Degradation

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Giunzioni neuromuscolari, Nervi, Spinale, Atassia, Anticorpi e Biopsia, Informazioni per i pazienti

File tradotto parzialmente. RICHIESTA DI TRADUZIONE a Natale Marzari

Dopo 41 anni e 5 mesi, nel maggio 2006 la magistratura di Trento ha riconosciuto l'esistenza e la gravità di quella malattia rara che nessuna altra istituzione o persona singola della provincia di Trento ancora mi riconosce, e per negare la quale mi perseguita.
Natale Marzari

DEGRADATIONE delle PROTEINE^{^1,2}

General principles
Protease classes

Chaperones
Cysteine
Lisosomali
Metalloproteinases
Mitocondriali
Muscle
Serine
Ubiquitina-Proteasome

Anche vedi
Apoptosis
Caspases
Collegamento esterno: Prolysis

GENERAL PRINCIPLES

Peptide bond: Planar amide bond fra α-carboxyl gruppo e α-amino gruppo of 2 adiacente amino acidi
Proteolysis
- Definizione: Biochemical degratation della proteina through idrolisi of peptide bonds
- Obiettivi: AbNormalmente folded proteine; Corta-lived proteine; Altre cellule contents
  - Proteina ripiegature
    - Propensity è intrinsic property of peptide
    - molecolare chaperones: Minimize anomali ripiegature e aggregazione of proteine
    - mutante proteine
      - Comunemente abNormalmente folded
      - e#177; Increased tendenza to aggregate
- Intracellulare proteolytic systems
  - Lisosomali
    - Steps
      - Apporto (Autophagy) nella lisosomi: Secretory vescicole; Citoplasma; Organelles
      - Enzymatic degradazione
  - Non-lysosomal
    - Steps
      - Tagging della proteina to be degradata (per es. by ubiquitination)
      - Ritrovamento by proteolytic systems
        
        Esposizione of peptide sequenze, o
        Distinction of unfolded proteina segmento
    - Esempio: Proteasome
- End products
  - Partial idrolisi e#174; Oligopeptides
  - Complete idrolisi e#174; Free amino acidi
- Funzioni
  - Eliminazione of damaged o unneeded proteine
  - Attivazione della proteina precursors: Partial proteolysis
  - Regulation of levels of Intracellulare proteine: Complete proteolysis
    - Proteolysis of specifico proteina
    - Proteolysis of proteine that regulate funzioni e levels of altre proteine
Classes of proteases (peptidases)
- Serine
- Cysteine: Includes la maggior parte delle lysosomal proteases
- Threonine: Proteasome multicatalytic endopeptidase
- Metalloproteinases
- Aspartic: Pepsin
- Acid: Renin; HIV protease
- Ubiquitina-Proteasome
- Mitocondriali

Diseases e Meccanismi

PROTEOLYSIS: MALATTIE e REGULATORY MECHANISMS
Malattia o regolatore mechanism	Esempio
e#234; Proteolytic attivazione of enzima	Fattore IX Chapel Hill
e#234; Proteolytic inattivazione of enzima	Fattore V Leiden
e#233; Proteina espressione 2° stabilized mRNA	Hyperprothrombinemia
e#234; Enzima attività; legame disolfuro Δ	Fattore VII
e#234; Enzima attività; Perdita of altamente conservate arginina	arti Girdle MD 2A
e#234; Enzima attività; Structural alterazioni vicino catalitico cysteine	Pycnodysostosis
alterato proteina ripiegature	Fibrosi cistica
Chaperone malattie	Desmin miopatia
Gene promotore inactivation	Miocloni-Epilessia
Docking site alterazioni on cysteine protease inibitore	Miocloni-Epilessia
Delezione of Legante site per ubiquitination enzimi	Liddle sindrome
Degranulation dal immune cellule	MMP-9: IL8 effetto on neutrophils
Glicosilazione	N-collegati sugars e#234; serine protease attività
Response to infiammazione	e#233; matrilysin e gelatinase B in GBS nervi

SERINE PROTEASES

General classes e malattie
- Pancreatic enzimi
  - Trypsin
    - Cleavage site è positively charged Lys e Arg side catene
    - Malattia (Trypsinogen-1 ): Hereditary pancreatitis
  - Chymotrypsin: Cleavage site è grossi idrofobici side catene (Phe, Tyr, Trp)
  - Elastase : Cleavage site è small idrofobici side catene such come Ala
  - Enterokinase B
    - Activates trypsinogen e chymotrypsinogen
    - Malattia: Pancreatic Insufficienza
- Clotting factors
  - Diseases e#174; Hemorrhagic malattie
    - Prothrombin
    - Fattore V : Serine protease cofactor
    - Fattore VII
    - Fattore VIII : Serine protease cofactor
    - Fattore IX
    - Fattore X
    - Fattore XI : Hemophilia B
  - Diseases e#174; Thrombophilia
    - Antithrombin
    - Proteina C
    - Proteina S : Cofactor per Proteina C
    - Plasminogen
    - Tissue plasminogen activator
    - Hyperprothrombinemia
    - APC resistenza : Fattore V Leiden
- Complement factors
  - C1q α catena : Autoimmune cute e renal malattie
  - C1q β catena
  - C1q γ catena
  - C1r : Autoimmune artralgie, rhinobronchitis, discoid lupus,nephritis
  - C1s
  - C2 : Autoimmune lupus, polimiositi, Henoch-Schonlein purpura
  - C3
  - C4
  - Properdin
  - Fattore D
- Virali proteases
Meccanismi di azione
- Usi serine hydroxyl to catalyze peptide bond idrolisi
- Regulated by altamente specifico serine protease inibitori (serpins)
Serine protease inibitori
- Naturally Avvienering
- altamente specifico
- Malattia-correlate proteine
  - α-1-antitrypsin
    - Inibisce trypsin e numerosi altre serine proteases
    - Malattia: Cirrhosis con emphysema
    - Mutazioni non sempre associati con malattie; May constitute risk factors
  - C1 esterasi inibitore
    - Initiating componente of complement cascade
    - Malattia: Angioneurotic edema; Episodica gonfi of Respiratoria e GI tracts
  - Plasminogen activator inibitore-1
    - Malattia: Deficiency e#174; e#233; Dissolution of blood clots (fibrinolisi) e#174; Eccessiva sanguinamento

CYSTEINE PROTEASES

Use cysteine thiol to catalyze peptide bond idrolisi
Regulation by natural inibitori
La maggior parte lysosomal proteases
Classes
- Cathepsins
  - Localizzazione: Spesso lysosomal
  - Azioni
    - 1°: Digest proteine engulfed nella Intracellulare lisosomi
    - Cancro metastasis: Digest membrana basale e#174; Blood borne tumor cellule can invade tessuti
  - Diseases: Cathepsin C : Papillon-Lefevre ; Haim-Munk
- Calpains: Ca⁺⁺ attivata neutral proteases; Non-lysosomal
- Caspases
  - Cleavage specificità: Internal aspartate residues
  - Proteolysis mediates segnali pathway downstream of Fas recettore
  - Trigger apoptosis
Diseases
- Cysteine proteases
  - Calpain-3, Large subunit: arti girdle muscolare dystrophy 2A (LGMD 2A)
  - Cathepsin K: Pycnodysostosis
  - Calpain 10
    - Polimorfismi in intron 3 predispose to NIDDM
- Cysteine protease inibitori
  - Cystatin B: Miocloni Epilessia

LYSOSOMAL PROTEASES

Enzimi: Acid proteases (peptidases)
- Cathepsin B , D , H , L S : Papain family of cysteine thiol proteases
- Cathepsin C (Dipeptidyl aminopeptidase I)
  - Removes dipeptides dal amino terminus of proteine
  - Activates granule serine proteases in midollo osseo-derived effector cellule
  - Activates T-lymphocyte granzymes A e B : Agents of T cellule-mediata cellule killing
- Altre hydrolases con meno attività
- Inibitore of lysosomal enzimi: Cystatin C
Lisosomali formazione: dal phagocytosis, endocitosi, autofagia
Localizzazione of lysosomal enzimi: Endosomes e Lisosomi
- Lisosomali enzima ricevuto by Golgi complesso dal rough reticolo endoplasmatico in cis regioni
- Golgi complesso sorts the lysosomal enzima nel trans regioni: Phosphate attaccato al a mannosio residue
- mannosio-6 fosfaper formares a sorting segnali: Moves through cisternae to trans regioni e binds to a specifico recettore
- Budding forms
- "Cage" o "coat" made of clathrin forms attorno the bud (to strengthen it)
- Vacuole moves to lisosomi
- AP3 complesso
  - Adaptin β-3A è 1 di 4 subunità
  - Facilita trafficking di vescicole dal trans-Golgi network o endosomal compartimenti to lisosomi
  - Acts via tirosina e dileucine signals on proteine of lisosomi e altre Intracellulare organelli
- Acidic environment in lisosomi: Removes fosfato e dissociates hydrolase dalla recettore
- Recettore è then recycled back to the Golgi complesso
Funzioni
- Degradation
  - Substrates: Proteine extracellulari; Bacteria; Intracellulare organelli
  - 10% a 20% of proteine in mammalian cellule
- Peptide generazione per immune cellule presentazione
- Regulation delle cellule membrane proteine
Lisosomali Diseases
- Pepstatin-insensitive lysosomal peptidase: Neuronali Lipofuscinosis - Tarda infantile
- Cathepsin C : Papillon-Lefevre sindrome {Keratosis palmoplantaris con periodontopathia}
- CHS1: Chediak-Higashi
- Hermansky-Pudlak sindromi
  - HPS1 gene
  - HPS2: Adaptin β-3A ; Anche Pearl mouse
- Lisosomali proteine di membrana difetti
  - Glicogeno accumulo, Tipo 2b: Lamp-2
  - Cystinosis, Nephropathic : Cystinosin
  - Sialic acid accumulo malattie: Sialina (SLC17A5)
    - Infantile acido sialico accumulo malattie
    - Malattia di Salla
- HMSN 2B
- Storage malattie
  - Glicogeno: Acido maltasi; Lamp-2
  - Toxic: Amiodarone; Chloroquine; Perhexiline
  - Inclusioni: Cockayne
  - Invecchiamento: Lipofuscin accumulazioni
  - Altre: XMEA

METALLOPROTEINASE

Proprietà
- Neutral
- Contiene Zinc
Matrice metalloproteinases (MMP; Matrixins; Famiglia 10B)⁶
- General: Zinc dipendenti endopeptidases
- Proprietà
  - Secreted: Except per membrane-tipi
    - Extracellulare attività
    - Propeptide contiene segnali domain
    - MMPs 1-13 e 18-20
  - Collagenase structure: 5 proteina domini
  - Structural regioni of MMPs
    - Prodomain: Contiene PRCGVPD motivo; Maintains latenza in zymogens
    - Active site zinc-Legante domain
      - Includes HEXGHXXGXXH sequenze motivo
      - Histidines: Zinc Legante
      - Glu (E): Acts come a catalitico base
    - Catalytic domain
  - Altre structural domini
    - Proline ricchi di hinge regioni
    - Hemopexin omologia at carboxyterminus
      - Presente in tutti ma MMP7
      - Promuove interazione con substrate
    - Fibronettina Legante domain: MMP2 e MMP9
    - Transmembranali domain: MMPs 14-17
  - Role in tissue Rimodellazione e repair durante sviluppoment e infiammazione
    - Degrade extracellulare matrice proteine
    - Attivate MMP enzimi can mount a nucleophilic/peptidolytic attacchi at neutral pH in extracellulare spazio
    - MMP-13 (collagenase-3) e MMP-15 (MT2-MMP) espresso selettivamente in rheumatoid arthritis synovial fluid
- Regulation of matrice metalloproteinase attività
  - Regulation at numerosi levels
    - Gene trascrizione: Primario regolazione
    - Pro-enzima attivazione
    - Attività of tissue inibitori of metalloproteinases (TIMPs)
      - TIMP mechanism: Block MMP attività by Legante to Zinc Legante site
      - 4 TIMP family membri
        
        TIMP-1 : Espressione regolata at trascrizione by cytokines e growth factors; Soluble
        
        TIMP-2 : Constitutively espresso; Soluble; Frequente allelica deletion in cancro della mammella
        
        TIMP-3
        
        Regulated in cellule cycle dipendenti manner; Sequestered in pericellular matrice
        
        Malattia: Sorsby fundus dystrophy
        
        TIMP-4 : Espressione highest nel cuore; Soluble; May inibisce tumor invasion
      - TIMPs Prodotta by Keratinocytes, fibroblasti, osteoblasts e endoteliali cellule
    - Rilascia dal accumulo
      - MMP-8 e MMP-9: Secretory granules of neutrophils e eosinophils
      - MMP-7: Secretory epithelial cellule cutanee, GI e respiratorie systems
  - Enzima attivazione
    - Secreted nellatent precursor (zymogen) forma
    - Proteolytic cleavage of amino-terminal domain exposes attiva catalitico site
    - ? By rimozione of cysteine switch at position 73
  - Typically assenti dal normale adulti tessuti
- Classes
  - Collagenase
    - Tipi: Interstitial (MMP-1) ; 2 (MMP-8; Neutrophil) ; 3 (MMP-13)
    - In azione: Initiate degradazione of native collagens I, II, III, VII
    - Cleavage products: Denatured at temperatura corporea to gelatin; Further degradata by MMP2 e MMP9
    - MMP13
      - Broadest substrate specificità
      - Espressa in regioni con rapida extracellulare matrice remodelling
      - Pathological associazioni
        
        Cronica infiammazione (Osteoarthritis; Rheumatoid synovium; Ulcere)
        
        Malignant tumor invasion
  - Gelatinases
    - Degrade: Denatured collagens; Membrana basale collagen IV
    - A (MMP-9) : Indotta con
      - Tissue remodelling: sviluppoment; Guarigione delle ferite; Tumore invasion
      - Response to cytokines, growth factors e mitogens
      - sovraregolata in: CIDP (T-cellule); Non-sistemiche vasculitic neuropatia (T-cellule)
    - B (MMP-2)
      - Broadly espresso
      - sovraregolata in: Polymyositis; CIDP (T-cellule); Non-sistemiche vasculitic neuropatia (T-cellule)
      - Malattia: Idiopathic multicentric osteolysis
      - Probabile effector of endometrial menstrual breakdown
      - MMP-2 e Integrin αV/β3: Functionally associati sulla superficie of angiogenic vasi sanguigni
  - Stromelysins
    - 1 (MMP-3) e 2 (MMP-10)
      - Espressa by epithelial cellule e carcinomas
      - Degrade broad Gamma of extracellulare matrice substrates
    - 3 (MMP-11)
      - Espressa by fibroblasti
      - Cleaves serine protease inibitori
  - Stromelysin-simili MMPs
    - Macrofagi Metallo-elastase (MMP-12) :
      - Espressa in macrofagi e Stromal cellule
      - Primarily degrades elastin
    - Matrilysin (MMP-7) : Broad substrate specificità
  - Membrane-tipo MMPs (MT-MMP)
    - Tipi
      - 1 (MMP-14)
        
        Provides attivazione mechanism per proMMP-2 e proMMP-13
        
        Degrado Collagene I, Fibronettina, Laminin, Fibrin, Gelatin e Cartilage proteoglycan core proteina
        
        Funzione: Modeling of skeletal e extraskeletal connective tessuti
      - 2 (MMP-15)
        
        Provides attivazione mechanism per proMMP-13
        
        Degrado Fibronettina, Laminin, e Tenascina
        
        La più alta levels in fegato, placenta, testicoli, colon, e intestine
      - 3 (MMP-16)
        
        ? Membrane bound
        Degrado Collagene III, Fibronettina, Gelatin
        
        Espressa in placenta, heart, e alcuni carcinoma cellule lines
      - 4 (MMP-17)
        
        Espressa in encefalo, leukocytes, colon, ovary, testicoli e cancro della mammella
    - Contiene terminale C inserzione con a transmembranali domain: Integrated dentro la cellula membrane
    - Furin (Golgi-associati MMP activator) recognition domain: Between propeptide e catalitico domain
  - Altre MMPs
    - MMP-19
    - MMP-20 (Enamelysin)
    - MMP-23A
    - MMP-23B
- Collegamento esterno: R&D
Thimet oligopeptidase (M3 family)
- Mitocondriali intermediate peptidase : Richiesta per maturazione di ferro-contenente proteine
- Thimet oligopeptidase 1 : Citoplasmica; Degrado small peptides

Malattia-relations

Angiotensin-converting enzima (CD143)
- Polymorphism: inserzione (I) o Delezione (D) of 287 base pair DNA fragment in intron 16
  - inserzione è Alu ripetitivo sequenze
  - DD genotype associati con
    - Cardiovascolare complicazioni: Infarto miocardico, Strokes, Diabetic nephropathy
  - II genotype associazioni
    - Migliore endurance performance; Frequente in alto altitude mountaineers
Clostridial neurotoxins: Botulino tossine; Tetano
Paraplegin: Hereditary spastic paraparesis 7 (recessive)
Friedreich's atassia: Mitocondriali intermediate peptidase interagisce con frataxin
POEMS sindrome: Increased serico MMP1, 2, 3, 9 e TIMP
Alzheimer's: Thimet oligopeptidase 1 possibilmente coinvolti in amyloidogenic processing of APP
McLeod sindrome: Kell proteina
Tumore cellule invasion: MMP-14; MMP-11 (Epithelial)
Emphysema: MMP-12 lisi of elastin attivata by cigarette smoke
Miopatie infiammatorie: Sovra-espressione by alcuni cellule

Demyelinating malattie

Extracellulare proteolysis in demielinizzanti malattie: Meccanismi
Proteolysis of myelin proteine	Myelin degradazione
Generation of remnant antigens	e#234; Tolerance
Proteolysis of membrana basale	Blood-encefalo barrier Danneggiamento
Proteolysis of extracellulare matrice	e#233; Cell migration
e#233; Cytokine attivazione dal precursors	e#233; Inflammation
Proteolytic attivazione of zymogens	e#233; Proteolysis
Proteolysis of superficie cellulare molecules	Cell morte

MMP-2: Idiopathic multicentric osteolysis
Weill-Marchesani Sindrome, autosomiche Recessive : ADAMTS10

UBIQUITIN-PROTEASOME PROTEIN DEGRADATION ^3-5,⁷

Classes of proteases
Degradation pathway
Diagrammi
Diseases
Correlati cellular processes

Ubiquitination

26S Proteasome

Degradation Pathway

End products
Large 26S proteosomi
Generale process
Ubiquitina
Ubiquitina Legante process

Cofactor: Ubiquitina
- Una della la maggior parte delle conservate proteine conosciute
- Ubiquitina Legante to proteine to be degradata
  - Covalent
  - Isopeptide bonds dalla terminale C glycine residue to e-amino gruppi of lysyl side catene
- La maggior parte abbondanti ubiquitina-proteina conjugate
  - Ubiquitina-Histone2A
  - Non degradata
  - Presente primarily in actively trascritte cromosomiche regioni
- Ubiquitina: omologhe proteine
  - BAG-1 : Lega to BCL-2; Inibisce apoptosis
  - Ubiquitina cross-reattive proteina (UCRP)
Generale process
- Multienzymatic
- Richiede
  - ATP at multiple steps
  - Neutral o leggermente basic pH
- Proteina targeted per proteosomi degradazione: By Legante to polyubiquitin catena
  - Degradation solitamente by proteosomi
  - Covalently bound ubiquitina occasionalmente obiettivi proteine per lysosomal degradazione
  - Alcune proteine Può non require ubiquitination per proteosomi degradazione
    - Corta-lived enzima ornithine Decarbossilasi
    - Molte denatured polypeptides (per es. casein)
- Proteasome localization: Nucleo e Citoplasma
- Proteins cleaved
  - At selected amino acid siti: Arg, Phe, Tyr, Leu, Glu, Asp adiacente to leaving gruppo
  - By different β subunità con specifico activities, Actinag insieme
    - Chymotrypsin-simili: Dopo grossi idrofobici residues; Rate-limiting site
    - Trypsin-simili: Dopo basic residues
    - Caspase-simili (Peptidylglutamyl-peptide): Dopo acidic residues; Aspartyl > Glutamate
    - ?? Dopo branched-catena o small neutral amino acidi
  - End products: Oligopeptides (4 a 24 residues) small abbastanza to diffuse fuori dai proteosomi
- Substrates: La maggior parte di breve durata regolatore proteine e misfolded proteine degradata by this sistema
- Inhibitors: Clastolactacystin β-lactone; Peptide-vinyl sulfones
- Role: Proteasome è primaria site per degrading proteine (80% a 90%) in mammalian cellule
Ubiquitina Legante process
- E1 : Activates carboxyl fine of ubiquitina by conversione to thiol ester
- E2 : portatrice proteine (family)
- E3 (Ubiquitina-proteina ligase) :
  - Couples ubiquitina to proteina substrate
  - Ubiquitina Legante site: carbossile gruppo
  - Proteina substrate Legante site: e-amino gruppi of lysines
- Proteina specificità
  - Via E2 portatori e E3 ligase enzimi
  - Multiple E2 portatori: Each dedicated to uno o pochi E3s
  - Multiple E3 enzimi: Each dedicated to uno o pochi substrates
  - specificità of E3-substrate interazione
    - Depends on cis-Actinag ubiquitination segnali in substrate
    - per es. 9-residue "distruzione box" of mitotic cyclins
- Repeat conjugation reazioni:
  - Collegamento 5 o più ubiquitins to each altre e then to proteina substrate

Large 26S proteosomi

Subunit composition

: 20S Core; 19S Regulatory; 11S Regulator

Una 20S (700kDa) core

Cylindrical stack di 4 7-membered rings
superiori e lower (outer) rings sono each composed of 7 α subunità
- α subunità Può constitute a physical barrier
  - Limits access of citosolico proteine nella interna proteolytic chamber
  - Forma stretta pore (? variably aprire): solo allows unfolded proteine nella 20S core
- α subunità Può have regolatore funzioni
  - α subunità richiede come scaffold in auto-assembly of β-rings
  - α subunità sono siti per Legante of PA28 (11S) o PA700 (19S) regolatore complessi
  - Alcune α subunità contengono nuclear localization segnali
Two middle rings sono each composed of 7 β subunità
- Mediate proteolysis
- ~6 of 14 β subunità contengono functionally attiva nucleophilic threonine residues

Subunit array e activities

20S Proteasome subunit array
α	zeta	30	C8	27	C3	C9	XAPC7
β	MB1	C5	HSB	δ	Z	C10	C7
β	C7	C10	Z	δ	HSB	C5	MB1
α	XAPC7	C9	C3	27	C8	30	zeta

MB1: May confer trypsin e chymotrypsin-simili attività
Inhibited by lactacystin
Z: May cleave behind grossi amino acid residues
δ: Peptidylglutamyl-peptide hydrolase (caspasi-simili) attività
Altre associati β subunità: LMP7; LMP2; MECL1
γ-interferon inducible

Associata con regolatore proteosomi activator proteine: 19S; 11S (PA28)
Alternative 20S proteosomi activator

Two 19S (700kDa) regolatore complessi (PA700)
- Constituents
  - Six AAA ATPasi superfamily proteine: Collegamento esterno
  - Una deubiquitinating enzima
  - Polyubiquitin recognition proteine (S5a o altre)
- Associata con 20S complesso in ATP-dipendenti process
- Richiesta per degradazione of ubiquitinated proteine
Associata con 11S regulator (PA28) complesso
- Conical structure: Can quindi forma cap at either fine of 20S particle
- Does non employ ubiquitina
- Involved nel presentazione of endogenous antigens by MHC class I molecules
- Espressa constitutively in antigen-presentazione cellule
- Espressione è upregulated by interferon γ
- PA28 γ-subunità
  - Espressione suppressed by IFN γ
  - Can assemble nella complesso that stimulates primarily trypsin-simili attività of proteasomes

General azioni
- Degrado peptides dopo ubiquitina Legante
- Anche degrades alcuni proteine senza ubiquitina: Ornithine Decarbossilasi
Steps in degradazione
- Encounter 19S complesso
  - Recognize substrate's ubiquitina tag
  - ? deubiquitination
  - Substrato proteina è unfolded
    - Catalyzed by ATP requiring enzimi
  - Translocation della proteina to 20S core
- 20S core proteosomi
  - Proteina progressivamente cut nella 6 to 12 amino acid peptides
  - Catalyzed by hydroxyl of threonine at terminale N of interna-ring subunità
  - Active siti in proteosomi con differisce funzioni: Peptide cleavage dopo
    - Large idrofobici amino acidi
    - Basic amino acidi
    - Acidic amino acidi
- 11S regulator
  - Stimulates peptidase activities of 20S proteosomi
  - Inibisce degradazione of ubiquitinated substrates
- Ubiquitina-independent proteosomi targeting
  - Antizyme binds to substrate proteina (per es. ODC)
  - carbossile terminus of substrate modificati

Endproducts of process
- Peptide products of degradazione
  - Hydrolyzed to amino acidi by citosolico exopeptidases
  - Usato in antigen presentazione cellule
- Ubiquitina
  - Chain disassembled
  - Ubiquitina reutilized
Collegamento esterno: Nottingham

Ubiquitination regolata cellular processes

Normale processes
- Signal transduction: Gα
- Regulatory kinases e fosfatasi: IκB kinase complesso; c-Mos; c-jun; p53
- Cell-cycle progressione: Cyclin dipendenti kinases - Mitotic, G1 e S-phase
- Recettore-mediata endocitosi
  - Transmembranali recettori e trasportatori: Ste2p ± Ste6; Non-proteosomi
  - Membrane recettori coupled to tirosina kinases
  - T-cellule recettore
  - Fibrosi cistica transmembranali conduttanza regulator
- Histones: Stable ubiquitination senza degradazione
- trascriveion: c-fos; c-jun
- Organelle biogenesis e spermatogenesis
- Proteina degradazione
- Cell morte e Apoptosis: Neuroni; Thymocytes
  - Prossimale to attivazione of interleukin-1β converting enzima (ICE) family of proteases
- Generation of peptides per presentazione by MHC class I superficie cellulare molecules
Ubiquitina-mediata proteolysis: Malattia processes
- Ubiquitinated proteina accumulazioni
  - Dementias: Alzheimer's e Pick's
  - Miosite con inclusione di corpi e Miopatie
  - poliglucosani corpo miopatia
  - SLA con SOD1 mutazione
- Oncologic processes
  - Abnomal substrates: Resistance to ubiquitination
  - Correlazione con malignant transformation e perdita of function
  - Cervical cancer
    - Esseri umani papilloma virus espressione of E6 proteina: Ubiquitina proteina ligase
    - Increased degradazione di tumore suppressor proteina p53
  - Altre neoplasms
    - BRCA1 : Mammella
    - VHL : Feocromocitoma; Hemangioblastoma; Paraganglioma
- Hereditary Malattias⁹
  - Ubiquitina proteina ligase (E3)
    - Angelman sindrome: UBE3A
    - LGMD 2H : TRIM32
  - Sodio channel (SCNN1B): Liddle sindrome
    - Mutation removes Legante site per un E3 ubiquitinating enzima (Nedd4 )
  - Parkin
    - Proteina function: Ubiquitina proteina ligase
    - Malattia: Parkinsonism, Giovanile, autosomiche recessive
  - Ubiquitina carboxyl-terminal esterasi L1 (UCHL1; PGP9.5)
    - Proteina function: Deubiquitinating enzima
    - Malattie
      - Parkinson's malattie
      - Gracile axonal dystrophy (gad) mouse
        
        Recessive
        Atassia: Sensory then motor
        Pathology: 'Dying-back' terminal axonal degenerazione; sferoidi corpi in nervo terminali
  - pVHL
    - Proteina function: Ubiquitina proteina ligase
    - Malattia: von Hippel Lindau sindrome
  - Ubiquitina-proteosomi pathway substrates
    - Presenilin-1 : Alzheimer's, Early insorgenza
    - Tau : Fronto-temporale demenza
    - α-synuclein : Parkinson's, autosomiche dominanti
    - Huntingtin : Huntington's malattie
    - PrP : Prion malattie
    - CFTR : Fibrosi cistica
    - p53 : Cancro
  - Ubiquitina-proteosomi pathway cofactor
    - Ubiquitina : Alzheimer's, late insorgenza

MITOCHONDRIAL PROTEASES

Paraplegin
- Hereditary spastic paraparesis 7 (recessive)
- Metalloproteinase
Elastase 2
- Granulociti e erythroblasts
- Serine protease

PROTEIN FOLDING e CHAPERONES⁸

Proteina ripiegature propensity è intrinsic property of peptide
- Proteins in "non-functionally" (Unfolded/Partially) folded configurations più probabile to be degradata
- mutante proteine: Exposed per più lunga time in "non-functionally" folded configurations
  - anormale ripiegature
  - Increased probabilità of spontanea unfolding
- Malattie
  - Endoplasmic reticulum: Fibrosi cistica (δ508) ; α-1-antitrypsin carenza (E342K)
  - mitocondrio: MCAD carenza (K304E) ; Carenza di SCAD (R22W)
  - Cytosol: Phenyketonuria (A104D)
molecolare chaperones
- Funzione
  - Minimize anomali ripiegature e aggregazione of proteine
  - Alte chaperone levels enhance rescue of floding difetti
- Mechanism: Recognize amino acid domini con idrofobici side catene
  - Normalmente sequestered interno normalmente folded proteina
- Tipi of chaperones
  - Folding helper
    - Mechanism: Cycle fra alto e basso affinità forms by conformational alterazioni
    - Cycling mediata by ATP e altre meccanismi
    - Familie: Hsp70; Hsp90; Chaperonins; Lectin chaperones; Clp/Hsp100; AAA
    - Diseases
      - Hereditary spastic paraplegia (SPG7): Paraplegin
      - Perossisomi biogenesis malattie
  - Holding
    - Mechanism: idrofobico surfaces mediate reversible Legante of unfolded peptides
    - Role
      - Protect partilly folded/misfolded proteine dal aggregazione e degradazione
      - Protezione necessaria fino alla ripiegature helper chaperones diventare disponibile
    - Famiglia: Small Hsp (sHsp)
    - Diseases
      - Catarrata: α-crystallin
      - Desmin-correlate miopatia: ab-crystallin
Altre proteina ripiegature malattie
- AbNormalmente folded proteina non secreta in abbastanza quantity per proper function: Fibrosi cistica
- AbNormalmente folded proteina diviene insoluble e depositi in tessuti: Amiloide
- Charlevoix-Saguenay - Spastic Atassia: Sacsin proteina

Autophagy

Tipi

Microautophagy
- In azione: Direct engulfment of citoplasma
- Localizzazione: Surface of lisosomi
- Mechanism: Protrusion, invagination, o altre deformations of lysosomal membrane
Macroautophagy (Autophagy)
Chaperone-mediata autofagia
- Formazione di una proteina complesso: Between citosolico "substrate" e "chaperone"
- Complessi then interagisce con a lysosomal membrane recettore per translocation nella the lisosomi
- Internalization
  - Carried out entro the lysosomal lumen
  - By un aggiunta chaperone proteina
  - Richiede consensus sequenze on proteina
- Stimulated by: Ossidativi stress, Inedia (Ketones) e Invecchiamento

Macroautophagy (Autophagy)

In azione: Bulk lysosomal degradazione
Obiettivi
- Larger Citoplasmica proteine
- Organelles: mitocondrio; Fractured reticolo endoplasmatico; Perossisomi
Meccanismi: Formazione of doppia-membrane vescicole of nsolososomal origin (Autophagosome)
- Numerose phases: Tutti ATP dipendenti
  - Initiation
  - Execution
  - Maturation
- Initiation
  - Generation of crescent-a forma di isolation membrane o phagophore
  - Phagophore sequesters citoplasma e organelli
- Expansion e eventual closing of phagophore: Fornisce rise to autophagosome
- Stimulated by: Inedia (Basso amino acidi)
Risultato finale: Vesicles (Autophagosomes) fuse con lisosomi
- Richiede microtubular sistema
Maggiore catabolic pathway per
- Energy generazione
- Breakdown of macromolecules e damaged organelli nella their essenziali constituents
- La maggior parte prominent durante periodi of stress o nutriente deprivation

Malattie

Vacuoli autofagici con caratteristiche sarcolemmali
Vacuoli autofagici: Altre

MUSCLE PROTEIN DEGRADATION

INCREASED PROTEIN BREAKDOWN

Stimoli
- Digiuno (Early)
- Acidosi: Diabetes mellito (Uncontrolled)
- Metabolic: Uremia; Sepsi; Ustioni; Ipertiroidea
- Inactivity: Denervation; Disuse
- Glicocorticoidi: Inhibited by insulina
- Paraneoplastic
  - ? Tumore effetto via tumor factors such come PIF
  - Increased produzione of proteasomal subunità
Correlati molecules
- Cytokines
  - Interferon-γ (IFN-γ)
    - Induces: Proteasome activator (PA28); 20S core proteosomi subunità
    - Proteina cleavage
      - Increased: Dopo idrofobici e basic amino acidi
      - Ridotta: Dopo acidic e small amino acidi
      - Generates peptides that legano to MHC I molecules
  - Tumore necrosis fattore-α (TNF-α)
    - Inibisce skeletal myogenesis: ? via riduzione in MyoD
    - Induces muscolare fibre atrophy
  - Mediator: TNF-α e IFN-γ activate trascrizione fattore Nuclear Fattore-κB (NF-κB)
- trascriveion factors
  - NF-κB
  - ForkCapo Box, class O (FOXO): trascriveion factors; Reduces proteina degradazione
    - FOXO-3A : Upregulates atrogin-1; Produce ridotta muscolare fibre dimensione
    - FOXO-1A : Sovraespressione producente muscolare atrophy
- Ubiquitina Legante proteina: ZNF216
  - Lega polyubiquitin catene
  - Associata con 26S proteosomi
  - Colocalized con aggresome
  - Increased con denervazione e digiuno-indotte muscolare atrophy
  - sovraregolata by espressione of FOXO
  - ZNF216 carenza
    - Resistance to denervazione-indotte atrophy
    - Ubiquitinylated proteine marcatamente accumulate con denervazione
- Inhibitors
  - Eicosapentaenoic acid
Pathway: Ubiquitina-proteosomi
- Ubiquitina pathway proteina upregulation
  - Alcune E2 portatore proteine; Ubiquitina; 20S core proteosomi
- Increased ubiquitination delle cellule proteine
- Richiede ATP
Resulting amino acidi
- Used per hepatic gluconeogenesis
- Energy generazione in muscolare: leucina; Isoleucine; Valine
- 3-methylhistidine dal miofibrillare proteine (Actina e miosina) lost in urine
  - Used come misurare dei muscoli catabolism (when diet è meat libero)

DECREASED PROTEIN BREAKDOWN

Stimoli
- Digiuno: Prolungata
- Basso proteina diet
- Endocrine: Hypothyroid; Hypopituitary
- Clenbuterol

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References
1. NEJM 1996;335:1897-1905
2. Esseri umani Mutation 1999;13:87-98
3. Immunol Today 1997;18:189-198
4. FASEB J 1997;11;1067-1075
5. Cell Mol Life Sci 1998;54:253-262
6. J Neuroimmunol 1999;94:1-14, Sem Cancro Biol 2000;10:415-433
7. Annu. Rev. Immunol. 1999;17:739-779
8. Esseri umani Mutation 1999;14:199-215
9. Molec Genet Metab 2000:71:261-266

9/19/2005

DEGRADATIONE delle PROTEINE1,2

UBIQUITIN-PROTEASOME PROTEIN DEGRADATION 3-5,7

Autophagy

MUSCLE PROTEIN DEGRADATION

DEGRADATIONE delle PROTEINE^{^1,2}

UBIQUITIN-PROTEASOME PROTEIN DEGRADATION ^3-5,⁷