Лекция 3

Пост-трансляционные модификации белков (убиквитинирование и сумоилирование) могут быть связаны не только с их деградацией, но и определяют характер их функционирования. В частности это определяет их локализацию в клетке, репарацию ДНК, регуляцию структуры хроматина. При этом наблюдаются взаимодействия (в том числе конкурентные) убиквитинирования и сумоилирования. В частности эти два процесса конкурируют удрожжей-сахаромицетов за модификацию PCNA (Proliferating Cell Nuclear Antigene), отвечающего за процессивность репликации ДНК. При этом полиубиквитинирование Lys63 (контролируемое генами пути репарации RAD6) ведет к безошибочной (не-мутагенной) репарации. Моносумоилирование ассоциируется с репликацией. Моноубиквитинирование Lys164 (также путь RAD6) активирует синтез ДНК в обход повреждений полимеразами η (ета) и ζ. (зета). Убиквитинирование полимеразы ζ ассоциировано с мутагенезом, индуцируемым повреждениями ДНК. Моно- убиквитинирование и моносумоилирование PCNA повышает спонтанный мутагенез в отсутствие повреждений ДНК.

Соотношение транскрипционной и пост-трансляционной регуляции в синтезе конкретных белков и образовании белковых комплексов хорошо прослеживается в контроле клеточного цикла эукариот. Многие белки, контролирующие клеточный цикл проявляют свою активность кратковременно на определенных стадиях цикла. Несмотря на то, что белковые комплексы, ответственные за клеточный цикл консервативны у разных эукариот, регуляция их синтеза и функционирования дивергировала весьма значительно. При этом изменение транскрипционной регуляции ортологов сопровождалось (отражалось в) изменением пост-трансляционной регуляции – в первую очередь их фосфорилирования. Эти данные получены L.J.Jensen et al, 2006 при сравнении методами микрочипов. Выявлено у H.sapiens 600 генов, периодически-экспрессирующихся в клеточном цикле, у S.cerevisiae – 600, у Sch. pombe – 500, у A. thaliana – 400.

Белки, периодически необходимые в клеточном цикле, синтезируются благодаря периодической транскрипции соответствующих генов, но отнюдь не всегда в момент, когда они необходимы. Активация этих белков в нужный момент заключается в их фосфорилировании. Сделав свое дело в составе нужных комплексов, эти белки быстро разрушаются. Этот же принцип используется в прохождении или не прохождении контрольных точек (checkpoints) клеточного цикла, на которых происходит задержка после повреждения ДНК, обеспечивающая возможности для ее репарации. Вспоминайте курс генетики клеточного цикла.

Среди 228 протеин-киназ (кином) D.melanogaster, исследованных в культуре клеток с применением метода интерференции РНК (RNA_i) 80 вовлечены в контроль клеточного цикла [Bettencourt-Dias et al, 2004].

Фосфопротеинкиназы вместе с фосфатазами и ГТФазами (G-белками) составляют разветвленную сеть сигнальной трансдукции, координирующей множество путей (биосинтеза, деградации и т.д.), становления морфологии на клеточном и тканевом уровне, подвижности и т.д. Роль пусковых устройств при этом отводится ГТФазам. Они регулируют каскады фосфорилирования-дефосфорилирования, собственно представляющие собой пути сигнальной трансдукции.