Tema 15 Proteólisis No Lisosomal En Eucariotas PDF 2023-2024

TEMA 15. PROTEÓLISIS NO LISOSOMAL EN EUCARIOTAS 1) LA VÍA DE DEGRADACIÓN POR UBIQUITINA-PROTEASOMA El proteasoma La desplegasa p97 AAA-ATPasa Procesos proteolíticos y no proteolíticos controlados por ubiquitinación 2) EL INMUNOPROTEASOMA 3) ACTIVADORES DE PROTEASOMA 4) LA VÍA DE PRESENTACIÓN DE ANTÍ...

TEMA 15. PROTEÓLISIS NO LISOSOMAL EN EUCARIOTAS 1) LA VÍA DE DEGRADACIÓN POR UBIQUITINA-PROTEASOMA El proteasoma La desplegasa p97 AAA-ATPasa Procesos proteolíticos y no proteolíticos controlados por ubiquitinación 2) EL INMUNOPROTEASOMA 3) ACTIVADORES DE PROTEASOMA 4) LA VÍA DE PRESENTACIÓN DE ANTÍGENOS MHC-TIPO I 5) PROTEASOMAS Y ENFERMEDADES 6) CALPAÍNAS: PROTEASAS MODULADORAS Los 4 sistemas proteolíticos más importantes procesamiento proteolítico Apoptosis: Señalización y Destino Celular Major intracellular proteolytic systems. The ubiquitin–proteasome system degrades and eliminates specific substrate proteins in an ubiquitin-tagging system consisting of more than 1,000 ubiquitin ligases. The autophagy–lysosome system primarily degrades nonspecific cell components, including proteins and micro-organisms, by compartmentalization by isolation membranes. The caspase system functions mainly for apoptosis. In contrast, calpains primarily use proteolytic processing, rather than degradation, to modulate or modify their substrates’ activity, specificity, longevity, localization, and structure. El proteasoma: es una estructura supramolecular que está presente en el citosol y el nucleoplasma. ≈ 30,000/célula. Constituye casi el 1% de la proteína celular. Barril (centro 20s): 4 anillos de 28 subunidades no idénticas. Sitio de las proteasas. Activador del proteasoma (19s): Base: 6 con sitios activos de ATPasa, 3 unidades de no ATPasa. Se une directamente al barril. Tiene actividad desplegasa que necesita hidrólisis de ATP. Tapa: hasta 10 subunidades no ATPasa. Contiene un receptor de ubiquitina y una ubiquitina hidrolasa. El sistema ubiquitina-proteasoma DUBs: ubiquitina hidrolasas El activador del proteasoma reconoce proteínas poliubiquitinadas, las despliega e elimina las ubiquitinas. Inserción al barril.. La subunidad 20S en ausencia (a) y en presencia (b) de un activador. Se abre cuando se una un activador. La desplegasa hexamérica: familia de las proteínas p97 AAA-ATPasas Contiene: Receptor de ubiquitina y ubiquitina hidrolasa Actividad desplegasa 6 unidades de AAA-ATPasas desplegamiento Hay 2 posibles resultados: 1) desplegamiento parcial del péptido → entrada en el poro 2) Mantenimiento de la estructura del péptido → disociación → muchas rondas Figura 6-91a Biología molecular de la célula, quinta edición (© Garland Science 2008 y Ediciones Omega 2010) Activador 19S Procesos proteolíticos y no proteolíticos controlados por ubiquitinación. La ubiquitina determina el destino. Esquema básico. Para más detalles en “Señalización”. más voluminosa Lys11 Ej: EGFr más recta Endosoma multivesicular Una molécula de ubiquitina La P97 AAA-ATPasa en procesos dependientes e independientes de los proteasomas ESCRT III-Vps4 (AAA-ATPasa) disocia ESCRTIII Procesos dependientes de los proteasomas: - ERAD (extracción) - Degradación de proteínas mitocondriales de la membrana externa (extracción) - Degradación de proteínas asociadas a la cromatina Procesos independientes de los proteasomas - formación de endosomas multivesiculares - Regulación de la autofagia - Procesado de agregados proteicos. In addition to ER-associated degradation, p97 governs proteasome-mediated degradation of outer mitochondrial membrane proteins, as well as proteins associated with chromatin. It also helps degrade certain cytosolic proteins and handles protein aggregates. These activities help remove misfolded proteins at different locations to protect the cell from protein stress. In addition, they help eliminate regulatory proteins in various intracellular signalling pathways, including those that govern chromatin remodelling and DNA replication and repair. In parallel, p97 facilitates proteasome-independent degradation in the lysosome through controlling protein sorting in the endocytic pathway and by regulating autophagy. Not all cofactors or substrates in the individual pathways have been identified. Green, target substrates; Pr, proteasome; orange, ubiquitin. 2) EL lNMUNOPROTEASOMA El inmunoproteasoma en la respuesta inmune. Se forma cuando subunidades inducibles por el interferon-gama (IFN-γ) sustituyen las correspondientes subunidades constitutivas. Produce péptidos de una longitud apropiada para la presentación de antígenos tipo I. Hay ciclos de ensamblaje y disociación durante la proteólisis. El proteasoma constitutivo se une al activador 19S. Puede procesar proteínas de gran tamaño. Produce péptidos de entre 3-22 aa. El inmunoproteasoma puede tener diferentes activadores. 19S y 11S. Procesa péptidos. El inmunoproteasoma híbrido es el mejor conocido. Produce péptidos de entre 8-11 aa. McCarthy and Weinberg, (2015) Front Microbiol 3) ACTIVADORES DE PROTEASOMA Los activadores de proteasoma: PA200, PA28γ y PA28αβ -se unen y activan el proteasoma 20S. PA200: en el núcleo. Juega un posible papel en la reparación del DNA. PA28γ: en el núcleo. No depende de ubiquitina. Juega un posible papel en la apoptosis y en la transcripción. PA28αβ (11s): en el citoplasma. Inducido por IFN-γ e infecciones. Se une al inmunoproteasoma. Juega un papel en la inmunidad celular. La inmunidad adquirida en vertebrados tiene 2 respuestas. La respuesta humoral: anticuerpos circulantes que están dirigidos contra epítopos en péptidos que se generan en endosomas/lisosomas y se presentan en complejos MHC tipo II (Complejo II de la histocompatibilidad mayor). La respuesta celular: linfocitos T citotóxicos efectores eliminan directamente las células que han sido infectadas por un virus o por algún patógeno intracelular. Reconocen péptidos extraños que se han generado en el citosol por proteasomas de la célula infectada y que han sido transferidos a la superficie celular unidos a complejos MHC tipo I. Los inmunoproteasomas generan los péptidos de 8-11 aa. Estructuras de otros activadores menos caracterizados Las posibles funciones de los diferentes activadores. (11s) 4) LA VÍA DE PRESENTACIÓN DE ANTÍGENOS MHC-TIPO I TAP: transportador ABC En respuesta al INF-γ que secretan las células del sistema inmune el inmunoproteasoma se induce en células que no pertenecen al sistema inmune durante una infección (ej. con virus). La degradación del material del patógeno citoplásmico produce péptidos inmunogénicos que son translocados al RE por TAP (transportador ABC). En el RE los péptidos se incorporan en complejos MHC tipo I. Esos se transporten a la MP para su presentación a linfocitos T citotóxicas que así reconocen la célula como infectada y la eliminan. Linfocito T citotóxico durante el proceso de destrucción de células diana en cultivo linfocito perforina Célula infectada Figura 25-46 Biología molecular de la célula, quinta edición (© Garland Science 2008 y Ediciones Omega 2010) 5) PROTEASOMAS Y ENFERMEDADES Proteasomas y enfermedades Un sistema de ubiquitinación-proteasoma funcional es esencial para las células eucariotas. Alteraciones puede tener consecuencias patológicas. 1) Disminución de la función del proteasoma. En general hay una disminución de la actividad proteasomal con la edad que disminuye la capacidad celular de eliminar proteínas oxidadas. Algunas enfermedades humanas se producen por proteínas mutantes que escapan de los controles de calidad de la célula al plegarse de forma anormal y forman agregados como por ejemplo en el caso de las enfermedades neurodegenerativas. En enfermedades neurodegenerativas como Alzheimer y Parkinson se acumulan agregados de proteínas filamentosas ubiquitinadas en las neuronas que pueden impedir la función normal de la misma y pueden ser tóxicas. 2) Incremento de la actividad del proteasoma. Atrofia muscular y sepsis. 3) Presencia aumentada de inmunoproteasomas en el cerebro y el tejido muscular envejecido puede causar una inflamación persistente. Proteasomas y enfermedades 6) LAS CALPAÍNAS: PROTEASAS MODULADORAS - Superfamilia de cisteína proteasas dependientes del calcio. - Se encuentran en casi todos los eucariotas y en algunas bacterias. - Tienen una limitada actividad proteolítica a pH neutro. Cortan los sustratos en uno o varios sitios para transformar y modular la estructura y la actividad de sus sustratos → “proteasas moduladoras”. -Sustratos: quinasas, fosfatasas, fosfolipasas, proteínas del citoesqueleto, proteínas de membrana, factores de transcripción etc. - Función: transducción de señales, embriogénesis y motilidad celular. Dominios proteasa Dominios de unión al Ca2+ Resumen 1) La duración de la vida de una proteína intracelular es determinada en gran parte por su susceptibilidad a la degradación proteolítica por diversas vías. 2) Muchas proteínas se marcan para su destrucción con poliubiquitina y son degradadas en proteasomas. 3) El proteasoma es un complejo grande en forma de cilindro con múltiples proteasas en su interior. Consiste en un complejo central (20s) que necesita la unión de activadores para ser funcional. Se conocen varios activadores diferentes. 4) La p97-AAATPasa juega un papel clave en varios procesos de degradación dependientes de proteasoma como ERAD y la degradación asociada a la cromatina y la mitocondria. También es importante en procesos independiente de proteasoma como en la formación de endosomas multivesiculares. 5) Existe un inmunoproteasoma que se induce por el interferón γ. Unido a activadores específicas produce los pequeños péptidos que se presentan en las proteínas MHC tipo I en la superficie celular. Bibliografía básica Alberts et al. Biología molecular e la célula 5ª ed. Capítulo 6. El proteosoma. Lodish et al. Molecular Cell Biology. 6th ed. Chapter 3.4. Regulating protein function I: protein degradation. Bibliografía complementaria Rechsteiner and Hill (2005) Mobilizing the proteolytic machine: cell biological roles of proteasome activators and inhibitors. TRENDS in Cell Biology 15:27-33. McCarthy and Weinberg (2015) The Immunoproteasome and viral infections: a complex regulator of inflammation. Frontiers in MICROBIOLOGY 6:1-16. Meyer et. al. (2012) Emerging functions of the VCP/p97 AAA-ATPase in the ubiquitin system. NATURE CELL BIOLOGY 14:117-123.