Ubiquitin ligaza ( Eng. E3 ubiquitin ligase ) este o enzimă - ligază care leagă covalent ubiquitin la o proteină țintă printr-o legătură izopeptidică. Ubiquitin ligazele fac parte din sistemul de descompunere a proteinelor mediat de ubiquitin din proteazomi . Se știe că proteazomul nu scindează nicio proteină, ci doar pe cele care au fost „etichetate” cu ubiquitină. Ligazele de ubiquitină recunosc în mod specific proteinele substrat și participă la poliubiquitinarea acestora (atașarea lanțurilor de molecule de ubiquitină), ceea ce duce în cele din urmă la degradarea acestora din urmă în proteazomi. În plus, ligazele ubiquitinei efectuează și alte modificări ale proteinelor prin ubiquitină, cum ar fi monoubiquitinarea și multiubiquitinarea , care au semnificație de reglementare [1] . Mai mult de 500 de gene ubiquitin ligaze au fost găsite în genomul uman [2] .
Procesul de ubiquitinare a proteinelor are loc în mai multe etape, enzimele care catalizează etapele sale individuale au primit numele de cod E1 ( enzima de activare a ubiquitinei ), E2 ( enzima de conjugare a ubiquitinei ) și E3 (enzima de activare a ubiquitinei). Enzima E1 ATP activează în mod dependent de ubiquitina cu formarea unei legături tioeter de înaltă energie între gruparea carboxil a reziduului de glicină C-terminal al ubiquitinei și reziduul de cisteină din molecula E1. Apoi, ubiquitina activată este transferată în molecula E2 cu formarea unei legături tioeter similare. Ubiquitin ligazele interacționează simultan cu E2 datorită domeniului de legare la E2 și cu proteina substrat datorită domeniului de legare a substratului. Ei efectuează transferul ubiquitinei activate de la E2 la substrat fie direct, fie prin formarea unui compus tioeter intermediar [3] [4] .
Cel mai adesea, ligazele de ubiquitină catalizează formarea unei legături izopeptidice între gruparea carboxil a restului de glicină C-terminal al ubiquitinei și gruparea ε- amino a unuia dintre resturile de lizină din proteina țintă; mai rar, se formează o legătură între ubiquitina și gruparea amino N-terminală sau lanțul lateral de cisteină al proteinei. După ce prima moleculă de ubiquitină este atașată de substrat, enzimele E3 adaugă secvenţial mai multe molecule, conectându-le de asemenea cu o legătură izopeptidică. Această modificare se numește poliubiquitinare. Molecula de ubiquitină conține 7 resturi de lizină, dintre care se crede că fiecare este implicat în formarea unei legături izopeptidice. Consecințele poliubiquitinării depind de care dintre aceste reziduuri a fost implicat în formarea lanțului. Astfel, lanțurile de poliubiquitină conectate cu participarea Lys-48 sunt cel mai adesea un semnal pentru degradarea proteazomală (lungimea minimă a lanțului este de 4 molecule de ubiquitină), în timp ce cele formate prin Lys-63 joacă un rol reglator în endocitoza proteinelor și repararea ADN-ului [3]. ] [4] [5] . Se mai disting și alte tipuri de modificări catalizate de enzimele E3: monoubiquitinare (atașarea unui singur reziduu de ubiquitină) și multiubiquitinare, sau monoubiquitinare multiplă. Monoubiquitinarea este o modificare post-translațională de reglementare destul de comună care poate afecta capacitatea unei proteine de a interacționa cu alte molecule, localizarea acesteia intracelulară și poate servi, de asemenea, ca semnal pentru degradarea acesteia în lizozomi . Multiubiquitinarea proteinelor membranare duce la endocitoza și scindarea acestora în lizozomi [6] .
Ligazele de ubiquitină sunt împărțite în trei familii, în funcție de structura domeniului care leagă enzima de conjugare a ubiquitinei (E2): ligaze de ubiquitină care conțin domeniul HECT ( omologul capătului carboxil E6-AP ) , domeniul RING ( genă nouă cu adevărat interesantă ) sau U - box [3] .
Familia de ubiquitin ligaze care conțin domeniul RING este cea mai mare: sunt cunoscute peste 300 de gene pentru enzime de acest tip. O trăsătură caracteristică a domeniului RING este o secvență specială de resturi alternante de cisteină și histidină conservate . Aceste enzime pot conține 2-3 ioni de zinc atașați prin legături de coordonare . Printre ligazele ubiquitin din această familie sunt cunoscute atât proteine monomerice, cât și componente ale complexelor multiproteice ubiquitin ligaze. Reprezentanții familiei sunt proteinele IAP, Mdm2 și marile complexe proteice SCF (SKP-Cullin- F-box ) și APC/C (complex/ciclozom care promovează anafaza) [7] .
Ubiquitin-ligazele care conțin domeniul HECT sunt caracterizate printr-o structură specială a domeniului C-terminal de aproximativ 350 de resturi de aminoacizi. Acest domeniu are activitate catalitică: cu participarea unui reziduu de cisteină conservat, se formează o legătură temporară tioeter cu ubiquitina înainte de transferul acesteia pe substrat. Acest mecanism de acțiune al acestor enzime diferă de mecanismul de acțiune al ubiquitin ligazelor care conțin domeniul RING, care transferă ubiquitina de la E2 la substrat direct, fără formarea de compuși intermediari. Aproximativ 50 de gene de enzime din această familie au fost găsite în genomul uman. Membrii familiei sunt E6-AP, Huwe1, Nedd4 [3] [7] .