Back to chapter

10.10:

Degradação Regulada de Proteínas

JoVE Core
Cell Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Cell Biology
Regulated Protein Degradation

Languages

Share

Cells need to regulate their levels of intracellular proteins according to the alterations in their state, such as environmental stimuli, or other metabolic or developmental changes.  This regulation or control of protein concentrations inside a cell depends on their rate of synthesis as well as their degradation.  In eukaryotes, intracellular protein degradation is mostly mediated by the ubiquitin-proteasome system. This system serves two primary functions inside the cells – the quality control of misfolded or damaged proteins, and the control of the levels of important cellular proteins.  The specificity of the proteasomal degradation in the cell is regulated through various mechanisms.  Eukaryotic cells have a class of proteins called E3 ligases – the main catalytic unit of ubiquitin ligase. Each of these unique E3 molecules can ubiquitinate only a specific target protein upon activation.  Each E3 protein ligase can also only be activated through a specific signal such as phosphorylation, allosteric transition due to ligand binding, or protein subunit addition. This regulates the ubiquitination of the target protein leading to its degradation by the proteasome.  For example, APC, or anaphase-promoting complex, is a multi-subunit E3 ligase responsible for the degradation of important cell cycle regulators. However, it is only activated at specific time points during the cell cycle by the addition of co-activator subunits. These subunits play an important role in the selective binding of the APC to its target proteins.  Alternatively, a conformational change in the target protein itself upon phosphorylation of a specific site, or dissociation of a protein subunit, or cleavage of a peptide bond, can unmask a normally hidden degradation signal. This signal can then be recognized by a ubiquitin ligase, resulting in the protein’s ubiquitination.  For example, cyclin proteins contain an internal degradation signal which can only be recognized by APC. However, this signal is only exposed when a cyclin kinase phosphorylates a specific site in the cyclin protein. This brings about a conformational change in the protein that unmasks its degradation signal – leading to its polyubiquitinylation, and degradation in the proteasome.

10.10:

Degradação Regulada de Proteínas

É vital regular a atividade das proteínas enzimáticas e não enzimáticas no interior da célula. Isto pode ser conseguido quer através da criação de um equilíbrio entre a sua taxa de síntese e degradação, quer através da regulação da atividade intrínseca da proteína. Ambos os mecanismos de regulação desempenham um papel essencial no funcionamento normal das células.

A degradação de proteínas desempenha dois papéis importantes nas células. Ajuda a proteger as células de proteínas mal dobradas ou danificadas antes de estas conduzirem a doença. Também auxilia no controlo dos níveis de proteínas saudáveis, que só têm uma função de curta duração dentro da célula sob certas condições.

Uma das principais vias de degradação das proteínas ativas nas células eucarióticas é a via ubiquitina-proteassoma. No entanto, mesmo esta via é fortemente regulada para permitir apenas a degradação de proteínas alvo específicas em determinadas condições. Dois dos mecanismos de regulação mais comuns são o controlo rigoroso da atividade da ubiquitina ligase E3, e os sinais de degradação desmascarados nas proteínas alvo.

Os seres humanos têm cerca de 600 ou mais genes de ubiquitina ligase E3, cada um dos quais podendo mediar a ubiquitinação das suas próprias proteínas alvo. No entanto, a atividade da ligase E3 é regulada através de diferentes mecanismos de ação, como fosforilação, ou ligação a ligando. Da mesma forma, o desmascaramento dos sinais de degradação nas proteínas intracelulares é controlado por vários mecanismos diferentes, como fosforilação, clivagem de ligações do peptídeo, ou dissociação da subunidade proteica. Apenas quando as ligases E3 reconhecem estes sinais de degradação normalmente ocultos a proteína alvo pode ser ubiquitinada e degradada pelo proteassoma.

Suggested Reading

  1. Regulated Protein Degradation. Trends in Biochemical Sciences. Vol 30, Issue 6, 283-286, 2005.
  2. Protein Degradation and the Pathologic Basis of Disease. The American Journal of Pathology. Vol 189, Issue 1, 2019, 94-103