Не просто запасной вариант: двойная специфичность фермента UBA6

Исследователи из Центра Рудольфа Вирхова Вюрцбургского университета определили кристаллические структуры фермента UBA6 в комплексе либо с АТФ, либо с убиквитин-подобным белком FAT10. Эти результаты закладывают основу для изучения индивидуальных ролей UBA6 в присоединении убиквитина или FAT10 к белкам-мишеням и последующих клеточных путях, что может иметь значение для этиологии некоторых опухолей. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Убиквитинирование — одно из важнейших посттрансляционных модификаций, играющее ключевую роль во множестве клеточных процессов. Оно осуществляется последовательной ферментативной каскадом из E1-активирующих, E2-конъюгирующих и E3-лигирующих ферментов. Долгое время считалось, что UBA1 — единственный E1-фермент, активирующий убиквитин, пока в 2007 году не был открыт второй фермент: UBA6.

Потенциальная мишень для разработки лекарств

UBA6 присутствует только у позвоночных и морских ежей. Примечательно, что UBA6 — необычный E1-фермент, так как он активирует как убиквитин, так и убиквитин-подобный белок (Ubl) FAT10. Из-за ограниченного спектра реакций убиквитинирования по сравнению с универсальным ферментом UBA1 и будучи единственным E1, катализирующим присоединение FAT10, UBA6 рассматривается как потенциальная мишень для лекарств. Для разработки его ингибиторов необходимо понять его двойную специфичность и выявить варианты фермента, нарушающие активацию либо убиквитина, либо FAT10.

Группа профессора Германа Шинделина впервые сообщила о структурах UBA6 в комплексе с АТФ или FAT10. Структурные исследования и моделирование также показали, как UBA6 обеспечивает двойное распознавание убиквитина и FAT10. Ключевым открытием стало выявление мутантов UBA6, которые селективно отменяют активацию одного из этих модификаторов. Эти результаты позволяют изучать индивидуальные роли UBA6 в активации убиквитина или FAT10 в клеточных сигнальных путях.

Связь с различными заболеваниями

Поскольку убиквитинирование и FAT10илирование вовлечены во множество клеточных процессов, неудивительно, что их нарушения ведут к различным заболеваниям. Опосредованная UBA6 протеасомная деградация участвует в физиологических и патофизиологических состояниях мозга у мышей. Интересно, что UBA6 оказался сверхэкспрессирован в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера. Белок-супрессор опухолей p53 является субстратом для FAT10, а двойное негативное регулирование FAT10 и p53 критически важно для контроля опухолеобразования, что согласуется со сверхэкспрессией FAT10 во многих типах раковых клеток.

На основе структуры комплекса UBA6-АТФ и известных структур UBA1-убиквитин можно было предсказать ориентацию убиквитина в комплексе с UBA6, но предсказать взаимодействие FAT10, особенно его N-концевого домена (NTD), с UBA6 было невозможно. Поэтому определение структуры ко-кристалла UBA6-FAT10 стало решающим шагом. На основе экспериментальных структур и модели комплекса UBA6-убиквитин был идентифицирован «переключатель специфичности», что привело к открытию мутантов UBA6, селективно нарушающих активацию одного из модификаторов.

Для изучения возможных связей между опосредованным UBA6 убиквитинированием и FAT10илированием в контексте рака необходимы будущие исследования с селективно нарушенными мутантами. Если причинно-следственные связи будут установлены, можно будет приступить к направленному ингибированию UBA6 с помощью ферментативных и компьютерных методов скрининга. С помощью набора мутантов, селективно нарушающих один из процессов, планируется исследовать их избирательное подавление в клеточных экспериментах, особенно на раковых клетках.