조절된 단백질 분해

세포는 환경 자극이나 기타 대사 또는 발달 변화와 같은 상태의 변화에 따라 세포 내 단백질의 수준을 조절해야 합니다.

세포 내부의 단백질 농도에 대한 이러한 조절 또는 제어는 세포 분해뿐만 아니라 합성 속도에 따라 달라집니다.

진핵생물에서 세포 내 단백질 분해는 대부분 유비퀴틴-프로테아좀 시스템에 의해 매개됩니다. 이 시스템은 세포 내부에서 두 가지 주요 기능, 즉 잘못 접히거나 손상된 단백질의 품질 관리와 중요한 세포 단백질의 수치 조절을 수행합니다.

세포에서 프로테아솜 분해의 특이성은 다양한 메커니즘을 통해 조절됩니다.

진핵 세포에는 유비퀴틴 리가제의 주요 촉매 단위인 E3 리가제(E3 ligase)라는 단백질 부류가 있습니다. 이러한 고유한 E3 분자 각각은 활성화 시 특정 표적 단백질만 유비퀴틴화할 수 있습니다.

또한 각 E3 단백질 리가제는 인산화(phosphorylation), 리간드 결합으로 인한 알로스테릭 전이(allosteric transition) 또는 단백질 소단위 추가와 같은 특정 신호를 통해서만 활성화될 수 있습니다. 이것은 표적 단백질의 편재화를 조절하여 프로테아좀에 의한 분해로 이어집니다.

예를 들어, APC(anaphase-promoting complex)는 중요한 세포주기 조절인자의 분해를 담당하는 다중 소단위 E3 리가제입니다. 그러나 이는 co-activator subunit의 추가에 의해 세포 주기 중 특정 시점에서만 활성화됩니다. 이러한 소단위체는 APC가 표적 단백질에 선택적으로 결합하는 데 중요한 역할을 합니다.

또는 특정 부위의 인산화 또는 단백질 소단위체의 해리 또는 펩타이드 결합의 절단에 따른 표적 단백질 자체의 구조적 변화는 일반적으로 숨겨진 분해 신호를 가릴 수 있습니다. 그런 다음 이 신호는 유비퀴틴 리가제(ubiquitin ligase)에 의해 인식될 수 있으며, 그 결과 단백질의 유비퀴틴화(ubiquitination)가 발생합니다.

예를 들어, cyclin 단백질에는 APC에서만 인식할 수 있는 내부 분해 신호가 포함되어 있습니다. 그러나 이 신호는 cyclin kinase가 cyclin 단백질의 특정 부위를 인산화할 때만 노출됩니다. 이것은 단백질의 분해 신호를 가려내지 않는 단백질의 구조적 변화를 일으켜 폴리유비퀴틴화(polyubiquitinylation)와 프로테아좀(proteasome)의 분해로 이어집니다.