Peranan Subfamili NEDD4 Ligase Ubiquitin HECT E3 dalam Pembangunan Neuro dan Neurodegenerasi Bahagian 1

Abstrak:

Laluan ubiquitin mengawal fungsi banyak protein dan mengawal homeostasis protein selular. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, ia telah menarik minat yang besar dalam penyakit neurodevelopmental dan neurodegenerative.

Dengan perkembangan bioteknologi yang berterusan, orang ramai semakin berminat dalam hubungan antara protein selular dan ingatan. Penyelidikan menunjukkan bahawa protein adalah biomolekul paling asas dalam sel dan memainkan peranan penting dalam pelbagai tisu dan organ tubuh manusia, dan kesannya terhadap ingatan tidak boleh diabaikan.

Protein wujud dalam pelbagai bentuk dalam tubuh manusia, yang paling penting adalah protein neuron. Protein neuron ialah kelas protein yang wujud dalam jumlah besar dalam neuron dan merupakan komponen penting dalam aktiviti neuron. Penyelidikan menunjukkan terdapat hubungan yang kuat antara protein neuron dan ingatan. Sintesis dan degradasi protein neuron adalah asas untuk ingatan. Hanya apabila kadar sintesis protein dalam sel lebih cepat daripada kadar degradasi dalam proses ini barulah ingatan yang baik dapat dibentuk dan dikekalkan. Oleh itu, mengekalkan kestabilan protein neuron adalah penting untuk ingatan manusia.

Sebagai tambahan kepada protein neuron, protein lain dalam badan boleh menjejaskan ingatan. Sebagai contoh, kinase protein yang bergantung kepada ATP (AMPK) dalam laluan metabolisme tenaga selular ialah pengawal selia utama metabolisme tenaga intraselular. Kajian telah menunjukkan bahawa menggalakkan aktiviti AMPK boleh meningkatkan kadar sintesis protein dalam tisu otak, seterusnya meningkatkan daya ingatan.

Pada masa yang sama, pengambilan beberapa makanan yang kaya dengan protein berkualiti tinggi dalam tubuh manusia juga boleh menggalakkan kadar sintesis protein dalam sel, dengan itu meningkatkan daya ingatan. Contohnya, ikan, daging, telur dan makanan lain yang kaya dengan protein boleh memberikan protein berkualiti tinggi kepada tubuh manusia.

Kesimpulannya, terdapat hubungan rapat antara protein selular dan ingatan. Mengekalkan kestabilan protein neuron dan menggalakkan kadar sintesis protein dalam sel adalah sangat penting untuk meningkatkan daya ingatan manusia. Kita harus memberi perhatian kepada diet, makan makanan yang kaya dengan protein berkualiti tinggi, dan menguatkan senaman fizikal untuk meningkatkan kelajuan metabolisme sel, yang akan membantu meningkatkan tahap ingatan kita. Dapat dilihat bahawa kita perlu meningkatkan daya ingatan, dan Cistanche deserticola dapat meningkatkan daya ingatan dengan ketara kerana Cistanche deserticola adalah bahan perubatan tradisional Cina yang mempunyai banyak kesan unik, salah satunya adalah untuk meningkatkan daya ingatan. Keberkesanan Cistanche deserticola berasal dari pelbagai bahan aktif yang terkandung di dalamnya, termasuk asid tannic, polisakarida, glikosida flavonoid, dll. Bahan-bahan ini boleh menggalakkan kesihatan otak melalui pelbagai laluan.

Klik Tahu Memori Jangka Pendek cara menambah baik

Di sini, kami telah membentangkan tinjauan pertama peranan 9 protein subfamili ligase HECT E3 NEDD4 dalam pembangunan dan fungsi neuron dalam sistem saraf pusat (CNS).

Kami membincangkan peraturan mereka dan penglibatan mereka secara langsung atau tidak langsung penyakit perkembangan saraf, seperti ketidakupayaan intelek, dan penyakit neurodegeneratif, seperti penyakit Alzheimer, penyakit Parkinson, atau Amyotrophic Lateral Sclerosis.

Kajian lanjut mengenai peranan protein ini, peraturannya, dan sasarannya dalam neuron pastinya akan menyumbang kepada pemahaman yang lebih baik tentang fungsi dan disfungsi neuron, dan juga akan memberikan maklumat menarik untuk pembangunan terapeutik yang menyasarkannya.

Kata kunci: ubiquitin; ligase; pembangunan; neurodegeneratif; kecacatan intelek; ALS.

1. Pengenalan

Perkembangan dan fungsi sistem saraf pusat (CNS) adalah proses kompleks yang memerlukan mekanisme dinamik termasuk peringkat percambahan, migrasi, pembezaan, kematangan, dan keplastikan sinaptik.

Proses-proses ini dikawal dengan baik terima kasih kepada penglibatan banyak protein dengan penyetempatan selular yang berbeza-beza androles [1] Kawalan kepekatan protein ini, dinamakan homeostasis protein selular(proteostasis), dicapai pada tahap sintesis dan degradasinya.

Kawalan fungsi protein ini juga penting untuk perkembangan dan fungsi CNS yang betul. Bahagian penting kawalan ini direalisasikan oleh pengubahsuaian pasca translasi dinamik. Sistem seperti ubiquitin (Ub)/Ub terdiri daripada salah satu daripadanya [2].

Ahli pengekodan gen kedua-dua sistem ini secara langsung terlibat dalam gangguan perkembangan saraf termasuk ketidakupayaan intelektual sindrom dan bukan sindrom (RNF12, CUL4B), dan penyakit neurodegeneratif, seperti penyakit Parkinson (PARK2) atau AmyotrophicLateral Sclerosis (CCNF) [3-5].

Sistem seperti Ub/Ub terdiri daripada laluan intraselular yang terdiri daripada 3 kelas enzim, E1, E2, dan E3 (keluarga RING atau HECT) yang dikodkan oleh lebih 700 gen dalam genom manusia. Laluan ini berfungsi dengan menambahkan satu atau lebih ubiquitin kecil (76 aa) atau protein seperti ubiquitin (cth, SUMO, Small Ubiquitin MOdifier) ​​untuk menyasarkan protein. Bergantung pada pengubahsuaian selepas terjemahan, protein yang ditag akan dihantar ke penguraian proteasome atau akan mempunyai fungsinya dikawal atau diubah suai [6].

Sistem seperti Ub/Ub telah dikaji secara meluas dalam beberapa tahun kebelakangan ini, tetapi banyak persoalan masih wujud mengenai peraturan dan fungsinya, protein yang mereka sasarkan, dan peranannya dalam patofisiologi penyakit manusia.

Subfamili HECT E3 terbesar ialah subfamili 4 (NEDD4) yang diekspresikan oleh sel prekursor neuron yang dikurangkan secara pembangunan. Objektif kajian ini adalah untuk membincangkan peranan fisiologi CNS subfamili NEDD4 ini dan implikasinya dalam penyakit neurodevelopmental dan neurodegenerative.

2. Gambaran Keseluruhan Sistem Ubiquitin

Ubiquitination adalah mekanisme utama dalam degradasi protein yang dimediasi oleh proteasome. Ia terdiri daripada menambahkan ubiquitin (Ub) pada protein sasaran. Ubiquitin ialah 76 protein asid amino dengan 7 sisa lisin yang digunakan untuk menghubungkan protein sasaran atau Ub lain (untuk poliubiquitinasi) [7].

Protein ubiquitin boleh terikat kepada protein sasaran sebagai ubiquitinmonomer (monoubiquitination) atau sebagai polimer ubiquitin (polyubiquitination). Protein juga boleh multiubiquitinated, yang terdiri daripada beberapa monoubiquitinations targetprotein. Monoubiquitination dan pengikatan pada rantai ubiquitin yang dipautkan oleh lisin-63, sebagai contoh, ialah isyarat pengawalseliaan berfungsi untuk protein ubiquitinated.

Pengikatan pada rantaian lisin-48-ubiquitin terpaut ialah isyarat untuk degradasi protein ubiquitinated oleh proteasome. Protein ubiquitinated juga boleh deubiquitinated oleh kira-kira ratusan enzim deubiquitinating [8]. Kepelbagaian pelaku sistem ubiquitin dan pengubahsuaian yang dihasilkannya pada protein melibatkan sistem ini dalam banyak proses selular, seperti homeostasis protein, endositosis, pemerdagangan intrasel, tekanan selular, dan autophagy [9-13].

Lima peratus daripada gen dalam genom manusia mengekod protein sistem ubiquitin, yang mengagumkan. Ubiquitination protein dicapai melalui sistem terkoordinasi tiga kelas enzim: enzim pengaktif ubiquitin (E1), enzim konjugasi (E2), dan ligase (E3).

Enzim E1 tunggal mengaktifkan ubiquitin untuk pemindahan [14]. Enzim E2, yang mana terdapat 38, secara langsung memindahkan ubiquitin kepada protein sasaran dengan bantuan enzim kelas ketiga, ligase E3, yang mengandungi domain Gen Baru (RING) yang Menarik [15].

Keluarga ligase E3 ini terdiri daripada lebih 600 ahli. Keluarga E3 yang lain ialah E3 dengan domain U-Box, E3 dengan domain RING-antara-RING (RBR), dan E3 dengan domain Homologous to EA6P C-terminus (HECT) [8]. Sesetengah enzim E2 memindahkanubiquitin kepada enzim HECT-E3, yang kemudiannya memindahkannya ke protein sasaran (Rajah 1). E3ligase dengan nombor domain HECT adalah 28 pada manusia. Saiznya berbeza dari 80 hingga 500 kDa.

Ciri umum enzim ini ialah kehadiran domain C-terminal, catalyticHECT yang terpelihara daripada 350 sisa asid amino [16]. Ligase HECT E3 dikelaskan kepada tiga subfamili: NEDD4, HERC dan HECT lain.

Rajah 1. Perwakilan skematik proses ubiquitination oleh ligase E3 yang mengandungi domain HECT. Ubiquitin diaktifkan oleh enzim E1 dan kemudian dipindahkan ke enzim E2 dan HECT E3enzyme.

Enzim E3 memindahkan ubiquitin kepada protein sasaran, membawa kepada monoubiquitination atau polyubiquitination. Ligase E3 mengandungi 3 domain, domain C2 terminal N, domain kaya WW dan domain terminal C yang disusun menjadi dua lobus (lobus N dan lobus C).

3. Subkeluarga Ligases NEDD4 E3

3.1. Struktur dan Kepelbagaian

Subfamili NEDD4 ditemui di seluruh eukariota. Ia termasuk sembilan ligasesNEDD E34-1, NEDD4-2,ITCH, WWP1, WWP2, SMURF1, SMURF2, NEDL1 dan berkongsi struktur biasa yang dicirikan oleh kehadiran 3 domain yang dipelihara secara berbeza semasa evolusi mamalia: satu Domain C2 terminal-N, dua hingga empat triptofan. domain tryptophan (WW), dan domain HECT (Rajah 1).

Domain C2 boleh mengikat fosfolipid dengan cara yang bergantung kepada kalsium. Akibatnya, protein con. melatih domain C2 boleh mengantara penyasaran intraselular membran plasma, endosom, dan badan multivesikular [17].

Ia pertama kali diterangkan dalam protein kinase C (PKC) dan terdiri daripada 8 helai beta yang boleh menyelaraskan dua atau tiga ion kalsium. Domain WW, yang mengandungi purata 40 asid amino dengan dua sisa triptofan invarian terlibat dalam interaksi protein/protein. Interaksi dilakukan dengan motif yang kaya dengan prolin (PY atau PPxY) yang terdapat pada protein sasaran. 

Kekhususan mengikat domain WW berasal daripada lipatan terkandas-t sisa-sisa yang terdapat dalam gelung yang menyambungkannya. Domain C-terminal HECT ialah domain pemangkin E3 dengan kehadiran sistein pemangkin. Ia mempunyai saiz kira-kira 350 asid amino yang disusun dalam dua lobus, lobus N dan lobus C.

N-lobe mengikat kepada kompleks enzim-ubiquitin E2, membenarkan pemindahan protein ubiquitin dari E2 ke C-lobe melalui perantaraan tioester dengan sistein pemangkin. Sebaik sahaja ubiquitin dipindahkan ke C-lobe, ia kemudiannya boleh dipindahkan ke protein sasaran (Rajah 1). 3 domain ini dipelihara secara berbeza semasa evolusi mamalia (Rajah 2).

3.2. Fungsi dan Peraturan

9 ahli subfamili NEDD4 mengikat sejumlah penting protein sasaran dan terlibat dalam pelbagai proses selular.

Protein Sel prekursor saraf. menyatakan Protein terkawal ke bawah Pembangunan 4 nombor 1 (NEDD4-1) dan nombor 2 (NEDD4-2) ialah ahli pertama yang ditemui dalam subkeluarga ini dan merupakan ahli yang paling banyak dikaji pada masa ini.

NEDD4-1 diungkapkan di mana-mana dan terlibat dalam banyak fungsi selular manusia yang melibatkan berbilang protein sasaran. Antara protein sasaran ini ialah PTEN, Akt, Beclin1 atau FGFRl, yang membayangkan penyertaan NEDD4-1 dalam percambahan sel, pembezaan, penghijrahan dan pencerobohan, tetapi juga apoptosis, autophagy dan tindak balas kerosakan DNA. Ahli pembiaya subfamili dianggap terlibat dalam pelbagai penyakit, daripada kanser kepada penyakit neurodegeneratif [18].

NEDD4-2 ialah ligase E3 untuk banyak saluran ion, termasuk saluran natrium, klorida dan kalium, seperti saluran Na+ epitelium ENaC, yang terlibat dalam penyerapan natrium dan cecair dalam paru-paru, buah pinggang dan kolon [{ {3}}].

Ia mengawal fungsi ENaC dengan mengikat motif PY yang mengawal bilangan saluran pada permukaan sel 22,23. Ia juga berinteraksi dengan protein yang terlibat dalam laluan isyarat Wnt, laluan isyarat TGF, dan autophagy [24-26].

Kawal selia aktiviti NEDD4-2 boleh dimediasi oleh fosforilasi [27–29]. Contohnya, fosforilasi oleh RAC-alpha serine/threonine kinase protein 1 (AKT1) dan serum dan kinase 1 (SGK1) yang dikawal serum dan glucocorticoid membawa kepada pengambilan protein penyesuai 14.3.3 yang mengganggu ENaC [27]. Fosforilasi NEDD4-2juga mengganggu pengikatan ORAI, yang menjejaskan isyarat kalsium [30].

Menariknya, domain C2 NEDD4-1 dan NEDD4-2 bertindak sebagai domain autoinhibitor bagi ligaseaktiviti E3. Kalsium, dengan mengikat domain C2, melepaskan autoinhibition ini. Protein Homolog Ligase Ligase E3 Ubiquitin Gatal (ITCH) mengawal spektrum besar mekanisme biologi disebabkan lebih 50 protein sasaran, termasuk protein Jun dan dua ahli keluarga p53, p63 dan p73 [31–33].

ITCH memainkan peranan dalam pengawalseliaan laluan isyarat TGF dan bertindak pada tumorigenesis [34,35]. Ia terlibat dalam laluan penting lain, seperti laluan isyarat Hedgehog, Hippo, Wnt, dan Notch [36–39]. Ia mengambil bahagian dalam fungsi endosomal dan lisosom, dan tindak balas kerosakan DNA [31,40,41].

Pengawalseliaan aktiviti ICTH boleh diperolehi dengan mengikat protein, seperti N4BP1 yang berinteraksi dengan domain WW2 ITCH yang menghalang interaksi dengan protein sasarannya (p73a, JUN, p63).

Fosforilasi GATAL oleh JNK1 mengaktifkan protein. Domain WW yang mengandungi Protein 1 (WWP1) ialah protein pelbagai fungsi dengan pelbagai sasaran, seperti Smad2, Smad4, ErbB4/HER4, JunB dan p53. Akibatnya, WWP1 mempunyai peranan dalam transkripsi, pemerdagangan protein, degradasi protein, apoptosis, dan tunas virus, antara lain. Ia telah dikaitkan dengan kanser, seperti kanser kolon dan payudara, penyakit berjangkit, dan penyakit saraf [42].

Ia mengikat protein sasarannya terutamanya oleh domain WWnya. Walau bagaimanapun, ia mengikat p53 secara bebas daripada domain WWnya. Interaksi ini mengawal dan menstabilkan p53 secara positif dan dengan itu mengaktifkan apoptosis [43]. WWP2 ialah satu lagi ligase E3 subfamili ini yang mengikat sasaran yang terlibat dalam laluan isyarat yang berbeza, seperti PI3K/Akt atau laluan TGF-. Ia juga mengikat dan mengecilkan ENaC [44] dan meratai RNA polimerase II [45].

Disebabkan kepelbagaian fungsinya, WWP2 telah terlibat dalam kanser dan modulasi sistem imun [46]. Faktor Regulasi SMAD Ubiquitylation 1 dan 2 (SMURF1 dan SMURF2) pertama kali ditemui sebagai ligase E3 yang mampu mengawal selia negatif laluan isyarat TGF-/BMP. [47,48]. Walau bagaimanapun, mereka juga terlibat dalam mekanisme lain.

SMURF1 menyasarkan laluan Wnt bukan kanonikal dan laluan MAPK [49]. Oleh itu, SMURF1 terlibat dalam pengawalan pertumbuhan sel dan morfogenesis, penghijrahan sel, polariti, dan autophagy.

Aktiviti pemangkinnya boleh dipertingkatkan dengan mengikat kepada kasein kinase 2-protein berinteraksi 1 (CKIP1) oleh domain WWnya [50]. SMURF1 juga mengawal aktiviti p53, secara bebas daripada aktiviti enzimatiknya, dengan mengikat satu lagi ligase E3, MDM2, yang aktiviti ubiquitinationnya akan meningkat.

MDM2 ialah ligase RING-E3 yang akan menyasarkan kemerosotan p53 oleh proteasome [51]. SMURF2 terlibat dalam mekanisme yang sama. Peranan gandanya dalam kanser sering dibincangkan kerana ia boleh bertindak sebagai penekan tumor dan pengaktif. Itis juga terlibat dalam kestabilan genomik dengan bertindak pada kromatin dan apoptosis [49].

For more information:1950477648nn@gmail.com