Enzimas desubiquitinantes e o proteassoma regulam conjuntos preferenciais de substratos de ubiquitina

Oct 18, 2023

Nature Communications volume 13, Número do artigo: 2736 (2022) Citar este artigo

8628 acessos

9 Citações

22 Altmétrica

Detalhes das métricas

O eixo ubiquitina-proteassoma foi extensivamente explorado em todo o sistema, mas o impacto das enzimas deubiquitinantes (DUBs) no ubiquitinoma permanece amplamente desconhecido. Aqui, comparamos as contribuições do proteassoma e DUBs no ubiquitinoma global, usando tecnologia UbiSite, inibidores e espectrometria de massa. Descobrimos grandes redes dinâmicas de sinalização de ubiquitina com substratos e locais preferencialmente regulados por DUBs ou pelo proteassoma, destacando o papel dos DUBs na ubiquitinação independente de degradação. Os DUBs regulam os substratos por meio de pelo menos 40.000 locais exclusivos. Redes reguladas de substratos de ubiquitina estão envolvidas na autofagia, apoptose, integridade do genoma, integridade dos telômeros, progressão do ciclo celular, função mitocondrial, transporte de vesículas, transdução de sinal, transcrição, splicing pré-mRNA e muitos outros processos celulares. Além disso, mostramos que a ubiquitina conjugada com SUMO2/3 forma um forte sinal de degradação proteassômica. Curiosamente, PARP1 é hiperubiquitinado em resposta à inibição de DUB, o que aumenta sua atividade enzimática. Nosso estudo revela os principais papéis regulatórios dos DUBs e fornece um recurso de locais de ubiquitinação endógenos para auxiliar na análise da sinalização de ubiquitina específica do substrato.

A conjugação covalente e reversível da ubiquitina (Ub) frequentemente marca suas proteínas-alvo para degradação via proteassoma, mas também pode alterar sua localização subcelular, afetar sua atividade e promover ou prevenir interações proteicas1,2. A ubiquitinação começa com o acoplamento de Ub a uma das duas enzimas ativadoras de ubiquitina (E1s; UBA1 e UBA6). Ub é então transferido para uma das ~35 enzimas de conjugação de ubiquitina (E2s) via trans-tiolação3. O E2 tem locais de ligação estruturalmente conservados para uma ou várias ligases de 600-700 Ub (E3s), que transmitem a especificidade do substrato da ubiquitina3. Ub pode ser modificado em todas as sete lisinas internas (K6, K11, K27, K29, K33, K48 e K63) e via ligação cabeça-cauda (M1), dando origem a cadeias Ub. A complexa rede de sinalização de Ub é regulada por enzimas deubiquitinadoras (DUBs), que podem remover Ub de proteínas-alvo e desmontar polímeros de Ub. Os aproximadamente 100 DUBs humanos putativos são separados em duas classes principais, proteases de cisteína e metaloproteases. As proteases de cisteína são subdivididas em seis famílias, proteases específicas de ubiquitina (USPs), hidrolases Ub C-terminal (UCHs), proteases de domínio Machado-Josephin (MJDs), proteases de tumores ovarianos (OTU), motivo que interage com a nova família DUB contendo Ub (MINDY) e Zn-finger e proteína de domínio UFSP (ZUFSP)4.

Os níveis celulares de estado estacionário de cada proteína resultam da taxa de sua síntese e da taxa de sua degradação seletiva5. A regulação da homeostase da proteína celular através da degradação através do sistema Ub-proteassoma (UPS) rivaliza com a regulação através da transcrição e tradução em importância. O tetraUb ligado ao K48 canônico serve como um sinal de degradação eficiente6. A grande maioria das proteínas mal dobradas requer cadeias Ub ligadas a K48 para degradação eficiente7. No entanto, cadeias Ub ligadas a K48 também podem ter funções independentes de degradação, e polímeros Ub alternativos também podem funcionar como sinais de degradação in vitro8,9,10,11. Por exemplo, a Ciclina B é alvo de degradação por várias cadeias Ub curtas de vários tipos de ligação12 e as cadeias ligadas a K48 e K63 servem como sinais eficientes de degradação proteassômica quando conjugadas à Troponina13. Recentemente, foi demonstrado que 10-20% das cadeias Ub são ramificadas14. Cadeias Ub ramificadas K11/K48 aumentam a degradação de substratos nas células15, enquanto tipos complexos de Ub ramificados podem reduzir a eficiência da degradação13. Curiosamente, uma fração considerável da sinalização de Ub é independente de proteassoma16,17,18,19. Por exemplo, a monoubiquitinação das histonas H2A K119 e H2B K120 regula a organização e transcrição da cromatina19. A modificação de resíduos específicos de lisina sugere localização preferencial de Ub nesses substratos. A ubiquitinação específica do local de substratos foi recentemente revisada em outro lugar20,21.