HECT E3 Ubiquitin Ligazlarının NEDD4 Alt Ailesinin Nörogelişim ve Nörodejenerasyondaki Rolleri Bölüm 1

Soyut:

Ubikitin yolu birçok proteinin fonksiyonunu düzenler ve hücresel protein homeostazisini kontrol eder. Son yıllarda nörogelişimsel ve nörodejeneratif hastalıklara büyük ilgi duyulmaktadır.

Biyoteknolojinin sürekli gelişmesiyle birlikte insanlar hücresel proteinler ve hafıza arasındaki ilişkiye giderek daha fazla ilgi duyuyor. Araştırmalar, proteinin hücrelerdeki en temel biyomolekül olduğunu ve insan vücudunun çeşitli doku ve organlarında önemli rol oynadığını, hafıza üzerindeki etkisinin göz ardı edilemeyeceğini göstermektedir.

Proteinler insan vücudunda çeşitli formlarda bulunur ve bunların en önemlileri nöronal proteinlerdir. Nöronal proteinler, nöronlarda büyük miktarlarda bulunan ve nöronal aktivitenin önemli bir bileşeni olan bir protein sınıfıdır. Araştırmalar nöron proteinleri ile hafıza arasında güçlü bir bağlantı olduğunu gösteriyor. Nöron proteinlerinin sentezi ve bozulması hafızanın temelini oluşturur. Ancak bu süreçte hücredeki protein sentez hızı, bozulma hızından daha hızlı olduğunda iyi anılar oluşturulabilir ve korunabilir. Bu nedenle nöronal proteinlerin stabilitesinin korunması insanların hafızası için çok önemlidir.

Nöronal proteinlerin yanı sıra vücuttaki diğer proteinler de hafızayı etkileyebilir. Örneğin, hücresel enerji metabolizması yolundaki ATP'ye bağımlı protein kinaz (AMPK), hücre içi enerji metabolizmasının önemli bir düzenleyicisidir. Çalışmalar, AMPK aktivitesinin teşvik edilmesinin beyin dokusundaki protein sentezi oranını artırabildiğini ve dolayısıyla hafızayı geliştirebildiğini göstermiştir.

Aynı zamanda insan vücudunda yüksek kaliteli protein açısından zengin bazı gıdaların tüketilmesi, hücrelerdeki protein sentezi oranını da destekleyerek hafızayı geliştirebilir. Örneğin protein açısından zengin balık, et, yumurta ve diğer gıdalar insan vücuduna yüksek kalitede protein sağlayabilir.

Özetle hücresel proteinler ile hafıza arasında yakın bir bağlantı vardır. Nöronal proteinlerin stabilitesinin korunması ve hücrelerde protein sentez hızının arttırılması, insanların hafızasının geliştirilmesi açısından çok önemlidir. Diyete dikkat etmeli, kaliteli protein açısından zengin besinler yemeli ve hücre metabolizma hızını artırmak için fiziksel egzersizi güçlendirmeliyiz, bu da hafıza seviyemizi geliştirmemize yardımcı olacaktır. Hafızayı geliştirmemiz gerektiği görülebilir ve Cistanche Deserticola hafızayı önemli ölçüde geliştirebilir çünkü Cistanche Deserticola, hafızayı geliştirmek de dahil olmak üzere birçok benzersiz etkiye sahip geleneksel bir Çin tıbbi malzemesidir. Cistanche Deserticola'nın etkinliği, tannik asit, polisakkaritler, flavonoid glikozitler vb. dahil olmak üzere içerdiği çok sayıda aktif bileşenden gelir. Bu bileşenler, çeşitli yollarla beyin sağlığını geliştirebilir.

Kısa Süreli Belleği Nasıl Geliştirebileceğinizi Bilin'e tıklayın

Burada, HECT E3 ligaz NEDD4 alt ailesine ait 9 proteinin merkezi sinir sistemindeki (CNS) nöronların gelişimi ve fonksiyonundaki rollerine ilişkin ilk incelemeyi sunduk.

Bunların düzenlenmesini ve zihinsel engellilik gibi nörogelişimsel hastalıklarda ve Alzheimer hastalığı, Parkinson hastalığı veya Amyotrofik Lateral Skleroz gibi nörodejeneratif hastalıklarda doğrudan veya dolaylı rollerini tartıştık.

Bu proteinlerin rolleri, düzenlenmesi ve nöronlardaki hedefleri üzerine yapılacak ileri çalışmalar, nöronal fonksiyon ve fonksiyon bozukluklarının daha iyi anlaşılmasına kesinlikle katkıda bulunacak ve bunları hedef alan tedavilerin geliştirilmesi için ilginç bilgiler sağlayacaktır.

Anahtar Kelimeler: ubikuitin; ligazlar; gelişim; nörodejeneratif; zihinsel engelli; ALS.

1. Giriş

Merkezi sinir sisteminin (CNS) gelişimi ve işlevi, çoğalma, göç, farklılaşma, olgunlaşma ve sinaptik plastisite aşamalarını içeren dinamik mekanizmalar gerektiren karmaşık süreçlerdir.

Bu süreçler, çeşitli hücresel lokalizasyonlara ve rollere sahip çok sayıda proteinin katılımı sayesinde hassas bir şekilde düzenlenir. Hücresel protein homeostazisi (proteostazis) olarak adlandırılan bu proteinlerin konsantrasyonlarının kontrolü, sentezleri ve bozunmaları düzeyinde sağlanır.

Bu proteinlerin fonksiyonunun kontrolü aynı zamanda CNS'nin doğru gelişimi ve işleyişi için de çok önemlidir. Bu kontrolün önemli bir kısmı dinamik çeviri sonrası değişikliklerle gerçekleştirilir. Ubikitin (Ub)/Ub benzeri sistemler bunlardan birinden oluşmaktadır [2].

Bu iki sistemin gen kodlayan üyeleri, sendromik ve sendromik olmayan zihinsel engeller (RNF12, CUL4B) dahil olmak üzere nörogelişimsel bozukluklarla ve Parkinson hastalığı (PARK2) veya AmyotrofikLateral Skleroz (CCNF) gibi nörodejeneratif hastalıklarla doğrudan ilişkilidir [3-5].

Ub/Ub benzeri sistemler, insan genomunda 700'den fazla gen tarafından kodlanan, E1, E2 ve E3 (RING veya HECT aileleri) olmak üzere 3 sınıf enzim içeren hücre içi yollardan oluşur. Bu yollar, hedef proteinlere bir veya daha fazla küçük ubikuitin (76 aa) veya ubikuitin benzeri protein (örneğin, SUMO, Küçük Ubikuitin MOdifier) ​​eklenerek çalışır. Translasyon sonrası modifikasyona bağlı olarak, etiketlenen protein parçalanmak üzere proteazoma gönderilecek veya fonksiyonu düzenlenecek veya değiştirilecektir [6].

Ub/Ub benzeri sistemler son yıllarda kapsamlı bir şekilde incelenmiştir, ancak bunların düzenlenmesi ve işlevi, hangi proteinleri hedef aldıkları ve insan hastalıklarının patofizyolojisindeki rolleri hakkında hâlâ birçok soru mevcuttur.

En büyük HECT E3 alt ailesi, nöronal öncül hücre tarafından ifade edilen, gelişimsel olarak aşağı regüle edilmiş 4 (NEDD4) alt ailesidir. Bu derlemenin amacı, bu NEDD4 alt ailesinin CNS'sinin fizyolojik rolünü ve bunun nörogelişimsel ve nörodejeneratif hastalıklardaki etkisini tartışmaktı.

2. Ubiquitin Sistemine Genel Bakış

Ubikitinasyon, proteozomun aracılık ettiği protein parçalanmasında anahtar bir mekanizmadır. Hedef proteinlere ubikuitin (Ub) eklenmesinden oluşur. Ubiquitin, hedef proteine ​​veya diğer Ub'ye (poliubikuitinasyon için) bağlanmak için kullanılan 7 lizin kalıntısına sahip 76 amino asitli bir proteindir [7].

Ubiquitin proteini, bir ubikuitin monomeri (mono-ubikuitinasyon) veya bir ubikuitin polimeri (poli-ubikuitinasyon) olarak hedef proteine ​​bağlanabilir. Bir protein aynı zamanda hedef proteinin birkaç mono-ornatılmasından oluşan çoklu-ornatılmış da olabilir. Örneğin, mono-ornatılma ve lizinler-63 ile bağlanan bir ubikuitin zincirine bağlanma, ubikuitinlenmiş protein için fonksiyonel düzenleyici sinyallerdir.

Lizin-48-bağlı ubikuitinlerin bir zincirine bağlanma, ubikuitinlenmiş proteinin proteazom tarafından bozunmasına yönelik bir sinyaldir. Ubiquitine edilmiş proteinler aynı zamanda yaklaşık yüz deubiquitinating enzim tarafından deubiquitinasyona tabi tutulabilir [8]. Ubikitin sisteminin aktörlerinin çeşitliliği ve proteinler üzerinde ürettiği modifikasyonlar, bu sistemi protein homeostazisi, endositoz, hücre içi trafik, hücresel stres ve otofaji gibi birçok hücresel süreçte içerir [9-13].

İnsan genomundaki genlerin yüzde beşi ubikuitin sisteminin proteinlerini kodluyor, bu da etkileyici. Proteinlerin ubikuitinasyonu, üç sınıf enzimin koordineli bir sistemi ile gerçekleştirilir: ubikuitin aktive edici enzimler (E1), konjuge enzimler (E2) ve ligazlar (E3).

Tek E1 enzimi transfer için ubikuitini aktive eder [14]. 38 adet bulunan E2 enzimleri, ilginç bir yeni gen (RING) alanı içeren üçüncü sınıf enzimler olan E3 ligazların yardımıyla ubikuitini doğrudan hedef proteinlere aktarır [15].

Bu E3 ligaz ailesi 600'den fazla üyeden oluşur. E3'ün diğer aileleri, U-Box alanına sahip E3, RING-between-RING (RBR) alanına sahip E3 ve EA6P C terminaline (HECT) Homolog olan E3'tür [8]. Bazı E2 enzimleri ubikuitini HECT-E3 enzimlerine aktarır ve onlar da onu hedef proteinlere aktarır (Şekil 1). HECT alan numarasına sahip E3ligazlar insanlarda 28'dir. Boyutları 80 ile 500 kDa arasında değişmektedir.

Bu enzimlerin ortak özelliği, 350 amino asit kalıntısından oluşan, korunmuş bir C-terminali, katalitik HECT alanının varlığıdır [16]. HECT E3 ligazları üç alt aileye ayrılır: NEDD4, HERC ve diğer HECT.

Şekil 1. HECT alanını içeren E3 ligazları ile her yerde bulunma sürecinin şematik gösterimi. Ubiquitin, bir E1 enzimi tarafından aktive edilir ve daha sonra E2 enzimlerine ve bir HECT E3 enzimine aktarılır.

E3 enzimi, ubikuitini hedef proteine ​​aktararak onun mono-ornatılmasına veya çoklu-ornatılmasına yol açar. E3 ligaz 3 alan içerir; bir N-terminal C2 alanı, bir WW açısından zengin alan ve iki lob (N-lob ve C-lob) halinde düzenlenmiş bir C-terminal alanı.

3. NEDD4 E3 Ligazlar Alt Ailesi

3.1. Yapı ve Çeşitlilik

NEDD4 alt ailesi ökaryotlarda bulunur. Dokuz E3 ligazı NEDD4-1, NEDD4-2, ITCH, WWP1, WWP2, SMURF1, SMURF2, NEDL1'i içerir ve memeli evrimi sırasında farklı şekilde korunan 3 alanın varlığıyla karakterize edilen ortak bir yapıyı paylaşır: biri N-terminal C2 alanı, iki ila dört triptofan. triptofan (WW) alanları ve bir HECT alanı (Şekil 1).

C2 alanı fosfolipidlere kalsiyuma bağımlı bir şekilde bağlanabilir. Sonuç olarak proteinler con. C2 alanının eğitimi, plazma membranının, endozomların ve multiveziküler cisimlerin hücre içi hedeflenmesine aracılık edebilir [17].

İlk olarak protein kinaz C'de (PKC) tarif edilmiştir ve iki veya üç kalsiyum iyonunu koordine edebilen 8 beta iplikçikten oluşur. İki değişmez triptofan kalıntısına sahip ortalama 40 amino asit içeren WW alanları, protein/protein etkileşimlerinde rol oynar. Etkileşim, hedef proteinler üzerinde bulunan prolin açısından zengin motifler (PY veya PPxY) ile yapılır. 

WW alanının bağlanma özgüllüğü, onları birbirine bağlayan ilmeklerde bulunan kalıntıların t-sarmallı katlanmasından gelir. C-terminal HECT alanı, katalitik bir sisteinin varlığına sahip E3 katalitik alanıdır. N-lobu ve C-lobu olmak üzere iki lobda organize edilen yaklaşık 350 amino asitlik bir boyuta sahiptir.

N-lobu, E2 enzim-ubikuitin kompleksine bağlanarak, ubikuitin proteininin, katalitik sistein ile bir tioester ara maddesi yoluyla E2'den C-lobuna transferine izin verir. Ubikitin C-lobuna aktarıldıktan sonra hedef proteine ​​aktarılabilir (Şekil 1). Bu 3 alan, memeli evrimi sırasında farklı şekilde korunmuştur (Şekil 2).

3.2. İşlevler ve Düzenlemeler

NEDD4 alt ailesinin 9 üyesi, önemli sayıda hedef proteine ​​bağlanır ve çok çeşitli hücresel işlemlerde rol oynar.

Proteinler Sinir öncü hücresi. Gelişimsel Olarak ifade edilen Aşağı regüle edilmiş protein 4 numara 1 (NEDD4-1) ve numara 2 (NEDD4-2), bu alt ailede keşfedilen ilk üyelerdir ve şu anda en çok çalışılanlardır.

NEDD4-1 her yerde eksprese edilir ve birçok hedef proteini içeren birçok insan hücresel fonksiyonunda yer alır. Bu hedef proteinler arasında PTEN, Akt, Beclin1 veya FGFR1 bulunur; bunlar NEDD4-1'nin hücre proliferasyonu, farklılaşması, göçü ve istilasına katılımının yanı sıra apoptoz, otofaji ve DNA hasarı tepkisine de işaret eder. Alt aile fon sağlayıcı üyesinin kanserlerden nörodejeneratif hastalıklara kadar çeşitli hastalıklara karıştığı düşünülmektedir [18].

NEDD4-2, akciğer, böbrek ve kolonda sodyum ve sıvı emiliminde rol oynayan epitelyal Na+ kanalı ENaC gibi sodyum, klorür ve potasyum kanalları da dahil olmak üzere birçok iyon kanalı için bir E3 ligazdır [{ {3}}].

Hücre yüzeyindeki 22,23 kanal sayısını kontrol eden PY motiflerine bağlanarak ENaC fonksiyonunu düzenler. Aynı zamanda Wnt sinyal yolu, TGF sinyal yolu ve otofajide yer alan proteinlerle de etkileşime girer [24-26].

NEDD4-2 aktivitesinin düzenlenmesine fosforilasyon aracılık edebilir [27-29]. Örneğin, RAC-alfa serin/treonin kinaz protein 1 (AKT1) ve serum ve glukokortikoidle düzenlenen kinaz 1 (SGK1) tarafından fosforilasyonu, ENaC'ye müdahale eden adaptör protein 14.3.3'ün toplanmasına yol açar [27]. NEDD4-2'nin fosforilasyonu aynı zamanda kalsiyum sinyalini etkileyen ORAI bağlanmasına da müdahale eder [30].

İlginç bir şekilde, NEDD4-1 ve NEDD4-2'nin C2 alanı, E3 ligaz aktivitesinin oto-inhibitör alanı olarak görev yapar. Kalsiyum, C2 alanına bağlanarak bu oto inhibisyonu serbest bırakır. Itchy E3 Ubiquitin Protein Ligaz Homolog proteini (ITCH), Jun proteinleri ve p53 ailesinin iki üyesi olan p63 ve p63 dahil olmak üzere 50'den fazla hedef protein nedeniyle geniş bir biyolojik mekanizma spektrumunu kontrol eder. s73 [31–33].

ITCH, TGF sinyal yolunun düzenlenmesinde rol oynar ve tümör oluşumuna etki eder [34,35]. Hedgehog, Hippo, Wnt ve Notch sinyal yolları gibi diğer önemli yolaklarda da rol oynar [36-39]. Endozomal ve lizozomal fonksiyonlara ve DNA hasar tepkisine katılır [31,40,41].

ICTH aktivitesinin düzenlenmesi, ITCH'nin WW2 alanıyla etkileşime giren ve hedef proteini (p73a, JUN, p63) ile etkileşimleri engelleyen N4BP1 gibi proteinlere bağlanarak elde edilebilir.

ITCH'nin JNK1 tarafından fosforilasyonu, proteini aktive eder. Protein 1'i (WWP1) içeren WW alanı, Smad2, Smad4, ErbB4/HER4, JunB ve p53 gibi çok sayıda hedefi olan çok işlevli bir proteindir. Sonuç olarak, WWP1'in transkripsiyonda, protein trafiğinde, protein degradasyonunda, apoptozda ve viral tomurcuklanmada rolü vardır. Kolon ve meme kanseri, bulaşıcı hastalıklar ve nörolojik hastalıklar gibi kanserlerle ilişkilendirilmiştir [42].

Hedef proteinlerine esas olarak WW alanı aracılığıyla bağlanır. Bununla birlikte, WW alanından bağımsız olarak p53'e bağlanır. Bu etkileşim, p53'ü pozitif olarak düzenler ve stabilize eder ve böylece apoptozu aktive eder [43]. WWP2, PI3K/Akt gibi farklı sinyal yollarında yer alan hedeflere bağlanan bu alt ailenin başka bir E3 ligazıdır. veya TGF- yolları. Aynı zamanda ENaC'ye bağlanır ve aşağı regüle eder [44] ve RNA polimeraz II'yi yaygınlaştırır [45].

WWP2, çeşitli fonksiyonları nedeniyle kanserlerde ve bağışıklık sisteminin modülasyonunda rol oynamıştır [46]. SMAD Ubiquitylation Düzenleyici Faktör 1 ve 2 (SMURF1 ve SMURF2), ilk olarak TGF-/BMP sinyal yollarının negatif regülasyonunu yapabilen E3 ligazları olarak keşfedilmiştir. [47,48]. Ancak başka mekanizmalarla da ilişkilidirler.

SMURF1 kanonik olmayan Wnt yolunu ve MAPK yolunu hedefler [49]. Buna göre SMURF1, hücre büyümesi ve morfogenezinin, hücre göçünün, polaritenin ve otofajinin düzenlenmesinde rol oynar.

Katalitik aktivitesi, WW alanı tarafından kazein kinaz 2-etkileşimli protein 1'e (CKIP1) bağlanarak arttırılabilir [50]. SMURF1 ayrıca enzimatik aktivitesinden bağımsız olarak p53 aktivitesini, çoğaltma aktivitesi artacak olan başka bir E3 ligaz olan MDM2'ye bağlanarak düzenler.

MDM2, proteozom tarafından parçalanmak üzere p53'ü hedef alacak bir RING-E3 ligazdır [51]. SMURF2 benzer mekanizmalarda rol oynar. Hem tümör baskılayıcı hem de aktivatör olarak hareket edebileceği için kanserdeki ikili rolü sıklıkla tartışılmaktadır. Aynı zamanda kromatin ve apoptoz üzerinde etki göstererek genomik stabilitede de rol oynar [49].

For more information:1950477648nn@gmail.com