결정 구조는 이중의 촉매 및 조절 메커니즘을 나타냅니다.

Nature Communications 13권, 기사 번호: 4880(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

E1 효소 Uba6은 아데닐화와 티오에스테르 결합 형성의 순차적 촉매작용을 포함하는 2단계 과정에서 유비퀴틴과 유비퀴틴 유사 단백질 FAT10을 활성화하여 신호 전달을 시작합니다. 이러한 과정에 대한 기계적 통찰력을 얻기 위해 우리는 인간 Uba6/유비퀴틴 복합체의 결정 구조를 결정했습니다. 복합체의 두 가지 별개의 구조가 관찰됩니다. 하나는 Uba6가 아데닐화 촉매 작용을 위해 구성된 활성 부위가 있는 개방형 구조를 채택하고, 두 번째는 아데닐화 활성 부위가 분해되어 티오에스테르 결합 형성 촉매 작용을 위해 재구성되는 완전히 다른 폐쇄 구조를 채택합니다. . 놀랍게도 이노시톨 헥사키스포스페이트(InsP6) 분자는 Uba6의 이전에 확인되지 않은 알로스테릭 부위에 결합합니다. 우리의 구조적, 생화학적, 생물물리학적 데이터는 InsP6가 Uba6의 개방형 및 폐쇄형 형태의 상호 전환을 변경하여 Uba6 활성을 알로스테릭하게 억제하는 동시에 안정성을 향상시키는 것으로 나타났습니다. Uba6에 의한 촉매 작용의 분자 메커니즘과 그 활동의 알로스테릭 조절을 밝히는 것 외에도 우리의 구조는 Uba6 특이적 억제제를 개발하기 위한 프레임워크를 제공하고 자연적으로 발생하는 세포 대사산물에 의한 다른 E1의 알로스테릭 조절 가능성을 높입니다.

유비퀴틴(Ub) 및 Ub 유사 단백질(Ubls)에 의한 단백질의 번역 후 변형(PTM)은 세포 주기 제어, DNA 복구, 신호 전달 및 면역을 포함한 기본적인 세포 과정의 조절을 뒷받침합니다1. Ub/Ubl 접합에는 E1, E2 및 가장 흔히 E3로 구성된 효소의 병렬 캐스케이드의 순차적 상호 작용 및 활동이 필요하며, 이는 Ub/Ubl을 표적 단백질에 함께 활성화하고 셔틀하고 연결합니다2. 두 개의 인간 Ub E1인 Uba1과 Uba6은 ATP 가수분해(아데닐화)와 고에너지 E1-Ub 티오에스테르 결합(티올화)을 결합하여 Ub-접합 연쇄반응의 문지기 역할을 합니다. 그런 다음 활성화된 Ub를 동족 E2 효소의 고유한 레퍼토리로 전달합니다(티오에스테르 교환반응)3,4,5,6,7,8,9. Uba1은 Ub 활성화에 특이적이지만 Uba6은 Ub 및 FAT10에 대해 이중 특이성을 나타냅니다. 5,8 후자는 유사분열 진행10, 면역11,12,13,14에 관여하고 암15,16,17,18,19에 관여하는 Ubl입니다15,16,17,18,19 ,20,21.

Uba6은 현재까지 구조적 특성을 파악하지 못했지만, 풍부한 연구에 따르면 Uba1은 Ub 아데닐화22,23, E1~Ub 티오에스테르 결합 형성24,25,26 촉매 작용 동안 각 도메인이 뚜렷한 기능적 역할을 하는 대규모 다중 도메인 효소라는 것이 밝혀졌습니다. 및 E1-E2-Ub 트랜스티오에스테르화27,28,29,30. 활성 및 비활성 아데닐화 도메인(각각 AAD 및 IAD)은 Ub의 초기 모집을 담당하며 Ub 활성화의 첫 번째 단계에서 Ub의 C 말단의 아데닐화를 위한 촉매 기구를 보유합니다. E1 Cys 도메인은 첫 번째 및 두 번째 촉매 시스테인 절반 도메인(각각 FCCH 및 SCCH)이라고 불리는 두 개의 구형 절반 도메인으로 배열됩니다. FCCH 도메인은 Ub 활성화의 두 번째 단계 동안 Ub 티오에스테르 결합 형성에 관여하는 촉매 시스테인 잔기를 보유하는 SCCH 도메인과 Ub 인식에서 역할을 합니다. 최근 연구에 따르면 E1은 아데닐화 및 티오에스테르 결합 형성에 필요한 큰 형태 변화를 겪는 것으로 나타났습니다. Uba125 및 Ubl SUMO에 대한 E1에 대한 연구에 따르면 아데닐화는 "개방형" 형태의 E1에서 발생하며 티오에스테르 결합 형성에는 SCCH 도메인의 ~130° 회전(또는 "폐쇄")이 포함된다는 사실이 밝혀졌습니다. 촉매 시스테인을 활성 부위로 전달합니다. 마지막으로, 유비퀴틴 접힘 도메인(UFD)은 E2의 분자 인식과 E1에서 E2 촉매 시스테인으로의 Ub 전달에 관여합니다. Uba6은 서열 분석을 기반으로 Uba1과 유사한 도메인 조직을 보유할 것으로 예측됩니다. 그러나 구조적 데이터가 없는 경우 Uba6이 Ub 및 FAT10을 활성화하는 분자 메커니즘은 알려져 있지 않습니다. 더욱이, 증식하는 포유동물 세포에서 거의 모든 Uba1이 활성화된 Uba1~Ub 상태에 있는 반면, Uba6은 유사한 조건에서 단지 50%만 활성화됩니다6,33. 이 차이에 대한 분자적 기반은 아직 결정되지 않았습니다.