CUL4A - CUL4A
Каллин-4A представляет собой белок , который у человека кодируется Куллин 4A гена . CUL4A принадлежит к семейству белков убиквитинлигазы cullin и очень гомологичен белку CUL4B . CUL4A регулирует множество ключевых процессов, таких как репарация ДНК, ремоделирование хроматина , сперматогенез , гематопоэз и цикл митотических клеток . В результате CUL4A участвует в нескольких видах рака и в патогенезе некоторых вирусов, включая ВИЧ . Было обнаружено, что компонент комплекса CUL4A, цереблон, является основной мишенью тератогенного агента талидомида .
Состав
Белок CUL4A состоит из 759 аминокислот и образует протяженную жесткую структуру, состоящую в основном из альфа-спиралей . На N-конце , Куллин 4A связывается с бета-пропеллером из DDB1 адаптера белка , который взаимодействует с многочисленными DDB1-CUL4 факторов , ассоциированных (DCAFs). В результате N-конец имеет решающее значение для рекрутирования субстратов для комплекса убиквитин-лигаза . На С- конце CUL4A взаимодействует с белком RBX1 / ROC1 через свой домен RING . RBX1 является основным компонентом комплексов убиквитин-лигаза Cullin-RING (CRL) и выполняет функцию рекрутирования ферментов, конъюгирующих с убиквитином E2 . Следовательно, C-конец CUL4A - вместе с RBX1 и активированными ферментами E2 - составляет каталитическое ядро комплексов CRL4. CUL4A также модифицируется путем ковалентного присоединения молекулы NEDD8 к высококонсервативному остатку лизина в С-концевой области. Эта модификация, по-видимому, вызывает конформационные изменения, которые способствуют гибкости в RING-домене белков кулина и повышают активность убиквитинлигазы.
В целом комплексы CRL4A имеют модульную структуру, которая позволяет осуществлять сложную регуляцию клеткой и влиять на многочисленные субстраты и процессы в клетке. Хотя отдельные части различаются, все убиквитинлигазы на основе кульлина обладают этими характеристиками.
Функция
Повреждение и восстановление ДНК
Адаптерный белок DDB1 первоначально был охарактеризован как большая субъединица гетеродимерного комплекса (UV-DDB), который, как было обнаружено, распознает поврежденную ДНК и участвует в форме репарации, известной как эксцизионная репарация нуклеотидов (NER). Меньшая субъединица этого белкового комплекса, связывающего поврежденную ДНК, известна как DDB2 и способна напрямую связывать повреждения ДНК, связанные с УФ-облучением. DDB2 представляет собой белок DCAF и одновременно является субстратом убиквитинирования комплекса CRL4, а также служит белком лигазы E3 для других субстратов, таких как XPC и гистоны (см. Следующий раздел), вблизи места повреждения. Из-за его убиквитинирования белков DDB2 и XPC, распознающих повреждения ДНК, CUL4A был описан как негативный регулятор активности NER. В дополнение к «глобальному» типу NER, комплекс CRL4A также, по-видимому, играет роль в «транскрипционно-связанном» NER в сочетании с белком синдрома Кокейна . Комплексы CRL4A, по-видимому, активируются определенными типами повреждений ДНК (в первую очередь, УФ-облучением), а некоторые субстраты предпочтительно убиквитинируются после индукции повреждения ДНК.
Ремоделирование хроматина
Роль CUL4A в модификации хроматина в значительной степени связана с активностью восстановления ДНК и происходит после индукции повреждения ДНК. И CUL4A, и его близкий гомолог CUL4B могут убиквитинировать гистоны H2A, H3 и H4. Дрожжевой гомолог CUL4A, Rtt101, убиквитинирует гистон H3 и способствует сборке нуклеосом, а комплексы CRL4A выполняют аналогичные функции в клетках человека. Комплексы CRL4 также влияют на события метилирования гистонов и структуру хроматина посредством регуляции гистоновых метилтрансфераз . Гистон H4-монометилаза PR-Set7 / SET8 убиквитинируется на хроматине комплексами CRL4 (Cdt2) во время S-фазы и после повреждения ДНК PCNA- зависимым образом.
Регуляция клеточного цикла и репликации ДНК
Комплексы CRL4A регулируют вступление в фазу синтеза ДНК или фазу S митотического цикла, регулируя уровни экспрессии белка фактора лицензирования репликации Cdt1 и ингибитора циклин-зависимой киназы p21 . В обоих случаях CRL4A использует Cdt2 в качестве DCAF для связывания обоих субстратов PCNA-зависимым образом. Во время нормального развития клеточного цикла убиквитинирование и подавление этих белков с помощью CRL4A Cdt2 происходит в начале репликации ДНК. Повреждение ДНК, такое как УФ-облучение, также вызывает разрушение этих белков, опосредованное CRL4A Cdt2 . Обе подложки также регулируются SCF Skp2 комплекса .
CRL4-опосредованное разрушение p21 снимает ингибирование циклина E - Cdk2 и способствует переходу в S-фазу. Потеря экспрессии Cdt2 увеличивает экспрессию p21 в клетках и стабилизирует p21 после УФ-облучения. Делеция CUL4A приводит к задержке вступления в S-фазу в эмбриональных фибробластах мыши, что устраняется делецией p21. В клетках пигментного эпителия сетчатки человека потеря экспрессии Cdt2 также приводит к p21-зависимому отсроченному вступлению в S-фазу и повторной экспрессии p21 в S-фазе, что приводит к циклам неполной репликации, долгосрочному накоплению p21 и в некоторых случаях индукция апоптоза.
После того, как поощрение инициации репликации эукариотической ДНК в происхождении , Cdt1 инактивируется Geminin и целенаправленная деградации со стороны ЕГО SKP2 и CRL4 Cdt2 комплексов. Экспрессия Cdt1 стабилизируется с помощью РНКи-опосредованного нокдауна DDB1 или обоих CUL4A и CUL4B, что предполагает дублирующую или перекрывающуюся функцию двух белков CUL4 для регуляции Cdt1. Только снижение экспрессии Geminin, по-видимому, вызывает повторную репликацию в Cdt1-сверхэкспрессирующих клетках.
CRL4 также используют Cdt2 и PCNA для разрушения субъединицы p12 ДНК-полимеразы δ во время S-фазы и после УФ-облучения.
Кроветворение
Комплексы CRL4A, по-видимому, вызывают деградацию многих членов транскрипционного семейства HOX , которые являются важными регуляторами кроветворения. Первым членом семейства HOX, идентифицированным как мишень CRL4A-опосредованной деградации, является HOXA9 , который необходим для поддержания гемопоэтических стволовых клеток и вовлечен в субпопуляцию миелоидных лейкозов . Дегрон HOXA9 находится в гомеодомене , который имеет решающее значение для связывания ДНК. Исследования выравнивания последовательностей показали, что внутри спирали первого гомеодомена присутствует высококонсервативный мотив «LEXE». Когда несколько аминокислот в этом мотиве были мутированы, HOXB4 стал устойчивым к CRL4A-опосредованной деградации. Рецептор субстрата, или DCAF, необходимый для деградации белка HOX, остается неизвестным.
Сперматогенез и мейоз
Ген Cul4a необходим для нормального сперматогенеза и мейоза в мужских половых клетках мышей. Cul4a - / - самцы производят ненормальную сперму и бесплодны. В то время как CUL4A и CUL4B экспрессируются в мужских гаметах, CUL4A высоко экспрессируется в пахитенах и диплотенах . Именно на этих стадиях CUL4A-дефицитные мужские половые клетки демонстрируют высокий уровень апоптоза , неправильную репарацию ДНК и накопление субстрата CRL4 Cdt1 .
Нарушение регуляции
Рак
Хромосомная область ch13q34, которая содержит ген CUL4A , амплифицирована в 3-6% некоторых карцином, включая рак груди, матки, легких, желудка и колоректального рака. CUL4A также мутирует или амплифицируется примерно в 4% меланом (хотя мутации рассредоточены, а отдельные мутации возникают спорадически).
На моделях мышей нокаут Cul4a приводил к выраженной устойчивости к УФ-индуцированному канцерогенезу кожи. Индуцированная Cre сверхэкспрессия Cul4a в легочной ткани мыши способствует гиперплазии .
Из-за наблюдаемой амплификации CUL4A в нескольких карциномах и того факта, что комплексы CRL4 нацелены на множественную репарацию ДНК и гены-супрессоры опухоли , CUL4A можно рассматривать как онкоген в определенных контекстах.
Вирусный патогенез
Благодаря своей устойчивой экспрессии (особенно во время репликации ДНК) и модульному характеру комплексы CRL4A могут кооптироваться или «захватываться», чтобы способствовать вирусной пролиферации в клетках млекопитающих.
Некоторые парамиксовирусы избегают интерферонового ответа в клетках, нацеливаясь на STAT1 и нарушая передачу сигналов. Вирус обезьяны 5 и вирус парагриппа человека II типа экспрессируют белок, названный «V», который действует как субстратный рецептор и связывает взаимодействие между белками DDB1 и STAT (структура комплекса CRL4A SV5V изображена на вставке), тем самым вызывая Убиквитинирование и деградация STAT1
DCAF1 также называют VPRBP из-за его взаимодействия с белком Vpr ВИЧ-1 . Хотя DCAF1 / VPRBP, по-видимому, выполняет решающую функцию в подавлении опухолей, репликации ДНК и эмбриональном развитии, ВИЧ-1 «захватывает» комплекс убиквитин-лигазы, вызывая остановку клеточного цикла в фазе G2 . CRL4A DCAF1-Vpr индуцирует убиквитинирование ядерной изоформы урацил-ДНК-гликозилазы . ВИЧ-2 также , как представляется , использовать CRL4A DCAF1 с помощью Vpx белка-индуцированного разрушения лентивирусов ингибирующих дезоксинуклеозида triphosphohydrolase имени SAMHD1 .
Лечение талидомидом
В 2010 году Ито и др. сообщили, что цереблон, белок DCAF, был основной мишенью тератогенного соединения талидомида. Талидомид и другие производные, такие как помалидомид и леналидомид , известны как иммуномодулирующие препараты (или IMiD) и были исследованы в качестве терапевтических агентов при аутоиммунных заболеваниях и некоторых видах рака, особенно миеломах. Недавние сообщения показывают, что IMiDs связываются с CRL4 CRBN и способствуют деградации факторов транскрипции IKZF1 и IKZF3, которые обычно не являются мишенью для комплексов CRL4.
Взаимодействия и субстраты
CUL4A человека напрямую взаимодействует с:
Комплексы CUL4A-DDB1-RBX1 человека способствуют убиквитинированию:
† белок является субстратом CRL4A только тогда, когда направляется вирусными белками.
§ белок является субстратом CRL4A только когда направляется IMiD.
Примечания
использованная литература
внешние ссылки
- Расположение генома человека CUL4A и страница сведений о гене CUL4A в браузере генома UCSC .
- Обзор всей структурной информации, доступной в PDB для UniProt : Q13619 (Cullin-4A) в PDBe-KB .
дальнейшее чтение
- Осака Ф., Кавасаки Х., Аида Н., Саеки М., Чиба Т., Кавасима С., Танака К., Като С. (август 1998 г.). «Новая система лигирования NEDD8 для cullin-4A» . Гены и развитие . 12 (15): 2263–8. DOI : 10.1101 / gad.12.15.2263 . PMC 317039 . PMID 9694792 .
- Chen LC, Manjeshwar S, Lu Y, Moore D, Ljung BM, Kuo WL, Dairkee SH, Wernick M, Collins C, Smith HS (август 1998 г.). «Человеческий гомолог гена Cul-4 Caenorhabditis elegans амплифицируется и сверхэкспрессируется при первичном раке молочной железы». Исследования рака . 58 (16): 3677–83. PMID 9721878 .
- Охта Т., Мишель Дж. Дж., Шоттелиус А. Дж., Сюн Й. (апрель 1999 г.). «ROC1, гомолог APC11, представляет собой семейство партнеров кулина с ассоциированной активностью убиквитинлигазы». Молекулярная клетка . 3 (4): 535–41. DOI : 10.1016 / S1097-2765 (00) 80482-7 . PMID 10230407 .
- Хори Т., Осака Ф., Чиба Т., Миямото К., Окабаяси К., Шимбара Н., Като С., Танака К. (ноябрь 1999 г.). «Ковалентная модификация всех членов белков семейства кулинов человека с помощью NEDD8» . Онкоген . 18 (48): 6829–34. DOI : 10.1038 / sj.onc.1203093 . PMID 10597293 .
- Ляпина С., Коуп Г., Шевченко А., Серино Г., Цуге Т., Чжоу С., Вольф Д.А., Вей Н., Шевченко А., Дешайес Р.Дж. (май 2001 г.). «Содействие расщеплению конъюгата NEDD-CUL1 сигнаносомой COP9». Наука . 292 (5520): 1382–5. Bibcode : 2001Sci ... 292.1382L . DOI : 10.1126 / science.1059780 . PMID 11337588 . S2CID 14224920 .
- Чен X, Чжан И, Дуглас Л., Чжоу П. (декабрь 2001 г.). «Поврежденные УФ-излучением ДНК-связывающие белки являются мишенями для CUL-4A-опосредованного убиквитинирования и деградации» . Журнал биологической химии . 276 (51): 48175–82. DOI : 10.1074 / jbc.M106808200 . PMID 11673459 .
- Ясуи К., Ари С., Чжао С., Имото И., Уэда М., Нагаи Х, Эми М., Инадзава Дж. (Июнь 2002 г.). «TFDP1, CUL4A и CDC16, идентифицированные как мишени для амплификации на 13q34 в гепатоцеллюлярной карциноме» . Гепатология . 35 (6): 1476–84. DOI : 10.1053 / jhep.2002.33683 . PMID 12029633 .
- Лю Дж., Фурукава М., Мацумото Т., Сюн Й. (декабрь 2002 г.). «Модификация NEDD8 CUL1 диссоциирует p120 (CAND1), ингибитор связывания CUL1-SKP1 и лигаз SCF». Молекулярная клетка . 10 (6): 1511–8. DOI : 10.1016 / S1097-2765 (02) 00783-9 . PMID 12504025 .
- Мин К.В., Хван Дж. У., Ли Дж. С., Пак Й., Тамура Т. А., Юн Дж. Б. (май 2003 г.). «TIP120A связывается с кулинами и модулирует активность убиквитинлигазы» . Журнал биологической химии . 278 (18): 15905–10. DOI : 10.1074 / jbc.M213070200 . PMID 12609982 .
- Гройсман Р., Полановска Дж., Кураока И., Савада Дж., Сайджо М., Драпкин Р., Киселев А.Ф., Танака К., Накатани Ю. (май 2003 г.). «Активность убиквитинлигазы в комплексах DDB2 и CSA по-разному регулируется сигнаносомой COP9 в ответ на повреждение ДНК» . Cell . 113 (3): 357–67. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (03) 00316-7 . PMID 12732143 . S2CID 11639677 .
- Хига Л.А., Михайлов И.С., Бэнкс Д.П., Чжэн Дж., Чжан Х. (ноябрь 2003 г.). «Радиационно-опосредованный протеолиз CDT1 комплексами CUL4-ROC1 и CSN представляет собой новую контрольную точку». Природа клеточной биологии . 5 (11): 1008–15. DOI : 10,1038 / NCB1061 . PMID 14578910 . S2CID 26070877 .
- Wertz IE, O'Rourke KM, Zhang Z, Dornan D, Arnott D, Deshaies RJ, Dixit VM (февраль 2004 г.). «Де-этиолированный-1 человека регулирует c-Jun путем сборки убиквитинлигазы CUL4A» (PDF) . Наука . 303 (5662): 1371–4. Bibcode : 2004Sci ... 303.1371W . DOI : 10.1126 / science.1093549 . PMID 14739464 . S2CID 40501515 .
- Обусе С., Ян Х., Нозаки Н., Гото С., Окадзаки Т., Йода К. (февраль 2004 г.). «Протеомный анализ центромерного комплекса из интерфазных клеток HeLa: поврежденный УФ-излучением ДНК-связывающий белок 1 (DDB-1) является компонентом CEN-комплекса, в то время как BMI-1 временно совмещен с центромерной областью в интерфазе». Гены в клетки . 9 (2): 105–20. DOI : 10.1111 / j.1365-2443.2004.00705.x . PMID 15009096 . S2CID 21813024 .
- Ху Дж., Макколл К.М., Охта Т., Сюн Й. (октябрь 2004 г.). «Целевое убиквитинирование CDT1 лигазой DDB1-CUL4A-ROC1 в ответ на повреждение ДНК». Природа клеточной биологии . 6 (10): 1003–9. DOI : 10.1038 / ncb1172 . PMID 15448697 . S2CID 34194616 .
- Наг А., Багчи С., Райчаудхури П. (ноябрь 2004 г.). «Cul4A физически связывается с MDM2 и участвует в протеолизе p53» . Исследования рака . 64 (22): 8152–5. DOI : 10.1158 / 0008-5472.CAN-04-2598 . PMID 15548678 .
- Мацуда Н., Адзума К., Сайджо М., Иемура С., Хиоки Ю., Нацумэ Т., Чиба Т., Танака К., Танака К. (май 2005 г.). «DDB2, продукт гена группы E xeroderma pigmentosum, непосредственно убиквитилирован комплексом убиквитин-лигазы на основе Cullin 4A». Ремонт ДНК . 4 (5): 537–45. DOI : 10.1016 / j.dnarep.2004.12.012 . PMID 15811626 .