Ubiquitinierung, auch Ubiquitylierung genannt, ist ein enzymatischer Prozess, bei dem ein Ubiquitin-Protein an ein Substratprotein gebunden wird. Dieser Vorgang wird manchmal als molekularer „Todeskuss“ für ein Protein bezeichnet, da das Substrat in der Regel inaktiviert und durch die Bindung des Ubiquitinmoleküls für den Abbau durch das Proteasom markiert wird.

Post-Translations-Modifizierungsenzyme

Der Prozess der Ubiquitinierung wird durch drei Haupttypen von Enzymen reguliert, die in ihrer Gesamtheit stattfinden. Dazu gehören Ubiquitin-aktivierende Enzyme (E1), Ubiquitin-konjugierende Enzyme (E2) und Ubiquitin-Ligasen (E3). Jedem dieser Enzymtypen kommt bei der Ubiquitinierung und der Markierung von Proteinen, die vom Proteasom abgebaut werden sollen, eine wichtige Rolle zu, auf die im Folgenden näher eingegangen wird.

Der erste Schritt besteht in der Aktivierung von Ubiquitin durch das E1-Enzym, die vor seiner Bindung an die Aminosäure Cystein, die aktive Stelle, stattfindet. Energie in Form von ATP ist erforderlich, damit das Ubiquitinmolekül auf die aktive Stelle übertragen werden kann und eine Zwischensubstanz entsteht, die als Ubiquitin-Adenylat bezeichnet wird.

Danach übernimmt das Ubiquitin-konjugierende Enzym (E2) die Aufgabe, die beiden Moleküle zusammenzubringen, indem es das Ubiquitin von E1 auf die aktive Cysteinstelle überträgt. Das E2-Enzym hat eine besondere Struktur, die es ihm ermöglicht, sich sowohl an das Ubiquitin- als auch an das E1-Molekül zu binden und diesen Schritt zu ermöglichen.

Schließlich ist die Ubiquitin-Proteinligase (E3) erforderlich, um das Zielsubstrat zu erkennen und zu binden und es anschließend mit dem kleinen Ubiquitin-Molekül zu markieren. Dies geschieht in der Regel über eine Isopeptidbindung, die die letzte Aminosäure, Glycin 76, des Ubiquitinmoleküls mit einem Lysin des Substratproteins verbindet.

Dieser enzymatische Prozess wird dann wiederholt, um eine kleine Kette mit mehreren Ubiquitinmolekülen zu bilden, die das Protein für den Abbau im Proteasom markiert.

Fälle von Nicht-Abbau

Obwohl die Markierung eines Proteins durch Ubiquitinierung größtenteils zum Abbau des Proteins führt, gibt es einige Fälle, in denen sie sich nicht als fatal erweist.

Wird beispielsweise ein einzelnes Ubiquitin-Molekül an ein Protein gebunden, ohne eine Kette von Molekülen zu bilden, was als Mono-Ubiquitinierung bezeichnet wird, kann das Ergebnis sehr unterschiedlich ausfallen. Häufig wird das Protein stattdessen in seiner Funktion verändert oder es wird über die Lysosomen und nicht über das Proteasom abgebaut. Dies kann auch bei einigen Proteinen auftreten, die einer Poly-Ubiquitinierung unterzogen wurden, obwohl dies weniger häufig vorkommt.

Zusätzlich kann der Prozess der Ubiquitinierung durch die Wirkung von Deubiquitinase-Enzymen, die die Bindung zwischen dem Ubiquitinmolekül und dem Substratprotein aufbrechen, rückgängig gemacht werden.

Eine kurze Geschichte

Die Theorie der Ubiquitinierung, die die Markierung von Proteinen für den Abbau beinhaltet, wurde in den späten 1970er Jahren entdeckt, was zu Forschungen über den gezielten Abbau in bestimmten Zellen führte.

In jüngster Zeit haben bahnbrechende Forschungen das Verständnis des Proteinabbaus und der daraus resultierenden biologischen Prozesse vertieft und die Kontrolle des Zellzyklus, der Gentranskription und der Immunität ermöglicht. Aaron Ciechanover, Avram Hershko und Irwin Rose erhielten für diese Entdeckung im Jahr 2004 den Nobelpreis.

• https://www.qiagen.com/it/products/genes%20and%20pathways/complete%20biology%20list/ubiquitination%20pathway/
• http://www.nature.com/nm/journal/v20/n11/full/nm.3739.html
• http://www.sebiology.org/publications/Bulletin/March08/Ubiquitination.html
• http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19754430

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Geschrieben von

Yolanda Smith

Yolanda hat einen Bachelor of Pharmacy an der University of South Australia erworben und hat sowohl in Australien als auch in Italien gearbeitet. Sie interessiert sich leidenschaftlich dafür, wie Medizin, Ernährung und Lebensstil unsere Gesundheit beeinflussen, und es macht ihr Spaß, Menschen dabei zu helfen, dies zu verstehen. In ihrer Freizeit liebt sie es, die Welt zu erkunden und neue Kulturen und Sprachen kennenzulernen.

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