6.8: 共有結合したタンパク質調節因子

タンパク質は、多くの場合環境の変化に応じて、さまざまな種類の翻訳後修飾を受けることがあります。これらの修飾は、これらのタンパク質の機能と安定性において重要な役割を果たします。共有結合した分子には、メチル、アセチル、リン酸基などの官能基のほか、ユビキチンなどの小さなタンパク質も含まれます。同定されている共有結合性調節因子は約200種類あります。

これらの基は、タンパク質内の特定のアミノ酸を修飾します。リン酸基はアミノ酸のセリン、スレオニン、チロシンにのみ共有結合できますが、メチル基とアセチル基はリシンにのみ結合できます。これらの基は、酵素または酵素のペアによってタンパク質に追加されたり、タンパク質から削除されます。たとえば、アセチルトランスフェラーゼはタンパク質にアセチル基を追加し、脱アセチル化酵素はそれを除去します。これらの修飾子のそれぞれは、修飾の数と位置に応じて、結合先のタンパク質に異なる影響を与える可能性があります。単一のユビキチン分子が特定の細胞表面受容体に共有結合すると、このタンパク質はエンドサイトーシスの標的となります。 一方、結合した複数のユビキチンがこのタンパク質に結合すると、タンパク質分解の標的としてマークされます。

単一のタンパク質は、その機能を制御するために同時に複数の修飾を受けることがあります。 複数の共有結合修飾によって制御されるタンパク質のよく知られた例の1つは、腫瘍抑制タンパク質であるp53です。p53は、放射線や発がん物質などのさまざまな種類のストレスに応答してさまざまな修飾を受けます。 一部の修飾には、UVおよびガンマ線に応答したリン酸化、アセチル化、SUMO化が含まれます。修飾の部位と種類はストレッサーによって異なります。研究により、UVおよびガンマ線はセリン33のリン酸化を引き起こす可能性があるが、セリン392は UVに曝露されるとリン酸化されるが、ガンマ線はリン酸化されないことが示されています。 低酸素、代謝拮抗物質、アクチノマイシンDへの曝露など、他の種類のストレスもp53のアセチル化を引き起こす可能性があります。修飾は、細胞の種類や生物によっても異なります。

多くのタンパク質は、メチル部分やアセチル部分などの官能基や、ユビキチンなどの小さなタンパク質など、共有結合分子によって制御されています。

共有結合は、ポリペプチド鎖の特定のアミノ酸で発生します。例えば、リン酸基はセリン、スレオニン、またはチロシンと共有結合しています。メチル基とアセチル基はリジンに結合しています。また、ユビキチンは、リジン、システイン、セリン、またはスレオニン残基に結合しています。

酵素または酵素のペアは、これらの翻訳後修飾を可逆的に触媒します。アセチルトランスフェラーゼはタンパク質をアセチル化し、脱アセチル化酵素は後でグループを除去できます。

これらの修飾は、細胞内のタンパク質の機能や局在を変化させる可能性があります。

例えば、ヒストンタンパク質のアセチル化は、DNA構造を開いて遺伝子転写を活性化することで遺伝子発現を調節します。一方、ヒストンタンパク質のメチル化は、構造を引き締めることで転写を抑制することが知られています。

別の例は、ストレスに応答していくつかの共有結合修飾を受けるマルチドメイン腫瘍抑制タンパク質であるp53です。紫外線やガンマ線などのDNA損傷物質にさらされると、タンパク質がリン酸化される可能性があります。

リン酸化は安定性を向上させ、p53を活性化することで、放射線によって損傷を受けたDNAに結合し、変異したDNAを持つ細胞が制御不能に分裂するのを防ぎます。

リン酸化に加えて、p53などの単一のタンパク質分子で発生するさまざまな種類の修飾により、細胞周期の停止、DNA修復、細胞のアポトーシスなどの機能を正確に制御できます。

• Post-Translational Modification - Covalent modifications made to proteins after synthesis.
• Covalently Linked Proteins - Proteins that have been chemically bonded together.
• Protein Degradation - The process by which proteins are broken down in cells.
• Covalent Regulation - Control of protein function by adding/removing chemical groups.
• Ubiquitination - A post-translational modification involving the attachment of ubiquitin to proteins.

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