단백질 공장 가동 - Fubi 프로테아제처럼 효소를 탈유비퀴틴화하는 방법

2023년 8월 11일

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요한 야르좀벡(Johann Jarzombek), 막스 플랑크 협회

작은 단백질 유비퀴틴은 단백질 분해를 표시하는 것으로 특히 유명하지만 사실상 모든 세포 과정을 조절하는 것으로 나타났습니다. 유비퀴틴 시스템과 병행하여 다양한 다른 유비퀴틴 유사 변형자가 진화했으며, 그중 Fubi는 면역 조절 활성에도 불구하고 특히 제대로 연구되지 않았습니다.

막스 플랑크 분자 생리학 연구소의 화학 유전체학 센터 연구 그룹 리더인 Malte Gersch 주변의 과학자들은 이제 세포의 단백질 공장인 리보솜의 주요 단백질의 Fubi 제어 성숙을 촉진하는 기계에 대한 최초의 분자적 통찰력을 얻었습니다. 새로 개발된 화학 도구 키트의 도움으로 연구자들은 두 개의 탈유비퀴틴화 효소가 어떻게 특정 Fubi 가수분해효소 활성을 제공하고 이를 통해 2단계 방식으로 Fubi 프로테아제로서 달빛을 발산하는지를 특성화했습니다.

Fubi는 리보솜 단백질 S30과의 융합 단백질로 세포에 의해 생산되며 리보솜 기능을 위해 프로테아제에 의해 S30에서 분리되어야 합니다. 면역 세포에서 리보솜 생산의 이 부산물은 분비된 신호 분자로 활용됩니다. 예를 들어 자궁 내 모체 면역 체계의 활동을 국부적으로 감소시켜 배아의 착상을 가능하게 합니다. Fubi가 프로테아제에 의해 어떻게 구체적으로 인식되는지, 그리고 어떻게 Fubi가 유비퀴틴과 구별되는지는 이전에는 알려지지 않았습니다.

Rachel O'Dea와 Malte Gersch는 그들의 연구를 자세히 설명합니다.

우리 팀은 두 개의 유비퀴틴 제거 효소가 유비퀴틴 유사 단백질 Fubi의 프로테아제 역할을 할 수 있는 방법을 밝혔으며 이것이 특정 방식으로 어떻게 가능한지에 대한 분자적 통찰력을 얻었습니다. 유비퀴틴과 유비퀴틴 유사 단백질의 유사성에도 불구하고 인간에서 이를 조절하는 효소는 일반적으로 동일하지 않기 때문에 이는 주목할 만합니다.

우리는 이 이중 활동이 두 효소 USP16과 USP36에 특유하다는 것을 보여 주며 우리의 결정학 연구는 이 희귀한 교차 반응이 어떻게 달성되는지 기계적으로 설명합니다. 놀랍게도, 박테리아나 바이러스의 교차 반응 효소에서 관찰되는 것과는 달리, 우리는 잘 특성화된 유비퀴틴 프로테아제의 추가 Fubi 활성을 촉진하는 추가 구조 요소를 발견하지 못했습니다.

대신, Fubi 인식은 상보적인 결합 표면의 작은 비밀 모티프를 통해 매개됩니다.

아마도 까다로운 아미노산 구성으로 인해 Fubi 단백질 도구는 아직 유비퀴틴 및 유비퀴틴 유사 단백질을 연구하기 위한 도구 레퍼토리에 추가되지 않았습니다.

우리의 연구는 현장의 다른 과학자들이 쉽게 적용할 수 있는 Fubi 도구를 만드는 손쉬운 접근 방식을 보여줍니다. 여기에 설명된 프로브 및 Fubi 형광 기판은 세포 및 시험관 설정 모두에서 Fubi 지우개 활동을 평가하기 위한 수단을 제공합니다.

우리의 연구는 효소가 어떻게 여러 변형 시스템에 걸쳐 활동할 수 있는지에 대한 새로운 분자적 통찰력을 제공합니다. USP16과 USP36이 리보솜 단백질 성숙에 어떤 역할을 하는지 설명하면 이 중요한 세포 과정을 조절하는 메커니즘에 대한 이해가 넓어집니다.

Fubi는 주로 면역학 분야의 과학자들과 최근에는 리보솜 분야의 과학자들에 의해 연구되었으며 유비퀴틴 배경으로 주제에 접근하는 우리의 작업은 이러한 다른 작업을 보완합니다. 모든 데이터는 Fubi 처리를 위한 2계층 모델로 수렴됩니다.