CUL4A - CUL4A

CUL4A
Белок CUL4A PDB 2do7.png
Доступные конструкции
PDB Ортолог поиск: PDBe RCSB
Идентификаторы
Псевдонимы CUL4A , cullin 4A
Внешние идентификаторы OMIM : 603137 MGI : 1914487 HomoloGene : 81724 GeneCards : Куллин 4A
Ортологи
Разновидность Человек Мышь
Entrez
Ансамбль
UniProt
RefSeq (мРНК)

NM_001008895
NM_001278513
NM_001278514
NM_003589

NM_146207
NM_001363448
NM_001363450

RefSeq (белок)

NP_666319
NP_001350377
NP_001350379

Расположение (UCSC) н / д Chr 8: 13.11 - 13.15 Мб
PubMed поиск
Викиданные
Просмотр / редактирование человека Просмотр / редактирование мыши

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

дальнейшее чтение