Ubiquitina

A ubiquitina está formada por 76 aminoácidos, ten unha masa molecular de aproximadamente 8,6 kDa, e unha cola C-terminal característica con 7 resíduos de lisina. A súa estrutura está moi conservada nos eucariotas. As ubiquitinas do ser humano e do lévedo son idénticas nun 96 % (só 3 dos 76 aminoácidos difiren entre ambas).

 

A ubiquitinación ou ubiquitilación consiste na unión da ubiquitina a outras proteínas. Nela interveñen os encimas E1, E2 e E3. O proceso é o seguinte:

1. O grupo carboxilo da glicina terminal da ubiquitina únese ao grupo tiol dunha unidade de cisteína dun encima chamado E1, que activa a ubiquinina. Este paso require a hidrólise dunha molécula de ATP, polo que supón un gasto enerxético. O resultado é a formación dun grupo tioéster entre a ubiquitina e E1.
2. Despois vén unha fase de transesterificación desde E1 a outro encima E2, ao cal queda unida a ubiquitina.
3. A transferencia final da ubiquitina á proteína a marcar pode facerse por dous camiños:

• directamente desde o encima E2. Este paso utilízase sobre todo se se une a outra molécula de ubiquitina xa ancorada previamente á proteína, para así formar cadeas ramificadas de ubiquitina.
• a través dun encima E3 (unha ubiquitín ligase), que se une especificamente tanto a E2 coma á proteína a marcar. A proteína a marcar é xeralmente unha proteína danada ou non funcional que é recoñecida por unha secuencia específica de destrución. A ubiquitina únese a un grupo de lisina nesta molécula. Este é o camiño típico para marcar preoteínas para a súa destrución.

No cadoiro de reaccións da ubiquitinación, o encima E1 pode unirse a ducias de E2, os cales poden unirse a centos de E3. Outras proteínas similares á ubiquitina tamén son modificadas pola vía da reacción en cadoiro E1–E2–E3. O complexo promotor da anafase (APC) e o complexo SCF son dous exemplos de multisubunidades E3 implicadas no recoñecemento e ubiquitinación de diversos obxectivos proteicos para a súa degradación nos proteasomas.

Ata non hai moito pensábase que a ubiquitinación e o proteasoma só debían considerarse como un vertedoiro de lixo para a célula, no que se degradaban proteínas anómalas. Pero as investigaciones posteriores permitiron recoñecer que este sistema non só está relacionado coa degradación de proteínas anómalas, senón que sorprendentemente está implicado tamén en procesos tan diversos como o control do ciclo celular, o tráfico de proteínas, a bioxénese de orgánulos ou o control da transcrición, e existen evidencias que permiten supoñer que case calquera proceso que ocorra na célula pode estar relacionado con este sistema.^[3] O sistema de ubiquitinación funciona nunha ampla variedade de procesos celulares, entre os cales están os seguintes:^[4]:

• Procesamento de antíxenos
• Apoptose
• Bioxénese de orgánulos
• División e ciclo celular
• Transcrición e reparación do ADN
• Diferenciación e desenvolvemento
• Resposta inmune e inflamación
• Dexeneración muscular e neural
• Morfoxénese das redes neurais
• Modulación dos receptores celulares de superficie, canles iónicas e vías secretoras
• Resposta ao estrés e moduladores extracelulares
• Bioxénese dos ribosomas
• Infección viral

Unha vez que se adiciona un resto de ubiquitina a unha proteína (monoubiquitinación), poden engadirse máis moléculas de ubiquitina á primeira, orixinando unha cadea de poliubiquitina. Ademais, algúns substratos son modificados por adición de moléculas de ubiquitina a múltiples restos de lisina nun proceso chamado multiubiquitinación. Como xa se dixo, a ubiquitina posúe un total de 7 residuos de lisina. Historicamente o tipo orixinal identificado de cadeas de ubiquitina foi o que estaba unido á lisina 48. Porén, traballos máis recentes mostraron que existía unha gran variedade de posibles unións, que implicaban a todos os posibles residuos de lisina^[5][6], e ademais poden formarse cadeas unidas no extremo N-terminal dunha molécula de ubiquitina ("cadeas lineares").^[7] Traballos publicados en 2007 demostraron a formación de cadeas de ubiquitina ramificada que presentaban múltiples tipos de unión.^[8] nunha revisión de Ikeda e Dikic discútense as posibles cadeas de ubiquitina "atípicas" (non unidas á lisina 48).^[9]

As cadeas de poliubiquitina máis estudadas (as unidas á lisina 48) etiquetan as proteínas para a súa destrución, un proceso coñecido como proteólise. Para que unha proteína sexa recoñecida polo complexo 23 S proteasómico, polo menos debe estar unida a catro moléculas de ubiquitina nos seus residuos de lisina. As cadeas unidas á lisina 63 sinalan tamén o destino das proteínas.^[10] O proteasoma é un complexo con forma de barril con dúas cámaras no cal ten lugar a proteólise. As proteínas son rapidamente degradadas en pequenos péptidos (xeralmente cunha lonxitude de 3 a 24 residuos de aminoácidos). As moléculas de ubiquitina son escindidas da proteína inmediatamente antes da destrución da mesma, polo que non son destruídas e son recicladas para un novo uso. Aínda que a maioría dos substratos procesados no proteasoma están ubiquitinados, hai exemplos de proteínas non ubiquitinadas marcadas para ir ao proteasoma.

A ubiquitina pode tamén marcar as proteínas transmembrana (por exemplo, receptores) para eliminalos das membranas e realizar varias funcións de sinalización na célula. As moléculas transmembrana da superficie da célula que son etiquetadas con ubiquitina están con frecuencia monoubiquitinadas, e esta modificación altera a localización subcelular da proteína ^[11], a miúdo marcando a proteína para a súa destrución nos lisosomas.

As histonas están xeralmente monoubiquitinadas e asociadas coa marcaxe estrutural ou de sinalización.^[12]

A ubiquitina ten sete residuos de lisina que poden servir como puntos de poliubiquitinación, e que son: K48, K63, K6, K11, K27, K29 e K33. Estes diferentes puntos de unión poden definir sinais determinados recoñecidos por proteínas de unión á ubiquitina, os cales teñen motivos de interacción coa ubiquitina, que son zonas que se unen á ubiquitina. Pénsase que estes diferentes puntos de unión son recoñecidos por proteínas que son específicas para as topoloxías características a cada zona de unión. Un exemplo é a unión K63 na histona H2AX, a cal se sabe que está implicada no recoñecemento de danos no ADN ou roturas da dobre hélice do ADN.

A ubiquitina está codificada nos mamíferos por 4 xenes diferentes. Os xenes UBA52 e RPS27A codifican for a ubiquitina fusionada coas proteínas ribosómicas L40 e S27a, respectivamente. Os xenes UBB e UBC codifican as proteínas precursoras da poliubiquitina.^[13]

En procariotas non se coñece a presenza de ubiquitina nin da maquinaria da ubiquitinación. Pero pénsase que a ubiquitina procede de proteínas procarióticas similares a ThiS^[14] ou MoaD.^[15] Estas proteínas procarióticas, malia teren pouca homoloxía coa ubiquitina na súa secuencia de aminoácidos (a ThiS só ten un 14%), comparten o mesmo tipo de pregamento proteico e a mesma reactividade co xofre. MoaD, que está implicada na biosíntese do cofactor molibdeno, interacciona con MoeB, que actúa sobre MoeB igual que un encima E1 activador da ubiquitina, o que apoia a existencia dunha relación entre estas proteínas e o sistema da ubiquitina. Hai un sistema similar para a proteína ThiS, que ten o seu encima ThiF semellante ao encima E! do sistema da ubiquitina. Tamén se pensa que a proteína Urm-1 do lévedo Saccharomyces cerevisiae, que é un modificador relacionado coa ubiquitina, é un "fósil molecular" que serve de conexión entre as mencionadas moléculas procarióticas e a ubiquitina.^[16]

Aínda que a ubiquitina sexa o modificador postraducional mellor coñecido, coñécese unha crecente familia de proteínas similares á ubiquitina que modifican diversas moléculas celulares seguindo unha vía paralela, aínda que non igual, á da ubiquitina. Entre elas están: os pequenos modificadores similares á ubiquitina coñecidos como SUMO (small ubiquitin-like modifiers), a proteína UCRP, a URM1, a NEDD8 (tamén chamada Rub1 en Saccharomyces cerevisiae), o antíxeno F asociado aos leucocitos humanos (FAT10), a ATG8, a ATG12, a proteína Fau similar á ubiquitina, a MUB,^[17] o UFM1 e a UBL5.^[18][19] Aínda que estas proteínas teñen pouca homoloxía coa ubiquitina en secuencia de aminoácidos, si comparten o mesmo pregamento tridimensional, chamado pregamento de ubiquitina.

ANUBL1; BAG1; BAT3; DDI1; DDI2; FAU; HERPUD1; HERPUD2; HOPS; IKBKB; ISG15; LOC391257; MIDN; NEDD8; OASL; PARK2; RAD23A; RAD23B; RPS27A; SACS; SF3A1; SUMO1; SUMO2; SUMO3; SUMO4; TMUB1; TMUB2; UBA52; UBB; UBC; UBD; UBFD1; UBL4; UBL4A; UBL4B; UBL7; UBLCP1; UBQLN1; UBQLN2; UBQLN3; UBQLN4; UBQLNL; UBTD1; UBTD2; UHRF1; UHRF2;

• Autofaxia
• Proteína SUMO
• Ubiquitín ligase
• Proteína similar á ubiquitina procariótica
• Proteasoma

• UniProt entry for ubiquitin
• UbiPred — servidor para a predición de sitios de ubiquitinación
• Ubiquitin Web-page
• 7.340 Ubiquitination: The Proteasome and Human Disease MIT OpenCourseWare. Notas dun curso do MIT.
• https://web.archive.org/web/20090519053230/http://www.astroseti.org/vernew.php?codigo=657
• GeneReviews/NCBI/NIH/UW entry on Angelman syndrome
• OMIM entries on Angelman syndrome

• Enzo Life Sciences^{[Ligazón morta]} : Ubiquitin and Proteasome Research Products
• Boston Biochem : Ubiquitin and Ubiquitin-like Research Products
• Progenra Inc. : Ubiquitin-based Biotechnology Corporation