Εφαρμογή της φασματοσκοπίας πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR) στην μελέτη της τρισδιάστατης δομής, της δυναμικής και της αλληλεπίδρασης πρωτεϊνών, οι οποίες συμμετέχουν στο μονοπάτι ουβικιτινίωσης της ARKADIA

Abstract

Cell homeostasis is an important feature of cell life that is basically maintainedby the ubiquitination and subsequent degradation of proteins. Ubiquitination is a posttranslationalthree-step enzymatic modification mechanism involving the enzymes E1,E2 and E3, which participate in many cellular functions. The degradation of proteinsby 26S proteasome is a well studied process of ubiquitination pathway fetching E2 inthe heart of this mechanism, which transfers the activated Ub to E3 Ub ligase, theselectivity factor of the pathway, which is bound to the target substrate. Even though abig number of E2-E3 complexes have been studied, not all of them are functionallyactive, indicating a more complex mechanism of selectivity. The mobility of E2~Ubthioester complex seems to play a key role in the transfer of Ub to the substrate, whilebinding of E3 ligase to the E2 enzyme stabilizes the complex to a preferred, for the Ubtransfer, conformation. Among the E3 ligases, RING is the largest category of E3fetching a RING domain with a characteristic “cross-brace” arrangement of Zn2+binding.Arkadia (Akd) and Arkadia2C (Akd2C) are RING E3 ligases that positivelyregulate TGF-β and BMP pathways accordingly, by degrading their negative regulators.Both of them have a RING-H2 domain at their C-terminal, while their substraterecognition and binding motif is located nearby. Akd and Akd2C are involved in theearly development stages of the organism but also taking part in many pathologicalconditions and cancer.

Ο έλεγχος της ομοιόστασης του κυττάρου διατηρείται σε μεγάλο βαθμό από τηνουβικιτινίωση και την επακόλουθη αποικοδόμηση των πρωτεϊνών. Η ουβικιτινίωσηείναι ένας μετα-μεταφραστικός ενζυμικός μηχανισμός τριών σταδίων στον οποίοεμπλέκονται τα ένζυμα Ε1, Ε2 και Ε3, τα οποία διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο σεπληθώρα κυτταρικών λειτουργιών. Η εκτενέστερα μελετημένη λειτουργία τουμονοπατιού της Ub, η αποικοδόμηση των πρωτεϊνών από το πρωτεάσωμα 26S, έχει στοκέντρο της το Ε2 ένζυμο, το οποίο φέρει την ενεργοποιημένη Ub στον παράγονταεκλεκτικότητας, την Ε3 λιγάση, σε σύμπλοκο με την πρωτεΐνη-στόχο. Αν και πολλάΕ2-Ε3 σύμπλοκα έχουν παρατηρηθεί δεν είναι όλα λειτουργικά, αναδεικνύοντας τηνύπαρξη ενός πολυπλοκότερου μηχανισμού εκλεκτικότητας. Η δυναμική συμπεριφοράτου Ε2~Ub συζεύγματος φαίνεται να διαδραματίζει το σημαντικότερο ρόλο για τηνμεταφορά της Ub στο υπόστρωμα, ενώ η Ε3 λιγάση είναι επιφορτισμένη με τηνσταθεροποιήσή του στην προτιμητέα, για την μεταφορά της Ub, διαμόρφωση. Εκ τωνΕ3 λιγασών, οι RING E3 λιγάσες αποτελούν τη μεγαλύτερη κατηγορία και φέρουν έναRING τομέα με το χαρακτηριστικό “cross-brace” μοτίβο δέσμευσης ιόντων Zn2+.Οι πρωτεΐνες Arkadia (Akd) και Arkadia2C (Akd2C) είναι RING E3 λιγάσες οιοποίες ρυθμίζουν θετικά το TGF-β και BMP σηματοδοτικό μονοπάτι αντίστοιχα, μέσωτης αποικοδόμησης των αρνητικών ρυθμιστών τους. Φέρουν ένα RING-H2 τομέα στοC-τελικό τους άκρο μέσω του οποίου αλληλεπιδρούν με τα Ε2 ένζυμα, ενώ κοντά σεαυτόν υπάρχει και το σημείο πρόσδεσης των υποστρωμάτων τους. Οι πρωτεΐνες αυτέςαν και εμπλέκονται στα αρχικά αναπτυξιακά στάδια των οργανισμών, έχουνσυσχετιστεί με αρκετές παθολογικές καταστάσεις και καρκινογένεση.