SCF-komplex

SCF-komplexet  (förkortningen består av de initiala bokstäverna i komplexets tre subenheter: S kp1, C ul1, F -box) är en proteinförening som spelar en betydande roll i regleringen av cellcykeln . I strukturen av komplexet isoleras först och främst en kärna, bestående av tre subenheter: det strukturbildande proteinet cullin , den katalytiska RING-domänen och adapterproteinet . Det ubiquitin-konjugerande enzymet ansluter till kärnan av SCF-komplexet via RING-domänen , vilket säkerställer överföringen av ubiquitin- molekylenpå målproteinet. Genom adapterdomänen kopplas en substratspecifik domän till SCF-komplexet , vilket säkerställer bindningen av målproteinet [1] .

Funktionellt är SCF-komplexet ett ubiquitinligas och katalyserar den ubiquitinberoende proteolysen av målproteiner . Under hela cellcykeln förblir kärnan av SCF-komplexet i ett aktivt tillstånd [1] [2] , men aktiviteten av hela komplexet regleras helt av två faktorer: för det första genom att fästa den lämpliga substratspecifika domänen som känner igen och binder målproteiner och, för det andra, i de flesta fall måste mål av SCF-komplexet fosforyleras för att kunna kännas igen av en substratspecifik domän [1] [3] .

SCF-komplexet spelar en viktig roll i övergången av cellen från G1-fasen till S -fasen . I detta skede tillhandahåller SCF ubiquitination och efterföljande proteolys av hämmare av cyklinberoende kinaser [4] , vilket leder till bildandet av G 1 /S-Cdk cyklinkinaskomplex, som i sin tur ger G 1 /S-övergången [3] .

En annan etablerad funktion hos SCF-komplexet är deltagande i regleringen av M-fasen . I detta skede ubiquitinerar SCF först proteinkinaset Wee1 , vilket underlättar aktiveringen av mitotiska cyklinkinaser M-Cdk. För det andra ubiquitinates SCF Emi1  , en hämmare av APC-komplexet , vilket säkerställer övergången av cellen till anafas av mitos [3] .

Struktur och klassificering

I strukturen av SCF-komplexet urskiljs först och främst en kärna, som består av tre subenheter: det strukturbildande proteinet kullin, den katalytiska RING-domänen och adapterproteinet. Det ubiquitin-konjugerande enzymet (E2) ansluter till kärnan av SCF-komplexet genom RING-domänen , vilket säkerställer överföringen av ubiquitin - molekylen till målproteinet. Genom adapterdomänen kopplas en substratspecifik domän till SCF-komplexet, vilket säkerställer bindningen av målproteinet [1] .

Förkortningen SCF är sammansatt av de initiala bokstäverna i komplexets tre subenheter: Skp1 (Eng. S-phase kinase-associated protein 1  - "protein associated with S-phase 1 kinases"), Cul1 (Eng. cullin) 1  - "cullin 1") , F-box (engelsk F-box ) [1] .

Baserat på strukturella skillnader finns det minst tre typer av SCF-komplex: SCF1, SCF2 och SCF3. Serienummer används för att beteckna motsvarande Cullin, som är en del av SCF: Cul1, Cul2 eller Cul3. Dessutom skiljer sig alla tre SCF-komplexen i adapterdomäner: för SCF1 är detta Skp1; för SCF2 är det EloB/C ( elongin  B/C). POZ) kontakter direkt med culin-subenheten Cul3, dvs den utför samtidigt substratet -bindnings- och adapterfunktioner. Varje SCF-grupp skiljer sig också i den karakteristiska typen av substratspecifik domän: för SCF1 är dessa proteiner från F-box- gruppen , för SCF2 proteiner från BC-box-gruppen, för SCF3, BTB/POZ-domänen ( BTB — bred komplex/spårväg /bric-a-brac ; POZ - poxvirus zinkfingerprotein  - "zinkinnehållande fingerliknande poxvirusprotein"). Det enda gemensamma elementet för alla tre typerna av SCF är RING-domänen - Rbx1 (eng. RING box protein-1  - "RING box protein 1"), även kallad Roc1 (eng. regulator of cullins-1  - "regulator av cullins 1") [5] [6] .

Funktioner

SCF-komplexet tillhör en underklass av ubiquitinligasenzymer och katalyserar ubiquitineringsreaktioner - kovalent bindning av ubiquitinmolekyler till målproteiner. Samtidigt känns målproteiner markerade som ett resultat av ubiquitination igen och klyvs i 26S-proteasomer . Igenkänning av målproteiner ger en substratspecifik domän inom SCF-komplexet [1] [7] .

Trots den strukturella mångfalden av SCF-liknande komplex är rollen för de flesta av dem fortfarande okänd. I själva verket har rollen endast etablerats för komplex av SCF1-gruppen (Skp1-Cul1-Rbx1- F-box ) [5] . Dessutom, även inom SCF1-gruppen, finns det cirka 70 olika substratspecifika F-box-domäner, vars funktioner i de flesta fall fortfarande är lite kända [2] .

Den huvudsakliga etablerade funktionen hos SCF-komplexet är deltagande i regleringen av cellcykeln. Implementeringen av denna funktion tillhandahålls av motsvarande substratspecifika domäner i F-box-gruppen: Skp2 (engelsk S-fas kinasassocierat protein 2  - "protein associerat med S-fas 2 kinaser"), Fbw7 ( Engelska F-box och WD repeat domain-containing 7  - "domain F-box containing WD-repeat 7"), β-TRCP (engelska beta-transducin repeat containing protein  - "ett protein som innehåller upprepade sektioner av beta-transducin ") [2] . Skp2-domänen tillåter SCF-komplexet att kontrollera aktiviteten hos följande cellcykelregulatorer: cyklin D1 , cyklin E , p130 Rb2 , E2F1, såväl som aktiviteten hos en grupp av hämmare av cyklinberoende kinaser  - p27 kip1 (p27), p21 Wafl/Cipl/Sdi1 (p21), p57 kip2 (p57). Med deltagande av Fbw7-domänen tillhandahålls kontrollen av regulatorer: c-myc , c-jun , cyclin E, Notch . β-TRCP-domänen ger kontroll över två viktiga regulatorer av aktiviteten hos mitotiska cyklinberoende kinaser, Wee1 -kinas och Cdc25 -fosfatas . Dessutom kontrollerar β-TRCP aktiviteten av beta-catenin och Emi1 [2] .

Under interfas reglerar SCF-komplexet aktiviteten hos följande substrat: Cdc25A ; cyklin Dl; cyklin E; cyklinberoende kinas 2 (Cdk2); DNA-replikationsfaktor -  Cdt1 [ ; p130-protein; hämmare av cyklinberoende kinaser - p21 , p27 , p57 ; transkriptionsfaktor E2F1 . SCF-komplexet spelar en viktig roll i övergången av cellen från G1 - fasen till S-fasen. I detta skede ger SCF Skp2 ubiquitination och efterföljande proteolys av hämmare av cyklinberoende kinaser [4] . vilket leder till bildningen av G1/S- Cdk cyklinkinaskomplex , som i sin tur tillhandahåller G1 / S-övergången. Efter avslutad övergång från G 1 -fasen till S-fasen, förstörs G 1 /S-cykliner (cyklin E, cyklin D1) med deltagande av SCF-komplexet [3] .

Den andra viktiga regionen, där funktionerna hos SCF-komplexet också implementeras, är M-fasen. I detta skede ubiquitinerar SCF β-TRCP först Wee1-proteinkinaset, och främjar därigenom aktiveringen av mitotiska cyklinkinaser M-Cdk. För det andra, SCF β-TRCP ubiquitinates Emi1, en hämmare av APC-komplexet , vilket säkerställer övergången av cellen till anafas av mitos [3] .

Förordning

Under hela cellcykeln förblir kärnan av SCF-komplexet i ett aktivt tillstånd [1] [2] , men aktiviteten av hela komplexet regleras helt av två faktorer: för det första genom att fästa den lämpliga substratspecifika domänen som känner igen och binder målproteiner, och för det andra, i de flesta fall måste målen för SCF-komplexet fosforyleras för att kännas igen av den substratspecifika domänen [1] [3] .

När det gäller reglering är det också värt att notera interaktionen av SCF-komplexet med ett annat reglerande cellcykelubiquitinligas, anafasstimuleringskomplexet ( APC ).

Båda ubiquitinligaserna, SCF och APC, kan kontrollera aktiviteten hos samma substrat. Till exempel, i fissionsjäst, kontrolleras S-fas cyklin (Cig2) av både APC och SCF Pop1/2 [4] . I humana celler observeras en liknande tvåvägskontroll för Cdc25A-fosfatas. Under G 1 - fasen hålls Cdc25A - aktiviteten i schack av APC Cdh1 - komplexet . Därefter, i S-fasen av cellcykeln, kontrollerar SCF β-TRCP Cdc25A-aktivitet beroende på närvaron av DNA- skada [4] [8] .

En annan egenskap hos SCF och APC är den ömsesidigt beroende regleringen av aktiviteten hos båda ubiquitinligaserna. Under G 1 -fasen deltar APC Cdh1- komplexet i ubiquitinering av den substratigenkännande subenheten Skp2, och hämmar därigenom aktiviteten av SCF-komplexet. Vidare, under övergången av cellen från G 1 -fasen till S-fasen, tillhandahåller det aktiverade SCF Skp2- komplexet ubiquitination och efterföljande proteolys av hämmare av cyklinberoende kinaser, vilket leder till bildningen av G 1 /S-Cdk cyklinkinas komplex (till exempel cyklin A-Cdk2). Aktiverade G 1 /S-Cdk cyklinkinaser fosforylerar Cdh1-subenheten, vilket inaktiverar APC-komplexet. Slutligen, i den tidiga M-fasen av SCF , initierar β-TRCP proteolys av Emi1, en hämmare av Cdc20-subenheten, som är en del av APC Cdc20-komplexet . Avlägsnande av Emi1-hämmaren säkerställer aktivering av APC-komplexet [9] .

Anteckningar

1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Morgan D.O., 2007 , sid. 47.
2. ↑ 1 2 3 4 5 Fasanaro et al., 2010 , sid. 273.
3. ↑ 1 2 3 4 5 6 SCF-komplexets roll i cellcykelreglering  . Datum för åtkomst: 24 oktober 2012. Arkiverad från originalet den 8 oktober 2012.
4. ↑ 1 2 3 4 Vodermaier, 2004 , sid. R791.
5. ↑ 1 2 Vodermaier, 2004 , sid. R788.
6. ↑ 1 2 Passmore, Barford, 2004 , sid. 519.
7. ↑ Fasanaro et al., 2010 , sid. 272.
8. ↑ Hayes SD , ​​Harper JW Cdc25A och Dub3 i en balansgång med höga insatser.  (engelska)  // Naturcellbiologi. - 2010. - Vol. 12, nr. 4 . - s. 311-313. - doi : 10.1038/ncb2043 . — PMID 20228807 .
9. ↑ Fasanaro et al., 2010 , sid. 275.

Litteratur

• Morgan DO Cellcykeln: principer för kontroll. — Ny vetenskapspress, 2007. — S. 47. — 297 sid. - ISBN 978-0-9539181-2-6 .
• Lori A. Passmore, David Barford. Att komma i position: de katalytiska mekanismerna för proteinubiquitylering  (engelska)  // Biochemical Journal. - 2004. - Nej . 379 . - s. 513-525. - doi : 10.1042/BJ20040198 .
• Hartmut C. Vodermaier. APC/C och SCF: kontrollerar varandra och cellcykeln  //  Current Biology. - Elsevier Ltd., 2004. - Vol. 14. - P. R787-R796. - doi : 10.1016/j.cub.2004.09.020 .  (inte tillgänglig länk)
• Pasquale Fasanaro, Maurizio C. Capogrossi, Fabio Martelli. Reglering av endotelcellscykeln genom ubiquitin-proteasomsystemet  (engelska)  // Cardiovascular Research. - 2010. - Nej . 85 . - S. 272-280. - doi : 10.1093/cvr/cvp244 .