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4.13:

Complessi proteici con parti intercambiabili

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Molecular Biology
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Protein Complexes with Interchangeable Parts

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I complessi proteici sono composti da proteine multiple, non legate covalentemente, dove ogni componente fornisce una funzione diversa al complesso. Una o più di queste singole proteine, possono essere sostituite da varianti strettamente correlate per creare un complesso alternativo, funzionalmente distinto. Mentre un organismo si evolve, il gene per una proteina benefica può duplicare all’interno del genoma;questa copia duplicata è libera di subire mutazioni senza influenzare la funzione della proteina originale.Queste mutazioni generano famiglie di proteine correlate ed è uno dei modi in cui una cellula può generare un complesso proteico contenente parti intercambiabili. L’ubiquitina ligasi di SCF è una proteina multimerica composta da cinque sub-unità. La sua funzione è quella di attaccare le molecole di ubiquitina alle proteine bersaglio, marcandole per la degradazione dagli enzimi proteolitici.Una delle sub-unità proteiche, la F-Box, che è responsabile del legame alla proteina bersaglio, ha diverse varianti che sono intercambiabili. Un cambiamento in questa sottounità permette al complesso di marcare diverse proteine per la degradazione. Saccharomyces cerevisiae, comunemente noto come lievito di Baker, ha 11 varianti di sub-unità F-Box, che consentono alla ligasi di marcare proteine coinvolte in una varietà di processi cellulari.Ad esempio, la proteina CDC 4 F-Box si rivolge a regolatori del ciclo cellulare, come SIC 1 e far 1, che inibiscono gli enzimi che promuovono il ciclo cellulare;la loro degradazione consente di procedere con il ciclo cellulare. Variazione della F-Box attraverso gli organismi genera centinaia di complessi distinti con funzioni simili ma bersagli individuali.

4.13:

Complessi proteici con parti intercambiabili

Groups of proteins may form a complex where each protein in this complex has a different role in the overall execution of the complex’s function. Often some of the proteins in the complex can be replaced by a closely related variant to give a complex that contains many of the same components yet is functionally distinct.

The SCF ubiquitin ligase is a protein complex of five individual proteins. This complex attaches ubiquitin to other target proteins to mark them for degradation. In order to perform this function, one of the proteins, the F-box, is responsible for binding to the substrate, thereby allowing a different protein in the complex, the ubiquitin-conjugating enzyme, to access the substrate and attach ubiquitin. The F-box protein has multiple interchangeable variants so that the complex can recognize different substrates. Additionally, different organisms can have different sets of F-box protein variants. Humans have 38 known variants, Saccharomyces cerevisiae has 11, Drosophila has 22, and C. elegans has 326.  This variation enables the complex to target a large spectrum of proteins by changing just one of its components.

These interchangeable variants are often an outcome of gene duplication. During molecular evolution, the gene for a beneficial protein can sometimes duplicate during DNA replication due to reasons, such as ectopic recombination, replication slippage, aneuploidy, polyploidy, and retrotransposition.  This duplicated copy of the gene can further undergo mutations while being transferred from one generation to the next as the mutation does not affect the function of the original gene.  These mutations result in variants of a gene that are responsible for proteins, like the F-box, which are functionally similar but have different substrate specificities.

Suggested Reading

  1. Alberts et al., 6th edition; pages 159-160
  2. Kipreos, E. T., & Pagano, M. (2000). The F-box protein family. Genome biology, 1(5), REVIEWS3002. doi:10.1186/gb-2000-1-5-reviews300