их эндоцитозе?

Слайд 20

Мультиубиквитинирование мембранного белка необходимо для доставки его во внутренние везикулы МВТ,

Мультиубиквитинирование мембранного белка необходимо для доставки его во внутренние везикулы

МВТ, что ведет к его деградации в лизосомах

Ub-ligase

c-Cbl

Слайд 21

Cbl Cbl, Nedd4? Eps15, epsin Рецептор ЭФР Моноубиквитинирование вспомогательных белков осуществляет

Cbl

Cbl, Nedd4?

Eps15, epsin

Рецептор ЭФР

Моноубиквитинирование вспомогательных белков осуществляет их регуляцию по механизму

обратной связи

неактивны

активны

Y1045

HRS

Слайд 22

Убиквитин-зависимые механизмы, по всей видимости, вовлечены в образование «in-out» инвагинаций, поскольку

Убиквитин-зависимые механизмы, по всей видимости, вовлечены в образование «in-out» инвагинаций, поскольку

компоненты той же системы, которая обеспечивает формирование внутренних пузырьков МВТ, участвуют в сборке вирусных частиц HIV-1 на плазматической мембране

out

in

in

out

Слайд 23

c-Cbl и его партнеры Убиквитин-лигазы подвержены множественной регуляции Убиквитин-лигаза Nedd4 полиубиквитинирует

c-Cbl и его партнеры

Убиквитин-лигазы подвержены множественной регуляции

Убиквитин-лигаза Nedd4 полиубиквитинирует с-Cbl и

инициирует его протеасомную деградацию

TK

EGF

membrane

Y1045

GRB2 binding sites

c-Cbl

Слайд 24

Существуют и другие убиквитин-подобные системы (UBLs): Sumo1,2 Nedd8 – Ubl в

Существуют и другие убиквитин-подобные системы (UBLs):
Sumo1,2 Nedd8 – Ubl в этом

случае может быть и c-Cbl
Белки семейства Apg, участвующие в аутофагии (34)^^
Убиквитин-подобный белок - Apg8 (117 a.o) в дрожжах,
LC3A, LC3B, LC3C, GABARAP, GABARAP-L1,
GABARAP-L2/GATE-16, GABARAP-L3 – у млекопитающих
Система Е1, Е2 и Е3 тоже есть, работает по тому же принципу, но гомологии с соответствующими убиквитинирующими ферментами также отсутствует.
Слайд 25

Аутофагия – цитопротекторный процесс, активируется при голодании (недостатке аминокислот), окислительном стрессе,

Аутофагия – цитопротекторный процесс, активируется при голодании (недостатке аминокислот), окислительном стрессе,

накоплении неправильно упакованных белков
При стимуляции аутофагии на основе «предшественника» аутофагосомы, фагофора, формируется т.наз. «изолирующая мембрана» , источником которой, как предполагают, могут служить мембраны АГ, ЭПР, внешняя мембрана митохондрий или эндосомы (???)

Ключевые регуляторы процесса – TOR (target of rapamycin) киназа
и PI3-киназа III-его класса VPS34, вовлеченная также в регуляцию эндоцитозного пути

nutrients

mTOR

Atg1-copmlex ( Atg1= Ulk1/2 in mammals)

+

-

inactive

active

Слайд 26

Atg1-Atg13 + Atg11, 20, 24 > Ctv, путь лизосомной деградации +

Atg1-Atg13 + Atg11, 20, 24 > Ctv, путь лизосомной деградации
+

Atg17, 29, 31 > аутофагия

Vps34-Vps30-Vps15 + Vps38 > сортировка в лизосомы
+Atg14 > аутофагия

Initiating phagophore

Vps34

DFCP1
WIPI1/2

DFCP1
WIPI1/2

Atg12-Atg5-Atg16L complex, acting as an E3-like enzyme of Atg8s (LC3)

Слайд 27

Atg8s {LC3 (microtubule-associated protein 1 light chain 3)} и GATE-16 (Golgi-associated

Atg8s {LC3 (microtubule-associated protein 1 light chain 3)}
и GATE-16 (Golgi-associated ATPase

enhancer)] рекрутируются и конъюгируются с фосфатидилэтаноламином (PE) на мембране фагофора. LC3-PE опосредует элонгацию мембраны фагофора.
GATE-16 работает после LC3 на стадии, связанной с диссоциацией «лигирующего комплекса» Atg12-Atg5-Atg16L.

LC3
GATE-16?

Слайд 28

Селекция груза в аутофагосому происходит с помощью аутофагических адапторов, узнающих убиквитинированные

Селекция груза в аутофагосому происходит с помощью аутофагических адапторов, узнающих убиквитинированные

мишени.
Неправильно свернутые убиквитинированные белки в аггрегированном состоянии узнаются белками p62, Nbr1 (neighbor of Brca1),и Alfy (autophagy-linked FYVE protein)], которые способствуют дальнейшей олигомеризации. Убиквитинированные белки, связанные с адапторами через убиквитин-узнающие домены последних, включаются в фагофор за счет взаимодействия адапторов p62 and Nbr1 с LC3 или через асссоциацию of Alfy with Atg5 и PI3P на фагофоре, или за счет и того, и другого.

P62
Nbr1
Alfy

Митохондрии, пероксисомы
Различные убиквитинированные белки и их аггрегаты,
Убиквитинированные патогены (бактерии)

Зрелая аутофагосома взаимодействует с лизосомами.

Слайд 29

Но: Возможен и убиквитин-независимый механизм доставки белков в лизосомы: в дрожжах

Но:
Возможен и убиквитин-независимый механизм доставки белков в лизосомы: в дрожжах найдено

несколько белков, которые деградируют в лизосомах, не подвергаясь убиквитированию
Слайд 30

Вопросы без ответа 1. Каковы молекулярные механизмы, с помощью которых клетка

Вопросы без ответа
1. Каковы молекулярные механизмы, с помощью которых клетка «чувствует

« недостаток аминокислот, индуцирующий аутофагию?
2. Как формируются фагосомы? Существует ли специфическое окаймление, участвующее в искривлении мембраны при формировании аутофагосомы?
Каким образом различные аутофагические комплексы рекрутируются к специфическим сайтам формирования аутофагосом? Участвует ли в процессе увеличения мембраны секреторная машинерия?
3. Действительно ли аутофагосомы формируются из различных источников? Отличаются ли фагосомы, сформированные из мембран ЭПР, от фагосом, возникших из митохондрии или плазматической мембраны?
Есть ли разница между аутофагосомами, сфорированными в обычных условиях роста и при воздействии стресса?
4. Как элонгируются АФ: за счет синтеза новых фосфолипидов или за счет слияния уже существующих везикул? Каков механизм замыкания АФ? Является ли этот процесс спонтанным, или результатом увеличения мембраны, или опосредуется специальными молекулами? Что стимулирует диссоциацию комплекса Atg12-Atg5-Atg16 с фагофора перед замыканием мембраны?
5. Как транспортная машинерия ( например, белки слияния SNAREs) доставляются к фагофору перед его слиянием с лизосомами? Участвует ли в этом процессе амфисомы ( гибридные органеллы аутофагосомы и эндосомы)?
6. Насколько селективно включается в АФ груз при стрессе? Действительно ли ЭПР и АГ подвержены неселективной аутофагии?
Слайд 31

АДФ-рибозилирование

АДФ-рибозилирование

Слайд 32

Brefeldin A – fungal macrocyclic lactone Приводит к полной разборке аппарата

Brefeldin A – fungal macrocyclic lactone
Приводит к полной разборке аппарата Гольджи

за счет растворения его мембраны в ЭПР

ER

G

+ BFA 5 min

15 min

В первых работах с BFA обнаружили, что он блокирует ARF1 в ГДФ-связанной форме, что препятствует сборке СОРI-окаймления
Сделали вывод, что роль окаймления заключается, в частности, в препятствовании неконтролируемой тубуляции мембран

Слайд 33

Дальнейшие исследования эффекта BFA показали: эндосомы и транс-Гольджи коллапсируют в области

Дальнейшие исследования эффекта BFA показали:
эндосомы и транс-Гольджи коллапсируют в области ЦОМТ
Лизосомы

медленно (в течение часов) тубулируются
Но на лизосомах нет ARF1 и COPI !!!
3. Кроме того, были обнаружены клетки Ptk1, в которых Гольджи не разбирается в ответ на добавление BFA, хотя COPI снимается с мембран

Следовательно,
поведение ARF1 и COPI
не являются причиной эффекта BFA