Белок CUL4A имеет длину 759 аминокислот и образует расширенную, жесткую структуру, состоящую преимущественно из из альфа-спиралей. N-концом CUL4A связывается с бета-пропеллером[en]адаптерного белка[en]DDB1[en], который взаимодействует с многочисленными факторами, ассоциированными с DDB1-CUL4 (DCAF(ами)). В результате, N-конец имеет решающее значение для рекрутирования субстратов для комплекса убиквитинлигазы. В конце С-конца, CUL4A взаимодействует с белком RBX1[en]/ROC1 через его RING-домен[en]. RBX1 является основным компонентом комплекса куллин-RING убиквитинлигазы (CRL) и рекрутирует E2 убиквитин-конъюгирующие ферменты[en]. Таким образом, С-конец CUL4A - вместе с RBX1 и активированными ферментами Е2 — каталитическое ядро комплекса CRL4. CUL4A также модифицируется путём ковалентного присоединения молекулы NEDD8[en] к высоко консервативному остатку лизина в С-концевой области. Эта модификация, по-видимому, вызывает конформационные изменения, которые стимулируют гибкость в RING-домене белков куллин и повышенную активность убиквитинлигазы[3].
В целом, комплексы CRL4A имеют модульную структуру, которая позволяет сложное регулирование клетки и влияние на многочисленные субстраты и процессы в клетке. Хотя отдельные части изменяются, все основные куллин убиквитинлигазы обладают этими свойствами[4].
Функции
Повреждения и репарация ДНК
Адаптерный белок[en] DDB1 изначально характеризуется как большая субъединица гетеродимерного комплекса (UV-DDB), который служит для распознания поврежденний ДНК и участие в виде репарации, известной как эксцизионная репарация нуклеотидов (NER). Меньшая субъединица этого связывающего повреждения ДНК белкового комплекса известна как DDB2[en] и способна связывать непосредственно повреждения ДНК, связанные с УФ-облучением. DDB2 является белком DCAF и одновременно убиквитинированным субстратом комплекса CRL4, а также служит в качестве лигазы белка E3 для других субстратов, таких как XPC[en] и гистонов (см. следующий раздел) вблизи места повреждения[5]. Из-за его убиквитинирования повреждений ДНК и способности опознания белков DDB2 и XPC, CUL4A был описан как негативный регулятор активности NER[6][7]. В дополнение к «глобальному» типу NER, комплекс CRL4A также, кажется, играют роль «транскрипционной пары» NER совместно с белком ERCC-8[en][8]. Комплексы CRL4A, по всей видимости, были активированы определенными типами повреждений ДНК (особенно, УФ-облучение) и некоторые субстраты убиквитинированны после индукции повреждения ДНК.
Ремоделирование хроматина
Роль CUL4A в модификации хроматина во многом связана с репарационной деятельностью ДНК и происходит после индукции повреждения ДНК. Как CUL4A так и его тесно связанный гомолог CUL4B могут убиквитинироватьгистоны H2A, H3 и H4[9][10]. Гомологи дрожжей CUL4A, Rtt101 убиквитинируют гистоны H3 и способствуют сборке нуклеосом; комплекс CRL4A выполняет аналогичные функции и в клетках человека[11]. Комплексы CRL4 также влияют на события метилирования гистонов и структуры хроматина посредством регулирования метилтрансфераз гистонов[en][12]. Монометилаза гистонов SETDT8[en] убиквитинируется комплексом хроматина CRL4 (Cdt2) в S-фазе и последуюшим повреждением ДНКPCNA[en]-зависимым образом[13][14][15].
Регулирование клеточного цикла и репликации ДНК
Комплексы CRL4A регулируют вход в фазу синтеза ДНК, или S-фазу митотического цикла, регулируя уровни экспрессии лицензирования фактора репликации белка Cdt1[en] и ингибитора циклин-зависимой киназы р21 . В обоих случаях, CRL4A использует Cdt2[en] как DCAF, связывая оба субстрата PCNA-зависимым образом. В невозмущенной прогрессии клеточного цикла, убиквитинирование и подавления этих белков комплексом CRL4ACdt2 происходит в начале репликации ДНК. Повреждение ДНК, такие как вследствие УФ-облучения, также индуцирует CRL4ACdt2 на опосредованное уничтожение этих белков. Интересно, что оба субстрата также регулируется комплексом CRL4ACdt2 .
CRL4-опосредованное разрушение р21 снимает ингибицию циклина E[en] - CdK2 и стимулирует вхождение в S-фазу. Потеря экспрессии Cdt2 увеличивает экспрессию р21 в клетках и стабилизирует p21 после УФ-облучения[16]. CUL4A удаляет результаты задержки вступления в S-фазу в мышиных эмбриональных фибробластах, которых спасли от удаления p21[7].
После стимуляции иннициации эукариотической репликации ДНК в точке начала репликации, Cdt1 инактивируется джеминином[en] и целевыми деградациями комплексами SCFSkp2 и CRL4Cdt2. Экспрессия Cdt1 стабилизируется РНК-интерференционно-опосредованным ударом DDB1 или обоих, как CUL4A так и CUL4B, который предполагает избыточные или перекрывающие функции обоих CUL4 белков для регулирования Cdt1[17][18]. Только снижение экспрессии джеминина (англ.Geminin) кажется, может вызвать повторную репликацию в сверхэкспрессирующих Cdt1 клетках.
Гемопоэз
Комплексы CRL4A появляются для индуцировния деградации многочисленных членов транскрипционного семейства НОХ, которые являются необходимыми регуляторами гемопоэза[19]. Первый член семейства HOX, который был определен в качестве цели CRL4A-опосредованной деградации — HOXA9, очень важный для поддержания гемопоэза стволовых клеток и был вовлечен в подгруппу миелоидных лейкозов[en][20][21]. Дегрон[en] HOXA9 расположен в пределах гомеодомена, что имеет решающее значение для связывания ДНК. Исследования выравнивания последовательности показали, что существует высоко консервативный мотив «LEXE» внутри одной спирали гомеодомена. Когда несколько аминокислот в пределах этого мотива мутировали, НОХВ4 стали устойчивыми к CRL4A-опосредованной деградации[19]. Рецептор субстрата или DCAF, необходимый для деградации белка HOX, остаётся неизвестным.
Сперматогенез и мейоз
Ген Cul4a необходим для нормального сперматогенеза и мейоза в мужских половых клетках мышей[22][23]. Мужские особи с дефицитом Cul4a производят аномальную сперму и бесплодны. Хотя как CUL4A так и CUL4B экспрессируются в мужских гаметах, CUL4A высоко экспрессируется в пахитене и диплотене. Именно на этих этапах дефицит CUL4A мужских половых клеток демонстрируют высокий уровень апоптоза, неправильной репарации ДНК и накопление субстрата CRL4 — Cdt1[en].
Нарушение регуляции
Рак
CUL4A усиливается в от 3 до 6% определенных карцином в том числе:. молочной железы, матки, легких, желудка и колоректального рака[24]. CUL4A также мутируется или усиливается в около 4% меланомы (хотя мутации носят распределеный характер и отдельные мутации возникают спонтанно).
В мышиных моделях, Cul4a приводит к потрясающему результату, выражающемуся в устойчивости к УФ-индуцированному канцерогенезу кожи[7]. Сверхэкспрессия Cre[en]-индуцированного Cul4a в легочной ткани мыши способствовало гиперплазии[25].
Из-за наблюдаемого усиления CUL4A в нескольких карциномах и тот факт, что комплексы CRL4 нацелены на несколько репараций ДНК и генов опухолевых супрессоров, CUL4A можно считать онкогеном в некоторых контекстах.
Вирусный патогенез
Благодаря прочной экспрессии (в частности, в процессе репликации ДНК) и модульной природе, комплексы CRL4A могут быть кооптированы или «захвачены» для стимуляции пролиферации вируса в клетках млекопитающих.
Некоторые парамиксовирусы блокируют отклик интерферона в клетках путём захвата STAT1 и нарушения сигнализации. Белок V обезьяньего вируса 5 действует как рецептор субстрата и моста взаимодействия между DDB1 и STAT белками (структура комплекса CRL4ASV5V на фото на вставке) - тем самым вызывая убиквитинирование STAT1 и деградацию[26][27].
DCAF1 также называют VPRBP[en] из-за его взаимодействия с белком ВИЧ-1 Vpr[en]. Хотя DCAF1/VPRBP кажется, играет решающую роль в подавлении опухоли, репликации ДНК и эмбриональном развитии, ВИЧ-1 «захватывает» комплекс убиквитинлигазы, индуцируя арест клеточного цикла в фазе G2[28][29][30]. CRL4ADCAF1-Vpr вызывает убиквитинирование ядерной изоформы урацил-ДНК гликозилазы[en][31][32]. ВИЧ-2 также, кажется, использует CRL4ADCAF1 с помощью белка Vpx[en], индуцированного разрушением лентивирусом ингибирования дезоксинуклеозидтрифосфогидролазы, именуемой SAMHD1[en][33][34].
† белок субстрат CRL4A, только когда управляется вирусным белком.
Примечания
↑ Kipreos ET, Lander LE, Wing JP, He WW, Hedgecock EM (Jun 1996). “cul-1 is required for cell cycle exit in C. elegans and identifies a novel gene family”. Cell. 85 (6): 829—39. DOI:10.1016/S0092-8674(00)81267-2. PMID8681378.
1 2 Sugasawa K, Okuda Y, Saijo M, Nishi R, Matsuda N, Chu G, Mori T, Iwai S, Tanaka K, Tanaka K, Hanaoka F (May 2005). “UV-induced ubiquitylation of XPC protein mediated by UV-DDB-ubiquitin ligase complex”. Cell. 121 (3): 387—400. DOI:10.1016/j.cell.2005.02.035. PMID15882621.
↑ Chen X, Zhang J, Lee J, Lin PS, Ford JM, Zheng N, Zhou P (May 2006). “A kinase-independent function of c-Abl in promoting proteolytic destruction of damaged DNA binding proteins”. Molecular Cell. 22 (4): 489—99. DOI:10.1016/j.molcel.2006.04.021. PMID16713579.
↑ Guerrero-Santoro J, Kapetanaki MG, Hsieh CL, Gorbachinsky I, Levine AS, Rapić-Otrin V (Jul 2008). “The cullin 4B-based UV-damaged DNA-binding protein ligase binds to UV-damaged chromatin and ubiquitinates histone H2A”. Cancer Research. 68 (13): 5014—22. DOI:10.1158/0008-5472.CAN-07-6162. PMID18593899.
↑ Wang H, Zhai L, Xu J, Joo HY, Jackson S, Erdjument-Bromage H, Tempst P, Xiong Y, Zhang Y (May 2006). “Histone H3 and H4 ubiquitylation by the CUL4-DDB-ROC1 ubiquitin ligase facilitates cellular response to DNA damage”. Molecular Cell. 22 (3): 383—94. DOI:10.1016/j.molcel.2006.03.035. PMID16678110.
1 2 Higa LA, Mihaylov IS, Banks DP, Zheng J, Zhang H (Nov 2003). “Radiation-mediated proteolysis of CDT1 by CUL4-ROC1 and CSN complexes constitutes a new checkpoint”. Nature Cell Biology. 5 (11): 1008—15. DOI:10.1038/ncb1061. PMID14578910.
1 2 Hu J, Xiong Y (Feb 2006). “An evolutionarily conserved function of proliferating cell nuclear antigen for Cdt1 degradation by the Cul4-Ddb1 ubiquitin ligase in response to DNA damage”. The Journal of Biological Chemistry. 281 (7): 3753—6. DOI:10.1074/jbc.C500464200. PMID16407242.
↑ Shiyanov P, Nag A, Raychaudhuri P (Dec 1999). “Cullin 4A associates with the UV-damaged DNA-binding protein DDB”. The Journal of Biological Chemistry. 274 (50): 35309—12. DOI:10.1074/jbc.274.50.35309. PMID10585395.
↑ Ohta T, Michel JJ, Schottelius AJ, Xiong Y (Apr 1999). “ROC1, a homolog of APC11, represents a family of cullin partners with an associated ubiquitin ligase activity”. Molecular Cell. 3 (4): 535–41. DOI:10.1016/s1097-2765(00)80482-7. PMID10230407.
↑ Min KW, Hwang JW, Lee JS, Park Y, Tamura TA, Yoon JB (May 2003). “TIP120A associates with cullins and modulates ubiquitin ligase activity”. The Journal of Biological Chemistry. 278 (18): 15905–10. DOI:10.1074/jbc.M213070200. PMID12609982.
↑ Chen X, Zhang Y, Douglas L, Zhou P (Dec 2001). “UV-damaged DNA-binding proteins are targets of CUL-4A-mediated ubiquitination and degradation”. The Journal of Biological Chemistry. 276 (51): 48175—82. DOI:10.1074/jbc.M106808200. PMID11673459.
Chen LC, Manjeshwar S, Lu Y, Moore D, Ljung BM, Kuo WL, Dairkee SH, Wernick M, Collins C, Smith HS (Aug 1998). “The human homologue for the Caenorhabditis elegans cul-4 gene is amplified and overexpressed in primary breast cancers”. Cancer Research. 58 (16): 3677—83. PMID9721878.
Ohta T, Michel JJ, Schottelius AJ, Xiong Y (Apr 1999). “ROC1, a homolog of APC11, represents a family of cullin partners with an associated ubiquitin ligase activity”. Molecular Cell. 3 (4): 535—41. DOI:10.1016/S1097-2765(00)80482-7. PMID10230407.
Hori T, Osaka F, Chiba T, Miyamoto C, Okabayashi K, Shimbara N, Kato S, Tanaka K (Nov 1999). “Covalent modification of all members of human cullin family proteins by NEDD8”. Oncogene. 18 (48): 6829—34. DOI:10.1038/sj.onc.1203093. PMID10597293.
Lyapina S, Cope G, Shevchenko A, Serino G, Tsuge T, Zhou C, Wolf DA, Wei N, Shevchenko A, Deshaies RJ (May 2001). “Promotion of NEDD-CUL1 conjugate cleavage by COP9 signalosome”. Science. 292 (5520): 1382—5. DOI:10.1126/science.1059780. PMID11337588.
Chen X, Zhang Y, Douglas L, Zhou P (Dec 2001). “UV-damaged DNA-binding proteins are targets of CUL-4A-mediated ubiquitination and degradation”. The Journal of Biological Chemistry. 276 (51): 48175—82. DOI:10.1074/jbc.M106808200. PMID11673459.
Yasui K, Arii S, Zhao C, Imoto I, Ueda M, Nagai H, Emi M, Inazawa J (Jun 2002). “TFDP1, CUL4A, and CDC16 identified as targets for amplification at 13q34 in hepatocellular carcinomas”. Hepatology. 35 (6): 1476—84. DOI:10.1053/jhep.2002.33683. PMID12029633.
Liu J, Furukawa M, Matsumoto T, Xiong Y (Dec 2002). “NEDD8 modification of CUL1 dissociates p120(CAND1), an inhibitor of CUL1-SKP1 binding and SCF ligases”. Molecular Cell. 10 (6): 1511—8. DOI:10.1016/S1097-2765(02)00783-9. PMID12504025.
Min KW, Hwang JW, Lee JS, Park Y, Tamura TA, Yoon JB (May 2003). “TIP120A associates with cullins and modulates ubiquitin ligase activity”. The Journal of Biological Chemistry. 278 (18): 15905—10. DOI:10.1074/jbc.M213070200. PMID12609982.
Groisman R, Polanowska J, Kuraoka I, Sawada J, Saijo M, Drapkin R, Kisselev AF, Tanaka K, Nakatani Y (May 2003). “The ubiquitin ligase activity in the DDB2 and CSA complexes is differentially regulated by the COP9 signalosome in response to DNA damage”. Cell. 113 (3): 357—67. DOI:10.1016/S0092-8674(03)00316-7. PMID12732143.
Higa LA, Mihaylov IS, Banks DP, Zheng J, Zhang H (Nov 2003). “Radiation-mediated proteolysis of CDT1 by CUL4-ROC1 and CSN complexes constitutes a new checkpoint”. Nature Cell Biology. 5 (11): 1008—15. DOI:10.1038/ncb1061. PMID14578910.
Wertz IE, O'Rourke KM, Zhang Z, Dornan D, Arnott D, Deshaies RJ, Dixit VM (Feb 2004). “Human De-etiolated-1 regulates c-Jun by assembling a CUL4A ubiquitin ligase”. Science. 303 (5662): 1371—4. DOI:10.1126/science.1093549. PMID14739464.
Obuse C, Yang H, Nozaki N, Goto S, Okazaki T, Yoda K (Feb 2004). “Proteomics analysis of the centromere complex from HeLa interphase cells: UV-damaged DNA binding protein 1 (DDB-1) is a component of the CEN-complex, while BMI-1 is transiently co-localized with the centromeric region in interphase”. Genes to Cells. 9 (2): 105—20. DOI:10.1111/j.1365-2443.2004.00705.x. PMID15009096.
Hu J, McCall CM, Ohta T, Xiong Y (Oct 2004). “Targeted ubiquitination of CDT1 by the DDB1-CUL4A-ROC1 ligase in response to DNA damage”. Nature Cell Biology. 6 (10): 1003—9. DOI:10.1038/ncb1172. PMID15448697.
Nag A, Bagchi S, Raychaudhuri P (Nov 2004). “Cul4A physically associates with MDM2 and participates in the proteolysis of p53”. Cancer Research. 64 (22): 8152—5. DOI:10.1158/0008-5472.CAN-04-2598. PMID15548678.
Matsuda N, Azuma K, Saijo M, Iemura S, Hioki Y, Natsume T, Chiba T, Tanaka K, Tanaka K (May 2005). “DDB2, the xeroderma pigmentosum group E gene product, is directly ubiquitylated by Cullin 4A-based ubiquitin ligase complex”. DNA Repair. 4 (5): 537—45. DOI:10.1016/j.dnarep.2004.12.012. PMID15811626.
Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".
Другой контент может иметь иную лицензию. Перед использованием материалов сайта WikiSort.ru внимательно изучите правила лицензирования конкретных элементов наполнения сайта.
2019-2025 WikiSort.ru - проект по пересортировке и дополнению контента Википедии