Tom 54 2005
Numer 2 3 (267 268)
Strony 133 148
BARBARA GRZELAKOWSKA-SZTABERT
Zakład Biochemii Komórki
Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego, PAN
ul. Pasteura 3, 02-093 Warszawa
e-mail [e-mail]
ZALEŻNA OD UBIKWITYNY DEGRADACJA BIAA
EK
NAGRODA NOBLA Z CHEMII W 2004 ROKU*
Metabolizm komórki ściśle zależy od po- tion , jak głosi werdykt Królewskiej Szwedz-
ziomu i aktywności wielu różnych białek, kiej Akademii Nauk, zostali:
które podlegają regulacji na poziomie trans- Irwin Rose urodzony w Nowym Yorku
krypcji, translacji, modyfikacji potranslacyj- (1926), biochemik (PhD 1952), ponad 30 lat
nych, a także zależą w bardzo dużym stopniu pracujący w Fox Case Cancer Center w Fila-
od efektywności ich proteolizy nieodwracal- delfii, od 1995 r. kontynuujący pracę nauko-
nie degradującej białka. W komórkach eu- wą na Uniwersytecie Kalifornijskim w Irvine,
kariotycznych występują dwa podstawowe członek National Academy of Sciences USA.
systemy degradacyjne - lizosomalny i pozali- Avram Hershko, urodzony w Karcag,
zosomalny. W systemie lizosomalnym degra- Węgry (1937), od 1950 r. obywatel Izraela,
dowane są przede wszystkim białka zewną- doktor medycyny (MD 1965) i biochemii
trzkomórkowe dostające się do komórek na (PhD 1969), od 1972 r. profesor w Instytu-
przykład podczas endocytozy, czy też białka cie Badawczym Nauk Medycznych im. Ro-
wewnątrzkomórkowe, jeśli komórka poddana dziny Rappaportów w Izraelskim Instytucie
jest silnemu stresowi, np. podczas głodzenia. Technologii (Technion) w Hajfie, laureat na-
Natomiast pozalizosomalny układ proteoli- grody Weizmana, nagrody Izraela, razem z A.
tyczny, to zależny od ATP szlak ubikwityna/ Varshavskim i A. Ciechanoverem nagrody im.
proteasom, którego badania rozpoczęły się Alberta Laskera (2000), członek National Aca-
w końcu lat 70. XX w. W układzie tym, jak demy of Sciences USA.
obecnie wiadomo, są degradowane, oprócz Aaron Ciechanover, urodzony w Hajfie
białek strukturalnych i konstytutywnych, tak (1947), obywatel Izraela, doktor medycyny
ważne dla prawidłowego funkcjonowania ko- (MD 1981), od początku lat 80. minionego
mórek enzymy regulujące szlaki biosyntetycz- wieku profesor w Zakładzie Biochemii i dy-
ne, białka regulujące przebieg cyklu komór- rektor Instytutu Badawczego Nauk Medycz-
kowego, wiele czynników transkrypcyjnych, nych im. Rodziny Rappaportów w Izraelskim
białek kodowanych przez onkogeny i geny Instytucie Technologii w Hajfie, laureat na-
supresorowe czy też białek biorących udział grody Izraela oraz, wraz z A. Hershko i A.
w odpowiedzi immunologicznej. Szczególnie Varshavskim, nagrody im. A. Laskera (2000).
duże zainteresowanie pozalizosomalnym ukła- Zasługą powyższych badaczy jest odkry-
dem proteolitycznym rozpoczęło się w poło- cie i opisanie podstaw działania zależnej od
wie lat 80. minionego wieku, a jego kulmina- ubikwityny (i ATP) proteolizy białek, pro-
cją jest przyznanie w 2004 r. jego odkryw- cesu precyzyjnie regulowanego i specyficz-
com nagrody Nobla z dziedziny chemii. nego w stosunku do białkowego substratu,
Laureatami nagrody Nobla  for the disco- jego lokalizacji komórkowej i momentu,
very of ubiquitin-mediated protein degrada- w którym ma nastąpić jego degradacja. Za-
*patrz także art.: B. GZELAKOWSKA-SZTABERT, Nagroda Nobla z chemii za 2004 rok  docenienie kontrolowanej,
zależnej od ubikwityny, proteolitycznej degradacji białek. Post. Biol. Kom. 32, 3 12, 2005.
BARBARA GRZELAKOWSKA-SZTABERT
134
Obecnie I. Rose pracuje naukowo
interesowania badawcze każdego z laure-
w dziedzinie nie dotyczącej proteolizy bia-
atów odzwierciedlają tytuły ich wykładów
łek. A. Hershko kontynuuje badania degra-
noblowskich:
dacji takich istotnych regulatorów cyklu
Irwin Rose  How ubiquitin chains are
komórkowego jak cyklina B i inhibitor
made and unmade (Jak powstaje i rozpada
cyklu białko p27 oraz interesuje się me-
się łańcuch poliubikwitylowy),
chanizmem działania enzymów przepro-
Avram Hershko  The ubiquitin system
wadzających ubikwitylację białek. Badania
for protein degradation and its roles in the
A. Ciechanovera dotyczą przede wszystkim
control of cell division (Udział ubikwityny
regulacji stabilności przez układ ubikwity-
w degradacji białek i jej rola w kontroli po-
na/proteasom czynników transkrypcyjnych
działu komórki),
p53, c-Myc, NF�B i MyoD oraz powiązań
Aaron Ciechanover  Intracellular prote-
pomiędzy proteolizą białek w omawianym
olysis  from a vague idea into the patient
układzie a apoptozą komórek.
bed (Wewnątrzkomórkowa proteoliza  od
idei do łóżka pacjenta).
UBIKWITYLACJA BIAA
EK  HISTORIA I TERAy
NIEJSZOŚĆ
Początki badań tego problemu sięgają do- wiązuje do dzisiaj. Przede wszystkim wykaza-
świadczeń A. Hershko z końca lat 70. XX w.
li, że białko APF-1 jest identyczne z odkrytą
i dotyczących degradacji enzymu  amino- w 1975 r. ubikwityną, niewielkim, zbudowa-
transferazy tyrozynowej oraz udziału w tym
nym z 76 aminokwasów białkiem globular-
procesie ATP. Konsekwencja i determinacja
nym. Stosując szereg metod biochemicznych,
A. Hershko w wyjaśnianiu, jak się wówczas
w tym frakcjonowanie lizatów białkowych
wydawało, paradoksu  konieczności udzia- i oznakowaną izotopem ubikwitynę, wyklu-
łu energii w wewnątrzkomórkowej degra- czyli jej działanie jako aktywatora syntetazy,
dacji białek  doprowadziła do jego ścisłej
a opracowaną w laboratorium metodą immu-
współpracy z A. Rose, a następnie z A. Cie- nochemiczną pokazali dołączanie ubikwityny
chanoverem. Pracując wspólnie w laborato- do białkowego substratu (HERSHKO i współ-
rium kierowanym przez Rose nad proteolizą
aut. 2000). Obecnie wiadomo, że ubikwityna
różnych białkowych substratów zachodzącą
jest jednym z najbardziej konserwatywnych
w bezkomórkowych lizatach z retikulocytów
białek komórkowych, które występuje w for-
królika, badacze Ci zaproponowali w 1980
mie wolnej lub związanej we wszystkich
r. model czteroetapowej degradacji białek
organizmach eukariotycznych (PIOTROWSKA
(HERSHKO i współaut. 1980). Etap I to dołą- 1993). Centrum aktywne ubikwityny stano-
czenie do białka przeznaczonego do degrada- wią reszty Leu-Arg-Gly-Gly obecne na karbok-
cji niewielkiego globularnego białka nazwa- sylowym końcu łańcucha. W procesie kowa-
nego APF-1 (ang. ATP-dependent proteolytic
lencyjnego dołączenia ubikwityny do białka
factor) przez enzym  syntetazę, w procesie
mającego ulec degradacji C-końcowa glicyna
wymagającym ATP. Etap II to korekcja  błęd- ubikwityny łączy się wiązaniem izopeptydo-
nie oznakowanego substratu poprzez usu- wym z grupą �-aminową lizyny koniugowa-
nięcie APF-1 przez enzym izopeptydazę. Etap
nego białka, możliwe jest również enzyma-
III polegać miał na degradacji białka ozna- tyczne przenoszenie jednej cząsteczki wolnej
kowanego APF-1 pod działaniem endopepty- ubikwityny na drugą. W cząsteczce ubikwity-
dazy (wielo-katalitycznej i wielo-funkcyjnej
ny występują cztery reszty lizyny, na których
proteazy) do peptydów połączonych z APF.
mogą formować się łańcuchy poliubikwitylo-
W ostatnim etapie IV, dochodziłoby do od- we. Obecnie wiadomo, że tylko utworzenie
szczepienia na drodze enzymatycznej APF-1
łańcucha w połączeniu z lizyną w pozycji 48
i dalszego rozkładu peptydów.
ubikwityny skierowuje białko do degradacji,
W latach 1981 1983 Rose, Hershko i Cie- zaś monoubikwitylacja białka lub tworzenie
chanover prowadzili intensywne badania
łańcuchów poliubikwitylowych poprzez li-
zmierzające do udowodnienia słuszności za- zyny obecne w innych miejscach cząsteczki
proponowanego wcześniej modelu, który, co
ubikwityny ma przede wszystkim znaczenie
prawda w postaci mocno rozbudowanej, obo- regulacyjne (WEISSMAN 2001).
Nagroda Nobla z chemii w 2004 roku
135
W etapie I pierwotnego modelu, katalizo- jące odszczepiają łańcuch poliubikwitylowy
wanym przez syntetazę, działają, jak to udo- od białkowego substratu. Dzięki temu staje
wodnili Nobliści, nie jeden, a aż trzy enzymy, się możliwe jego rozfałdowanie (przy udzia-
których sekwencyjne działanie doprowadza le ATP-az podjednostki 19S) i proteolityczna
do ubikwitylacji białka (Ryc. 1). Są to enzym degradacja w proteasomie do krótkich pep-
aktywujący ubikwitynę (E1), enzym koniugu- tydów i aminokwasów (VERMA i współaut.
jący i przenoszący zaktywowaną ubikwitynę 2002). Odłączony łańcuch ubikwitylowy jest
(E2) oraz enzym zwany ligazą ubikwitylową następnie degradowany, a uwolnione czą-
(E3), który bierze udział w rozpoznawaniu steczki ubikwityny ponownie wprowadzone
substratu mającego ulec degradacji i dołącza- do obiegu.
niu do niego ubikwityny. Do dzisiaj poznano Trzeba jednak zauważyć, że w proteaso-
zaledwie kilka enzymów E1, około dwudzie- mie 26S mogą także niekiedy być degrado-
stu enzymów E2 i kilka klas ligaz ubikwi- wane białka nieoznakowane uprzednio ubi-
tylowych, do których zalicza się już blisko kwityną. Klasycznym przykładem jest enzym
1000 białek. Należy podkreślić, że w etapie  dekarboksylaza ornitynowa, kluczowy en-
I tylko reakcja katalizowana przez E1, w któ- zym w biosyntezie polikationów komórko-
rym tworzy się wysokoenergetyczne wiąza- wych, poliamin (MANTEUFFEL-CYMBOROWSKA
nie pomiędzy glicyną na C-końcu ubikwity- 1996), także w pewnych warunkach białko
ny a cysteiną obecną w centrum aktywnym p21, jeden z inhibitorów cyklu komórkowe-
E1, wymaga energii pochodzącej z hydrolizy go (TOUITOU i współaut. 2001, BORNSTEIN
ATP do AMP i pirofosforanu. Kolejny etap i współaut. 2003), a także prawdopodobnie
to przeniesienie zaktywowanej w powyższy i inne białka. Tak w uproszczonej postaci
sposób ubikwityny na enzym E2, z którego przedstawia się schemat ubikwitylacji bia-
następnie, bezpośrednio lub najczęściej przy łek przedstawiany od szeregu lat w licznych
udziale ligaz ubikwitylowych E3, cząsteczka opracowaniach przeglądowych (np. CIECHA-
ubikwityny zostaje przeniesiona na właściwy NOVER i współaut. 2000, WEISSMAN 2001, PIC-
białkowy substrat, a kilkukrotne powtórzenie KART 2001, WILKINSON 2004), także w pol-
tej kaskady enzymatycznej prowadzi do utwo- skich czasopismach biologicznych (PIOTROW-
rzenia łańcucha zbudowanego z co najmniej SKA 1993; WÓJCIK 1995; GRZELAKOWSKA-SZTA-
czterech reszt ubikwityny, rozpoznawanego BERT 2002a, b).
przez kompleks proteasomu. Deubikwitylację Klasyczna, najwcześniej poznana rola ubi-
substratu, także w przypadku jego błędnego kwitylacji polega na miejscowo- i czasowo-
oznakowania (etap II) przeprowadzają zaś, -specyficznym oznakowywaniu białek prze-
jak opisano poniżej, enzymy deubikwitylują- znaczonych do degradacji. Należy sobie jed-
ce należące do coraz bardziej powiększającej nak zdawać sprawę, że ubikwitylacja białka
się rodziny hydrolaz i izopeptydaz (CHUNG nie zawsze musi przesądzać o jego degrada-
i BAEK 1999, WING 2003, GUTERMAN i GLICK- cji. Mono-lub multiubikwitylacja (bez two-
MAN 2004). rzenia łańcucha) białek, a także tworzenie
Rozszyfrowano już obecnie endopeptyda- łańcuchów na lizynie innej niż w pozycji 48,
zy degradujące białka oznakowane ubikwity- może być sygnałem do endocytozy białek,
ną (etap III). Proces ten zachodzi w prote- ich transportu do lizosomów lub wakuoli,
asomie 26S, kompleksie białkowym złożonym może regulować przemieszczanie się białek
z wielu podjednostek, charakteryzującym się pomiędzy jądrem a cytoplazmą, jak również
szerokim spektrum aktywności proteolitycz- regulować działanie wielu białek uczestniczą-
nej. Zbudowany jest z dwóch podstawowych cych w różnych procesach metabolicznych
subkompleksów: cylindrycznego rdzenia (HAGLUND i współaut. 2003, SCHNELL i HICKE
20S o aktywności proteolitycznej (podjed- 2003, SHCHERBIK i HAINES 2004). Omówienie
nostki ą i �) oraz dwóch podjednostek re- tych zagadnień przekracza ramy tego opraco-
gulatorowych 19S (VOGES i współaut. 1999, wania, już jednak ich wyliczenie wskazuje, że
ZWICKL i współaut. 2001, F�RSTER i HILL 2003, proces ubikwitylacji może dorównywać pod
PICKART i COHEN 2004). Przed dostaniem się względem znaczenia procesowi fosforylacji.
do wnętrza proteasomu 26S, ale już po roz- Ubikwitylacja jest bowiem, podobnie jak fos-
poznaniu przez określone białka tworzące forylacja, procesem szybkim, do pewnego
podjednostkę 19S bądz
inne białka współ- momentu odwracalnym, podlega niezmiernie
działające (ang. shuttle proteins) (HARTMAN- precyzyjnej regulacji i dotyczy bardzo wielu
-PETERSEN i GORDON 2004, MADURA 2004, VER- białek biorących udział we wszystkich prak-
MA i współaut. 2004a), enzymy deubikwitylu- tycznie procesach istotnych dla prawidłowe-
BARBARA GRZELAKOWSKA-SZTABERT
136
go funkcjonowania komórek. Zdaniem wielu śnie grupy enzymów uczestniczących w ubi-
biologów ubikwitynę można zatem traktować kwitylacji usprawiedliwia fakt, że stosunko-
jako jeden z podstawowych regulatorów me- wo najwcześniej poznano ich podstawową
tabolizmu komórkowego (FINLEY i współaut. budowę i degradowane substraty, którymi są
2004). Należy dodać, że w komórkach ziden- przede wszystkim białka regulatorowe cyklu
tyfikowano już także wiele białek pokrew- komórkowego (VEW 2001, GRZELAKOWSKA-
nych ubikwitynie, które również biorą udział -SZTABERT 2002a), a w badaniach mechani-
w wielu procesach regulacyjnych, a ich dołą- zmów ich degradacji nadal bardzo aktywnie
czanie do białek jest równie złożone jak do- uczestniczy Noblista A. Hershko. Złożoność
łączanie ubikwityny (SCHWARTZ i HOCHSTRAS- mechanizmów prowadzących do degradacji
SER 2003). regulatorów cyklu omówię na przykładach
Jak już wspomniano, ostatni etap ubikwi- degradacji kilku białek: białka p27  inhibi-
tylacji białek  rozpoznanie białka przezna- tora kinaz cyklino-zależnych (Cdk), fosfatazy
czonego do degradacji i zbudowanie na nim Cdc25  enzymu decydującego o aktywności
łańcucha poliubikwitylowego  odbywa się wszystkich kinaz cyklino-zależnych (za opi-
przy udziale ligaz ubikwitylowych, które sta- sanie i udokumentowanie udziału kinaz Cdk
nowią najliczniejszą grupę spośród enzymów w regulacji cyklu komórkowego L. Hartwell,
uczestniczących w ubikwitylacji białek. W dal- P. Nurse i T. Hunt otrzymali nagrodę Nobla
szej części tego opracowania skoncentruję w 2001 r.) oraz sekuryny  białka decydu-
się na krótkim omówieniu budowy i regula- jącego o kohezji chromatyd. Wskażę także
cji działania ligaz ubikwitylowych, biorących na konsekwencje zaburzeń funkcjonowania
udział w regulacji cyklu komórkowego. Moją układu ubikwityna/proteasom w patogenezie
arbitralną decyzję o przedstawieniu tej wła- wielu schorzeń.
LIGAZY UBIKWITYLOWE  BUDOWA, REGULACJA DZIAA
ANIA, SUBSTRATY
BUDOWA LIGAZ UBIKWITYLOWYCH
a szerzej omówię poznane ostatnio mechani-
zmy regulacji ich działania.
Ligazy ubikwitylowe są bądz
wielopo-
Ligazy typu SCF (ang. Skp1-cullin-F-box-
djednostkowymi kompleksami białkowymi,
-ROC1) zbudowane są z co najmniej 4 pod-
w których określone podjednostki biorą
jednostek (Ryc. 2A). Największą podjednost-
udział w rozpoznaniu substratu i dołącza-
ką jest jedno z białek z rodziny kullin (Cul
niu do niego łańcucha poliubikwitylowego
1 7), tworzące pomost, na którym dochodzi
(dzięki interakcji z enzymem E2) bądz
też są
do współdziałania z innymi podjednostkami
pojedynczymi polipeptydami, w których spe-
kompleksu. Końcowa globularna domena
cyficzne fragmenty cząsteczki pełnią tę funk-
kulliny wiąże się z podjednostką zawierającą
cję. Wyróżnia się obecnie dwie podstawowe
domenę RING finger, białkiem Rbx1/ROC1
klasy tych enzymów  ligazy z domeną RING
(ang. regulator of cullin), o strukturze zbli-
finger (ang. really interesting new gene), ka-
żonej do struktury palca cynkowego, zaan-
talizujące bezpośrednie przeniesienie na sub-
gażowanym w rekrutację enzymu E2 skon-
strat zaktywowanej i powiązanej z enzymem
jugowanego z ubikwityną, i, jak się obecnie
E2 ubikwityny oraz ligazy z domeną HECT
przypuszcza, w hydrolizę wysokoenergetycz-
(ang. homologous to the E6-AP C-terminus),
nego wiązania tioestrowego pomiędzy E2
w których przed ostatecznym dołączeniem
a ubikwityną. N-końcowy fragment kulliny 1,
ubikwityny do właściwego substratu docho-
a także kulliny 7, wiąże podjednostkę Skp1
dzi do przeniesienia zaktywowanej ubikwity-
(ang. S-phase kinase associated protein 1),
ny z enzymu E2 na ligazę ubikwitylową E3.
stanowiącą łącznik pomiędzy kulliną a białka-
W proteolizie regulatorów cyklu komórko-
mi Fbp (ang. F-box proteins). W przypadku
wego biorą udział przede wszystkim ligazy
ligaz typu SCF z kullinami innymi niż kulli-
E3 z domeną RING finger (Ryc. 2). Są nimi
na 1, zamiast białek Skp 1 i białek Fbp, wy-
wielopodjednostkowe ligazy SCF i APC oraz
stępują białka pokrewne pełniące podobne
monomeryczna ligaza CHFR, których budo-
funkcje (KREK 2003, GUARDAVACCARO i PAGA-
wę i działanie ostatnio omówiono na łamach
NO 2004).
polskich czasopism (GRZELAKOWSKA-SZTABERT
Białka Fbp rozpoznają i wiążą białka ma-
2002a, 2004). Dlatego teraz przypomnę tyl-
jące ulec ubikwitylacji, charakteryzuje je za-
ko podstawowe informacje o tych enzymach,
Nagroda Nobla z chemii w 2004 roku
137
Ryc. 1. Schemat działania układu ubikwityna/proteasom.
E1  enzym aktywujący ubikwitynę, E2  enzym konjugujący i przenoszący ubikwitynę, E3  ligaza ubikwi-
tylowa.
wsze obecność 40-aminokwasowej sekwencji wysoce niestabilne, a degradacja przynajm-
tzw.  F-box oraz specyficznych sekwencji ta- niej niektórych z nich następuje w proteaso-
kich jak WD40 czy też LRR (ang. leucine rich mie 26S. Białka Fbp występują praktycznie
repeat), które biorą udział w interakcjach we wszystkich badanych organizmach, w ko-
białko-białko (CRAIG i TYERS 1999, CARDOZO mórkach ssaków jest ich prawdopodobnie
i PAGANO 2004). Mutacje i/lub amplifikacje kilkaset. Powszechność i liczebność podjed-
kodujących je genów spotykane są w wie- nostek w ligazach typu SCF powoduje, że
lu komórkach nowotworowych, jak również mogą być tworzone różne kompleksy tych
w mięśniach ulegających atrofii. Białka te są enzymów o wybiórczej specyficzności w sto-
Ryc. 2. Przykłady ligaz ubikwitylowych z domeną RING finger (RF).
Oligomeryczne ligazy typu SCF (A) i APC/C (B). C  monomeryczna ligaza CHFR; zaznaczono podstawowe
podjednostki lub domeny, których działanie opisano w tekście.
BARBARA GRZELAKOWSKA-SZTABERT
138
Ryc. 3. Regulacja działania ligaz typu SCF przez białka p120CAND1, Nedd8 i kompleks sygnałowy
COP 9 (wg PETROSKIEGO i DESHAESA 2005, SCHWECHEINERA 2004).
sunku do określonych białek. Sprawia to, że gulujące ekspresję genów kodujących białka
ligazy SCF mogą ubikwitylować i skierowy- niezbędne do rozpoczęcia syntezy DNA.
wać na drogę degradacji bardzo różne białka. Ligaza APC/C (ang. anaphase promoting
W cyklu komórkowym kompleks ligazy SCF complex/cyclosome) jest drugim komplek-
działa od połowy fazy G1, poprzez fazę syn- sem ligazowym działającym w cyklu komór-
tezy DNA (faza S) do połowy fazy G2. Jego kowym od połowy fazy G2, podczas mitozy
podstawowymi substratami są cykliny D i E, i na początku fazy G1(Ryc. 2 B). Tworzy go
podjednostki regulatorowe kinaz Cdk, biał- aż kilkanaście podjednostek, w którym białka
kowe inhibitory powyższych kinaz, a także APC 2 i APC 11 są homologiczne z kulliną
niektóre czynniki transkrypcyjne, np. E2F, re- i białkiem Rbx1/ROC1 w ligazie SCF i pełnią,
Ryc. 4. Dwie ligazy ubikwitylowe z domeną RING finger o różnej lokalizacji wewnątrzkomórko-
wej uczestniczą w degradacji inhibitora p27 w różnych fazach cyklu (wg HENGSTA 2004, KAMURY
i współaut. 2004).
Nagroda Nobla z chemii w 2004 roku
139
Ryc. 5. Ubikwitylację fosfatazy Cdc25A przeprowadzają w różnych fazach cyklu komórkowego
dwie różne ligazy ubikwitylowe (wg BUSINO i współaut. 2004).
jak się wydaje, podobne funkcje  pomo- na ich prawdopodobny udział w interakcjach
stu, na którym dochodzi do współdziałania białko-białko, a także w wiązaniu cukrów,
podjednostek (APC 2) i białka pośredniczą- fosfolipidów czy nukleotydów. Podjednostki
cego w interakcji SCF z enzymem E2 prze- te nie uczestniczą jednak w wiązaniu i roz-
noszącym ubikwitynę (APC 11). Znaczenie poznaniu białek mających ulec ubikwitylacji.
funkcjonalne większości pozostałych podjed- Funkcje te pełnią dwie różne podjednostki
nostek kompleksu APC nie jest dotychczas regulatorowe  białka Cdc20/Fizzy i Cdh1/
w pełni wyjaśnione, ale obecność w nich Hct1/fizzy-related, w których nie występuje
określonych sekwencji aminokwasowych motyw F-box. Co więcej, w różnych fazach
(motywy WD40, WD7, TPR, DOC) wskazuje cyklu występują różne kompleksy APC/C z
Ryc. 6. Ubikwitylacja sekuryny przez ligazę ubikwitylową APC/C (po  wyłączeniu działania punk-
tu kontrolnego wrzeciona) prowadzi do degradacji kohezyny Scc1 przez proteazę  separynę i do
rozdziału chromatyd w anafazie (wg HORNIGA i współaut. 2002, WAIZENEGGERA i współaut. 2002).
BARBARA GRZELAKOWSKA-SZTABERT
140
białkami regulatorowymi, a mianowicie kom- to kompleks nieaktywny. Następnie do białek
pleks APC/C z białkiem Cdc20 aktywny jest tych dołącza się inny wielopodjednostkowy
w mitozie podczas metafazy i na początku kompleks sygnalizacyjny, COP9, zwany także
anafazy, natomiast kompleks APC/C z biał- sygnałosomem (SCHWECHHEIMER 2004), po-
kiem Cdh1 zaczyna działać w anafazie i koń- wodując odłączenie od nich białka p120CAND1.
czy w fazie G1 następnego cyklu (PAGE i HIE- Etapem następnym jest modyfikacja kulliny
TER 1999, GRZELAKOWSKA-SZTABERT 2004). poprzez dołączenie do niej pokrewnego ubi-
Ligaza APC/C zależnie od momentu, kwitynie białka Nedd8 (KAWAKAMI i współ-
w którym wchodzi w interakcje z określo- aut. 2001, PETROSKI i DESHAIES 2000, PAN
ną podjednostką regulatorową, ubikwityluje i współaut. 2004). Dopiero z tym komplek-
różne substraty i współdziała nie z jednym sem (kullina z dołączonym białkiem Nedd8,
lecz z dwoma enzymami E2. Jej substratami białko Rbx1/ROC1, kompleks sygnalizacyj-
są przede wszystkim białka bezpośrednio de- ny COP9) łączy się podjednostka Skp1 oraz
cydujące o przebiegu mitozy jak cykliny A i białko Fbp wraz z substratem mającym ulec
B (stanowiące podjednostki regulatorowe ubikwitylacji. Uważa się obecnie, że białko
kinaz cyklino-zależnych), sekuryna, inhibitor p120CAND1 współzawodniczy z podjednostką
rozdziału chromatyd i w konsekwencji ana- Skp1 o wiązanie z kulliną, ale tylko wówczas,
fazy. Przy jej udziale degradowane są też jej gdy nie jest ona połączona z białkiem Nedd8
własne białka regulatorowe Cdc20, Cdh1, ki- (LIU i współaut. 2002). Proces ubikwitylacji
naza Polo, białko Ase1 wiążące się z mikrotu- substratu zostaje przerwany w momencie
bulami oraz białko Cdc6 i geminina biorące odłączenia od kulliny białka Nedd8, w wyni-
udział w regulacji syntezy DNA. ku działania jednej z podjednostek komplek-
Ligaza CHFR. W 2002 r. wykazano, że su COP9 (deneddylacja) i kolejno podjed-
aktywność ligazy ubikwitylowej wykazuje tak- nostki Skp1, białka Fbp, po czym następuje
że białko CHFR (ang. checkpoint with FHA odłączenie kompleksu COP9 i dołączenie do
and RING finger), które działa w punkcie pozostałych podjednostek białka p120CAND1
kontrolnym cyklu komórkowego w profazie i w rezultacie powstaje nieaktywny kompleks
podzialu mitotycznego i monitoruje konden- ligazowy.
sację chromosomów i ruch centrosomów ku Tak więc, powstawanie aktywnego kom-
biegunom komórki (Ryc. 2C) (KANG i współ- pleksu ligazy typu SCF jest bardzo precyzyj-
aut. 2002). Jej podstawowym substratem jest nie regulowane przez cykliczne dołączanie
kinaza Plk1, decydująca między innymi o po- i odłączanie różnych białek regulatorowych
ziomie ufosforylowania fosfatazy Cdc25, en- i z pewnością nie wszystkie aspekty tej re-
zymu niezbędnego do aktywacji kinaz Cdk. gulacji zostały dotąd poznane. Wydaje się,
In vitro ligaza CHFR katalizuje także własną że oprócz białek p120CAND1 i Nedd8 również
ubikwitylację. i inne białka mogą wpływać na aktywność
Należy sobie zdawać sprawę, że nie są to ligaz typu SCF. Podejrzewane jest o to na
jedyne ligazy ubikwitylowe, które decydują przykład białko Sgt1, wiążące się bezpośred-
o wewnątrzkomórkowym poziomie regulato- nio z podjednostką Skp1, ale także z biał-
rów cyklu komórkowego. Szereg innych ligaz kiem szoku cieplnego Hsp90, co może sprzy-
ma wpływ pośredni, przede wszystkim po- jać utrzymywaniu podjednostek ligazy w od-
przez regulację poziomu białek onkogennych powiedniej konfiguracji (PETROSKI i DESHAIES
i supresorowych, ale ich omówienie wymaga 2005). Z pewnością najbliższe lata przyniosą
osobnego opracowania. informacje jeszcze o innych możliwych me-
chanizmach regulacyjnych.
MECHANIZMY REGULUJ
CE DZIAA
ANIE LIGAZ
Jeszcze bardziej złożona wydaje się być
UBIKWITYLOWYCH
regulacja aktywności ligaz typu APC/C. Naj-
Bardzo wiele uwagi poświęca się wy- wcześniej poznanym mechanizmem jest fos-
jaśnianiu mechanizmów biorących udział forylacja poszczególnych podjednostek, która
w regulacji działania ligaz ubikwitylowych. może prowadzić zarówno do aktywacji, jak
Aktywność ligaz typu SCF regulowana jest i hamowania działania ligazy APC/C (PAGE
przede wszystkim na poziomie tworzenia i HIETHER 1999). Utrzymywanie właściwe-
podstawowego funkcjonalnego kompleksu go poziomu ufosforylowania podjednostek
(Ryc. 3). Rozpoczyna się ono od połączenia jest wynikiem współgry licznych kinaz biał-
jednej z kullin z białkiem Rbx1/ROC1 oraz kowych (w tym kinaz Cdk, kinaz z rodziny
z białkiem p120CAND1 (ang. cullin-associated Polo, kinazy A) i fosfataz (typu PP1). Należy
and neddylation-dissociated), przy czym jest przypomnieć, że cyklina B, podjednostka re-
Nagroda Nobla z chemii w 2004 roku
141
gulatorowa kinazy Cdk, jest ubikwitylowana wrzeciona, uniemożliwia, poprzez wiązanie
przez ligazę APC/C, a więc dochodzi tu do podjednostek regulatorowych, powstanie ak-
sprzężenia zwrotnego pomiędzy poziomem tywnej ligazy (JACKSON 2004). Poziom białka
aktywnej kinazy fosforylującej ligazę APC/ Emi1 oscyluje w cyklu komórkowym  jest
C i aktywnością samej ligazy. Jakie jest fizjo- on najwyższy w fazie S, po czym gwałtow-
logiczne znaczenie fosforylacji ligazy APC/ nie spada podczas prometafazy na skutek
C nie jest w pełni wyjaśnione, nie wydaje się, ubikwitylacji przez ligazę SCF, a następnie
aby było konieczne do utworzenia i utrzyma- degradacji. Obecna w cząsteczce inhibitora
nia aktywnego kompleksu, Przypuszcza się, Emi1 sekwencja DSG (tzw. degron, patrz ni-
że jest ono raczej niezbędne do wiązania się żej) musi, przed rozpoznaniem przez białko
kompleksu z podjednostkami regulatorowy- Fbp(�-TrCP), zostać ufosforylowana przez ki-
mi, Cdc20 i Cdh1 (PAGE i HIETHER 1999). nazę Plk1 z rodziny Polo (MOSHE i współaut.
Innym mechanizmem regulującym jest 2004).
kontrola aktywności ligazy APC/C przez biał- Ubikwitylacja białka Emi1, inhibitora liga-
ka działające w punkcie kontrolnym wrzecio- zy APC/C, przez ligazę SCF nie wyczerpuje
na mitotycznego, zwłaszcza przez białka z ro- wzajemnych powiązań tych dwóch komplek-
dzin MAD i BUB (GRZELAKOWSKA-SZTABERT sów regulujących przebieg cyklu komórkowe-
2002b, PAGE i HIETHER 1999, JACKSON 2004). go. Wiadomo bowiem, że liczne białka Fbp
Ich działanie podczas prometafazy i metafazy (Skp2, �-TrCp, Met30) są ubikwitylowane
polega przede wszystkim na uniemożliwieniu i skierowywane do degradacji właśnie przez
połączenia podjednostek regulatorowych z li- ligazę APC/C (BASHIR i współaut. 2004, VO-
gazą APC/C w aktywnie działający kompleks, DERMAIER 2004, WEI i współaut. 2004). Przed-
zanim nie zostanie właściwie uformowane stawione przykłady wskazują na różne możli-
wrzeciono kariokinetyczne i ułożone chro- wości regulacji działania ligaz SCF i APC/C i
mosomy w płytce metafazalnej. Natomiast dokumentują jak wiele precyzyjnych mecha-
od początku fazy S aż do wczesnej profazy nizmów zapewnia, że te kompleksy enzyma-
działanie ligazy wyłącza białko inhibitorowe tyczne mogą działać wybiórczo w stosunku
Emi1 (ang. early mitotic inhibitor 1), któ- do określonych białek w poszczególnych fa-
re, podobnie jak białka punktu kontrolnego zach cyklu komórkowego.
PROTEOLIZA WYBRANYCH REGULATORÓW CYKLU KOMÓRKOWEGO
Od lat pojawia się pytanie, czym charak- w różnych punktach kontrolnych cyklu ko-
teryzują się białka rozpoznawane przez okre- mórkowego. Inną modyfikacją potranslacyj-
ślone ligazy ubikwitylowe. Szczególne zasłu- ną białek rozpoznawanych przez białka Fbp
gi w wyjaśnianiu tego problemu ma A. Var- (lub pokrewne) jest także hydroksylacja ich
shavsky, jeden z pionierów badań procesów reszt prolinowych (WENGER 2002). Tak więc,
ubikwitylacji. Zwrócił on uwagę na związek poprzez fosforylację i hydroksylację białek
różnej podatności białek na proteolizę od proces ich degradacji jest ściśle powiązany
składu aminokwasowego N-końca ich czą- z różnymi szlakami sygnalizacyjnymi (SUN
steczki. Zawdzięcza się mu opracowanie tzw. i CHEN 2004).
reguły N-końca i wprowadzenie pojęcia de- W przypadku ligazy APC/C w rozpozna-
gronów, określonych sekwencji aminokwa- niu substratów biorą udział jej podjednostki
sowych decydujących o stabilności białek regulatorowe. Pozostaje sprawą dyskusyjną,
(VARSHAVSKY 1996). Substraty ligaz typu SCF, czy zawsze dochodzi wówczas do bezpośred-
rozpoznawane przez białka Fbp, na ogół mu- niej interakcji podjednostki z przeznaczonym
szą być uprzednio fosforylowane i to często do degradacji substratem, chociaż jest to
w wielu miejscach, a klasycznym przykła- wielce prawdopodobne (VODERMAIER 2004,
dem jest inhibitor kinaz Cdk w komórkach YAMANO i współaut. 2004). W substratach li-
drożdży, białko Sic1, fosforylowane przed gaz APC/C najlepiej opisanymi degronami
ubikwitylacją i degradacją aż w sześciu miej- jest kaseta destrukcyjna (ang. D-box) wystę-
scach (NASH i współaut. 2001). Fosforylacji pująca w cyklinach mitotycznych (GLOTZER
dokonują różne kinazy, w tym często kina- i współaut. 1991, GRZELAKOWSKA-SZTABERT
zy cyklino-zależne, kinazy MAP czy też kina- 1993) oraz kaseta KEN (ang. KEN box) (PFLE-
zy aktywowane w wyniku stresu i działające GER i KIRSCHNER 2000, PFLEGER i współaut.
BARBARA GRZELAKOWSKA-SZTABERT
142
2001)), znajdowana między innymi w fosfa- wy poziom tego inhibitora. Badania ostatnich
tazie Cdc25 i sekurynie. W ekstraktach z jaj lat wykazały, że ma ona miejsce także w ko-
Xenopus może także dochodzić, jak donie- mórkach nie zawierających białka Skp2, co
siono ostatnio (YAMANO i współaut. 2004), sugerowało istnienie innego niż ligaza SCF
do względnie stabilnej interakcji degronu D- układu ubikwitylującego (Ryc. 4). W 2004 r.
-box obecnego w cyklinie B z jednym z bia- zidentyfikowano kompleks dwóch białek, na-
łek kompleksu APC/C, a nie z podjednostką zwany ligazą KPC (ang. Kip ubiquitylation
regulatorową. W dalszej części tego artykułu promoting complex), zdolny do ubikwitylo-
przedstawię degradacje wybranych regulato- wania p27 po jego wytransportowaniu z ją-
rów cyklu komórkowego  białka p27, fosfa- dra do cytoplazmy, co więcej, bez konieczno-
tazy Cdc25A oraz sekuryny. ści uprzedniej fosforylacji (KAMURA i współ-
aut. 2004, HENGST 2004). Jedno z białek two-
BIAA
KO P27
rzących ten kompleks, podjednostka KPC1,
Białko p27, jeden z głównych inhibitorów zawiera domenę RING-finger i bierze udział
kinaz cyklino-zależnych (GRZELAKOWSKA-SZTA- w rozpoznawaniu p27 oraz w rekrutacji en-
BERT 1995), negatywnie reguluje przebieg zymu E2 niosącego zaktywowaną ubikwity-
cyklu komórkowego. Spadek jego wewnątrz- nę, drugie białko, KPC2, odpowiedzialne jest
komórkowego poziomu jest niezbędny, aby za skierowywanie ubikwitylowanego p27 do
komórki pod wpływem stymulacji mitogen- proteasomu. Tak więc, regulacja poziomu
nej mogły rozpocząć w fazie S syntezę DNA. p27 staje się coraz bardziej złożona i widać
Fakt, że p27 jest degradowany w proteaso- wyraz
nie, że zależnie od lokalizacji tego biał-
mie 26S znany jest od połowy lat 90. ubie- ka wewnątrz komórki w jego degradacji bio-
głego wieku. Zidentyfikowano wówczas liga- rą udział różne kompleksy białkowe.
zę przeprowadzającą ubikwitylację tego biał-
FOSFATAZA CDC25
ka w fazie S, którą okazała się być ligaza SCF
z podjednostką Skp2, białkiem z motywem Równie istotny dla prawidłowego prze-
F-box (Ryc. 4). Do ubikwitylacji p27 przez biegu cyklu komórkowego, jak poziom biał-
tę ligazę, procesu mającego miejsce w jądrze kowych inhibitorów kinaz Cdk, w tym omó-
komórkowym, niezbędne jest ufosforylowa- wionego już białka p27, jest poziom tyro-
nie treoniny w pozycji 187 tego białka, któ- zynowo-treoninowych fosfataz Cdc25A, B i
rej dokonuje kinaza Cdk2, z cykliną E jako C (DONZELLI i DRAETTA 2003). Enzymy te,
podjednostką regulatorową. Należy podkre- kodowane przez gen będący jednym z ge-
ślić, że jest to kinaza, której aktywność w fa- nów docelowych czynnika transkrypcyjnego
zie G1 hamuje właśnie białko p27. Występuje c-Myc, przeprowadzają defosforylację ufosfo-
tu więc pozytywne sprzężenie zwrotne, któ- rylowanych aminokwasów (Tyr15 i Thr14)
re zapewnia utrzymywanie się niskiego po- znajdujących się w kinazach Cdk we fragmen-
ziomu inhibitora po aktywacji kinazy Cdk2 cie odpowiedzialnym za wiązanie ATP (ang.
i nieodwracalność przejścia komórek z fazy T-loop) i w efekcie powodują aktywację tych
G1 w fazę S. Do efektywnej ubikwitylacji p27 enzymów. W regulacji cyklu komórkowego
przez ligazę SCF konieczna jest także obec- największe znaczenie ma fosfataza Cdc25A
ność w kompleksie białka Cks1 (ang. Cdc2- działająca przede wszystkim w komórkach
-protein kinase regulatory subunit 1), wiążą- będących w fazach S, G2 oraz w końcowych
cego się z podjednostką Skp2 i zwiększają- etapach mitozy i we wczesnej fazie G1. Fos-
cego znacząco jego zdolność rozpoznawania fatazy Cdc25B i Cdc25C działają zaś w ko-
i wiązania ufosforylowanego p27 (CARDOZO mórkach w fazie G2 i we wczesnej mitozie.
i PAGANO 2004). Jak wykazano ostatnio, istot- O aktywności fosfatazy Cdc25A decyduje
ny udział w regulacji wewnątrzkomórkowego w znacznym stopniu poziom ufosforylowa-
poziomu p27 i proliferacji ludzkich komórek nia jej domeny regulatorowej przez liczne
ma również enzym E2 (Cdc34) konjugujący kinazy białkowe, w tym kinazy Cdk czy kina-
ubikwitynę. Obniżenie jego ekspresji przez zy Chk1 i Chk2, aktywowane w warunkach
zastosowanie antysensownego RNA hamuje stresu, zwłaszcza po uszkodzeniach DNA
degradację p27 i prawidłowy przebieg cyklu (Ryc. 5). Podobnie jak aktywność, wewnątrz-
komórkowego (BUTZ i współaut. 2005). komórkowy poziom fosfatazy Cdc25A podle-
Proteoliza p27 zachodzi jednak także ga precyzyjnej regulacji, zwłaszcza w wyniku
w fazie G1 cyklu, regulując w znacznym degradacji zachodzącej w proteasomie 26S,
stopniu, niezależnie od procesów transkryp- po ubikwitylacji przeprowadzanej przez liga-
cyjnych i translacyjnych, wewnątrzkomórko- zy SCF i APC/C (DONZELLI i współaut. 2002,
Nagroda Nobla z chemii w 2004 roku
143
2003; BUSINO i współaut. 2004). W cząstecz- pleksu kohezyjnego (białko Scc1), które spa-
ce Cdc25A występują dwa degrony: degron ja chromatydy aż do momentu ich rozdzia-
DSG rozpoznawany w fazie S i G2 przez liga- łu w anafazie (NASMYTH i współaut. 2000,
zę SCF z białkiem Fbp (�-TrCP) oraz degron WAIZENEGGER 2002). Proteoliza sekuryny,
KEN, rozpoznawany w końcu mitozy i na po- która przesłania centrum aktywne separazy
czątku fazy G1 przez ligazę APC/C z białkiem i utrudnia dostęp do niego substratu, rozpo-
regulatorowym Cdh1 (BUSINO i współaut. czyna się w metafazie, natomiast masywna
2004). Dla ubikwitylacji Cdc25A przez ligazę jej destrukcja następuje póz
niej, po inakty-
SCF niezbędne jest ufosforylowanie nie tyl- wacji punktu kontrolnego wrzeciona (NA-
ko reszt serynowych w degronie DSG (kina- SMYTH 1999, GRZELAKOWSKA-SZTABERT 2002b,
zy jeszcze nieznane), lecz także następująca HAGTING i współaut. 2002). Ubikwitylacji se-
wcześniej fosforylacja seryny w przyległym kuryny dokonuje ligaza APC/C, której pod-
do niego regionie, która wydaje się wpływać jednostki regulatorowe Cdc20 i Cdh1 rozpo-
na interakcję Cdc25A z białkiem �-TrCP. znają obecne w jej cząsteczce domeny D-box
Tak precyzyjna regulacja wewnątrzko- i KEN-box (Ryc. 6). Zahamowanie ekspresji
mórkowego poziomu fosfatazy Cdc25A jest sekuryty, bądz
obecność jej zmutowanej, nie
konieczna dla prawidłowego przebiegu cy- ulegającej degradacji formy, wywołuje w ko-
klu komórkowego. Często występująca nade- mórkach Hela bardzo poważne zaburzenia
kspresja tego enzymu (na poziomie mRNA przebiegu mitozy, w tym utratę części chro-
i białka) w wielu nowotworach, a także mosomów, nieprawidłowe anafazy, a nawet
obecność w nich zmutowanych form enzy- sprawia, że wszystkie chromatydy  dziedzi-
mu o podwyższonej stabilności i w efekcie czy tylko jedna komórka.
konstytutywnej aktywności, może w konse- Przynajmniej w komórkach ludzkich se-
kwencji wywoływać niestabilność genomo- kuryna nie tylko działa jako inhibitor sepa-
wą komórek i stwarzać warunki do powsta- razy, lecz jest także niezbędna do powsta-
wania nowotworów. Ostatnio publikowane wania aktywnej formy tego enzymu (WAIZE-
badania wskazują, że różne związki przeciw- NEGGER i współaut. 2002, HORNIG i współaut.
nowotworowe w odmienny sposób wpływa- 2002), jednakże na czym polega to działanie
ją na szybkość i intensywność degradacji fos- sekuryny nie jest jeszcze wyjaśnione. Dru-
fatazy Cdc25A, czego dalszym efektem jest gim mechanizmem decydującym o hamowa-
ich zróżnicowany wpływ między innymi na niu aktywności separazy jest jej fosforylacja,
intensywność syntezy DNA (AGNER i współ- przeprowadzana w metafazie prawdopodob-
aut. 2005). nie przez kinazę Cdk2 (z Cykliną B1) i/lub
kinazy z rodziny kinaz MAPK. Do pełnej ak-
SEKURYNA
tywności tej proteazy w anafazie wydaje się
Degradacja sekuryny jest kluczowym wy- niezbędna nie tylko degradacja jej inhibitora
darzeniem w mitozie (Ryc. 6). Białko to jest  sekuryny, ale także jej defosforylacja (STEM-
inhibitorem enzymu  separazy, proteazy cy- MANN i współaut. 2001). Na ile ten mecha-
steinowej degradującej jedno z białek kom- nizm jest powszechny pokażą dalsze badania.
PRZYKA
ADY ZABURZEC
UKA
ADU UBIKWITYNA/PROTEASOM
Regulacja funkcjonowania układu ubikwi- wynikać z utraty lub spotęgowania funkcji
tyna/proteasom może odbywać się na pozio- poszczególnych enzymów biorących udział
mie procesów prowadzących do ubikwitylacji
w ubikwitylacji, a także z nieprawidłowości
substratów i/lub aktywności proteolitycznej
przebiegu potranslacyjnych modyfikacji bia-
proteasomu. Musi być ona bardzo precyzyj- łek warunkujących ich degradację.
na, gdyż wszelkie zakłócenia przebiegu tych
Osłabienie działania proteasomu nastę-
procesów mają bardzo poważne konsekwen- puje na ogół wraz z wiekiem i jest najpraw-
cje dla komórek, są też przyczyną wielu scho- dopodobniej wynikiem obniżonej syntezy
rzeń (CIECHANOVER i IWAI 2004, CIECHANOVER
białek tworzących podjednostki proteasomu
i SCHWARTZ 2004). Stany patologiczne zwią- oraz zmian ich struktury, a także pojawiania
zane z układem ubikwityna/proteasom mogą
się w komórkach nieprawidłowych białek
być skutkiem zarówno obniżonej, jak i przy- hamujących działanie proteasomu. (CARRARD
spieszonej proteolizy substratów. Mogą one
i współaut. 2002). Niższą aktywność prote-
BARBARA GRZELAKOWSKA-SZTABERT
144
asomu i brak proteolizy wielu białek, w tym tylowych (FANG i współaut. 2003, GUARDAVAC-
białek proapoptotycznych, stwierdza się tak- CARO i PAGANO 2004, OHTA i FUKUDA 2004).
że w komórkach ulegających apoptozie. Uak- Mogą one polegać na amplifikacji genów ko-
tywnione w tych komórkach kaspazy degra- dujących kulliny (komórki raka wątroby, no-
dują bowiem określone białka podjednostki wotworu piersi) czy też na amplifikacji i mu-
regulatorowej proteasomu, istotne w interak- tacjach genów kodujących białka z motywem
cjach pomiędzy białkami kompleksu regula- F-box (komórki raka piersi, raka przewodu
torowego oraz w rozpoznaniu ubikwitylowa- pokarmowego, różnych nowotworów jamy
nego substratu (SUN i współaut. 2004). ustnej). W efekcie może dochodzić do zmian
Natomiast intensywne uaktywnienie dzia- poziomu różnych regulatorów cyklu sprzyja-
łania proteasomu ma miejsce w tzw. choro- jących niekontrolowanej proliferacji komó-
bach  katabolicznych jak kacheksja, posocz- rek. Szczególnie dużo badań dotyczy udziału
nica, silne zranienia (HASSELGREN i współaut. białka Skp2, bardzo często o podwyższonej
2002, CIECHANOVER i IWAI 2004, CIECHANOVER ekspresji w wielu nowotworach, w regula-
i SCHWARTZ 2004), w dużej mierze związa- cji poziomu inhibitora p27. Okazało się bo-
ne z indukcją mięśniowych ligaz ubikwity- wiem, że wysoki poziom ekspresji tego biał-
lowych. Nadmiernie aktywny układ ubikwi- ka rozpoznającego p27 znacząco i bezpośred-
tyna/proteasom działa także w chorobach nio koreluje z występowaniem nowotworów
o podłożu immunologicznym, w chorobach i ich agresywnością, a także złym prognozo-
układu oddechowego (mukowiscydoza), czy waniem na przykład w ludzkich białaczkach,
w różnego typu niewydolności nerek, w tym raku prostaty, raku jajników i płuc (FANG
w dziedzicznym nadciśnieniu nerkowym (DE- i współaut. 2003, OHTA i FUKUDA 2004). Co
BIGARE i PRICE 2003). więcej, białko Skp2 bierze także udział w ubi-
Nieprawidłowe funkcjonowanie układu kwitylacji białka c-Myc, która nie wywołu-
ubikwityna/proteasom występuje też w wie- je jego degradacji, lecz stabilizuje to białko
lu chorobach neurodegeneracyjnych, w tym i zwiększa jego aktywność transkrypcyjną, co
w chorobie Parkinsona, Alzheimera, Hun- ma duże znaczenie w stymulacji proliferacji
tingtona i różnego typu ataksjach rdzenio- komórek (GUARDAVACCARO i PAGANO 2004).
wo-móżdżkowych (CIECHANOVER i IWAI 2004, Nieprawidłowe funkcjonowanie białka  łącz-
CIECHANOVER i SCHWARTZ 2004, ROSS i PIC- nikowego Skp1 w ligazie typu SCF również
KART 2004). W neuronach i neurytach mózgu może prowadzić do niestabilności genomo-
osób chorych obserwuje się nagromadzanie wej i transformacji nowotworowej komórek
białek o zaburzonej strukturze, zawierających (PIVA i współaut. 2002).
wiele cząsteczek glutaminy, często w połą- Z powstawaniem wysoce unaczynionych
czeniu z ubikwityną, a także agregatów biał- nowotworów ma też związek białko pVHL,
kowych w postaci złogów i płytek, które pełniące w ligazie VHL (pokrewnej ligazie
także są często ubikwitylowane. W jednej SCF) tę samą funkcję co białko z motywem
z form choroby Parkinsona (ang. autosomal F-box. Decyduje ono o ubikwitylacji i degra-
recessive juvenile parkinsonism, AR-JP) obec- dacji w proteasomie czynnika transkrypcyj-
na jest zmutowana ligaza ubikwitylowa, par- nego HIF-1ą (ang. hypoxia-inducible factor),
kina, co powoduje nagromadzanie się w ko- który reguluje ekspresję genów indukowa-
mórkach jej niezdegradowanych substratów, nych w komórkach podczas niedotlenienia,
prawdopodobnie toksycznych dla neuronów w tym czynnika wzrostu komórek endotelial-
dopaminergicznych. W chorobie Alzheimera nych (VEGF) oraz jego receptora, endoteliny,
stwierdza się obecność w mózgu pacjentów syntazy tlenku azotu czy też kilku enzymów
ubikwityny połączonej z ufosforylowanym biorących udział w glikolizie. W wyniku bra-
białkiem Tau, występowanie zmutowanej ubi- ku białka pVHL lub w obecności jego zmuto-
kwityny, hamującej aktywność proteolityczną wanych form, sytuacji występującej w choro-
proteasomu, a także obserwuje się spadek bie von Hippel-Lindau, dochodzi do zaburzeń
aktywności enzymów aktywujących i przeno- działania ligazy VHL i w efekcie konstytutyw-
szących ubikwitynę. Pozostaje sprawą otwar- nej ekspresji czynnika transkrypcyjnego HIF-ą
tą, czy te nieprawidłowości są przyczyną czy i aktywacji transkrypcji regulowanych przez
skutkiem występowania tych schorzeń. niego genów. Sprzyja to procesom angioge-
Bardzo wiele różnego typu zaburzeń nezy i powstawaniu nowotworów, zwłaszcza
układu ubikwityna/proteasom występuje nowotworów nerek (WENGER 2002).
w komórkach nowotworowych. Są to przede W wielu nowotworach zaburzone jest
wszystkim zaburzenia działania ligaz ubikwi- również funkcjonowanie monomerycznych
Nagroda Nobla z chemii w 2004 roku
145
ligaz ubikwitylowych, takich jak na przykład tozyny i guaniny w DNA ma miejsce na przy-
ligaza MDM2, odpowiedzialna przede wszyst- kład w ludzkich nowotworach płuc (MIZUNO
kim za degradację białka supresorowego i współaut. 2002). Przedstawione przykłady
p53 (GRZELAKOWSKA-SZTABERT 2004), czy też zaburzeń układu ubikwityna/proteasom wy-
wspomniana już ligaza CHFR. Jej epigene- raz
nie dokumentują jego znaczenie dla pra-
tyczna inaktywacja w wyniku wyciszania eks- widłowego funkcjonowania komórek.
presji genu Chfr poprzez metylację reszt cy-
CZY MOŻLIWA JEST FARMAKOLOGICZNA INTERWENCJA W DZIAA
ANIE UKA
ADU
UBIKWITYNA/PROTEASOM?
Odpowiedz
na to pytanie brzmi twierdzą- dehydowa pochodna nienasyconych kwasów
co, a każdy rok przynosi doniesienia o no- tłuszczowych, zdolny jest do modyfikowania
wych związkach zdolnych do hamowania, jednej z podjednostek proteasomu i hamo-
przynajmniej w niektórych typach komórek, wania jego aktywności chymotrypsynowej
niepożądanej proteolizy białek. Obecnie blo- (FERRINGTON i KAPPHAHN 2004).
kowanie działania proteasomu zaczyna się Ubistatyny są innego typu inhibitorami
nawet traktować jako nowe, niestandardowe, proteolizy białek w układzie ubikwityna/pro-
obiecujące podejście terapeutyczne w lecze- teasom (VERMA i współaut. 2004b). Te nisko-
niu wielu schorzeń (VOORHEES i współaut. cząsteczkowe związki wchodzą w interakcję
2003). Pierwszymi badanymi inhibitorami z poliubikwitylowym łańcuchem dołączonym
układu ubikwityna/proteasom były różne- do białek przeznaczonych do degradacji,
go typu analogi peptydów, odznaczające się uniemożliwiają jego rozpoznanie i wiązanie
zdolnością hamowania przede wszystkim przez podjednostkę regulatorową proteaso-
chymotrypsynowej aktywności proteasomu, mu i tym samym blokują rozpoczęcie degra-
ale także aktywności proteaz lizosomalnych dacji białka. Na poziomie rozpoznania białko-
oraz niektórych proteaz cysteinowych i se- wego substratu nie przez proteasom, a przez
rynowych (LEE i GOLDBERG 1998). Mimo bra- odpowiednia ligazę ubikwitylową (białko
ku wybiórczej specyficzności w stosunku do MDM2) wydaje się natomiast działać nutlina,
proteasomu, jedna z tego typu pochodnych, inhibitor degradacji białka supresorowego
bortezomib (Velcade; PS-341) znalazła już za- p53 (VASSILEV i współaut. 2004).
stosowanie w leczeniu szpiczaka mnogiego Obecnie myśli się też o innych niż omó-
(LEE i GOLDBERG 1998), a znacznie zaawan- wione potencjalnych miejscach interwen-
sowane badania kliniczne wskazują na moż- cji w działanie tego układu, jak na przykład
liwość stosowania tego związku także w le- blokowanie wiązania enzymu E2 niosącego
czeniu innych chorób pochodzenia hemato- zaktywowaną ubikwitynę do odpowiedniej
logicznego (RICHARDSON 2003). Są też dane ligazy, czy też hamowanie działania peptydaz
wskazujące, że bortezomib może uwrażliwiać odszczepiających łańcuch poliubikwitylowy
komórki nowotworowe na działanie tradycyj- od substratu jeszcze przed rozpoznaniem go
nych chemioterapeutyków czy też radiotera- przez proteasom (BELLOWS i TYERS 2004). Wy-
pię. daje się, że zsyntetyzowanie związków bloku-
Klasycznym, wysoce specyficznym inhi- jących powyższe procesy jest tylko kwestią
bitorem działania proteasomu jest produkt czasu.
pochodzenia bakteryjnego, laktacystyna (FEN- Niekiedy konieczne staje się nie zaha-
TEANY i SCHREIBER 1998). A
ączy się ona i ace- mowanie proteolizy określonych białek,
tyluje duże podjednostki � proteasomu i w a wręcz jej przyspieszenie. Wówczas właści-
efekcie hamuje wszystkie jego aktywności wym celem terapeutycznym stają się przede
proteolityczne (nieodwracalnie aktywność wszystkim ligazy ubikwitylowe, niezbędne
chymotrypsynową i trypsynową, odwracalnie do ostatniego etapu modyfikacji białka (PRAY
kaspazową). Ze względu na to, że laktacysty- i współaut. 2002, SUN 2003). Od kilku lat po-
na, a zwłaszcza jej �-lakton, nie hamują pro- dejmowane są też próby precyzyjnego kiero-
teaz cysteinowych, serynowych i lizosomal- wania wybranych białek na drogę proteolizy
nych, związki te są niezastąpione w badaniu przy użyciu chimerycznych białek adaptoro-
efektów zablokowania działania proteasomu wych typu Protac (ang. proteolysis targeting
na funkcjonowanie komórek (LEE i GOLD- chimeric molecule) (SAKAMOTO i współaut.
BERG 1998). Również 4-hydroksy nonenal, al- 2003)), czy też chimerycznych ligaz ubikwi-
BARBARA GRZELAKOWSKA-SZTABERT
146
tylowych zawierających dwie domeny Ring inhibitorów tego procesu lub składników
finger (OYAKE i współaut. 2002). Przy zasto- kompleksu transkrypcyjnego, modyfikacjach
sowaniu tej strategii uzyskano pozytywne histonów oraz w regulacji działania wielu
wyniki w badaniach proteolizy receptorów czynników transkrypcyjnych. Jest też nie-
estradiolu i dihydrotestosteronu, a także jed- zbędna, jak już wspomniano, w regulacji en-
nego z inhibitorów cyklu komórkowego, docytozy licznych białek błonowych, w tym
białka p57. Czy metody te będą odpowiednie receptorów czynników wzrostu i podjedno-
dla ukierunkowanej proteolizy innych białek stek kanałów jonowych, w regulacji apop-
pokażą dalsze badania. tozy, namnażaniu wirusów i ich uwalnianiu
Należy zdawać sobie sprawę, że modyfi- z komórek. I z pewnością nie są to wszystkie
kowanie białek ubikwityną, to nie tylko  po- procesy, w których może uczestniczyć ubi-
całunek śmierci , jak obrazowo nazwali ten kwityna, jak również pokrewne jej białka.
proces dziennikarze piszący o osiągnięciach
laureatów nagrody Nobla. Ubikwityna uczest- Autorka bardzo serdecznie dziękuje dr
niczy bowiem także w regulacji transkrypcji Magdalenie Dudkowskiej za pomoc w opra-
biorąc udział w degradacji aktywatorów bądz
cowaniu i wykonanie rysunków.
NOBEL PRIZE IN CHEMISTRY IN 2004 FOR UBIQUITIN-DEPENDENT PROTEIN DEGRADATION
Summary
In the article Nobel laureates in chemistry for the ubiquitylation of the main cell cycle regulators
2004  Irvine Rose, Avram Hershko and Aron Ciech- as well as the mechanisms regulated by their activi-
anover  and their achievements in elucidating the ties are described. Examples of the abnormalities of
ubiquitin-mediated protein degradation are presented functioning of the ubiquitin/proteasome system in
and the function of ubiquitin in this process is short- various diseases and possibilities of pharmacological
ly reviewed. Moreover, ubiquitin ligases involved in intervension in its action are also presented.
LITERATURA
AGNER J., FALCK J., LUKAS J., BARTEK J., 2005. Differ- CHUNG C. H., BAEK S. H., 1999. Deubiquitinating en-
ential impact of diverse anticancer chemothera- zymes: their diversity and emerging roles. Bio-
peutics on the Cdc25A-degradation checkpoint chem. Biophys. Res. Commun. 266, 633 640.
pathway. Exp. Cell Res. 302, 162 169. CIECHANOVER A., IWAI K., 2004. The ubiquitin-sys-
BASHIR T., DORRELLO N. V., AMADOR V., GUARDAVAC- tem: from basic mechanisms to the patient bed.
CARO D., PAGANO M., 2004. Control of the SCFSkp2- IUBMB Life 56, 193 201.
Cks1
ubiquitin ligase by the APC/CCdh1 ubiquitin CIECHANOVER A., SCHWARTZ A. L., 2004. The ubiqui-
ligase. Nature 428, 190 193. tin system: pathogenesis of human diseases and
BELLOWS D. S., TYERS M., 2004. Chemical genetics hits drug targeting. Biochim. Biophys. Acta 1695,
 reality . Science 306, 67 68. 3 17.
BORNSTEIN G., BLOOM J., SITRY-SHEVAH D., NAKAYAMA CIECHANOVER A., ORIAN A., SCHWARTZ A. L., 2000.
K., PAGANO M., HERSHKO A., 2003. Role of the Ubiquitin-mediated proteolysis: biological regu-
SCFSkp2 ubiquitin ligase in the degradation of lation via destruction. BioEssays 22, 442 451.
p21Cip1 in S phase. J. Biol. Chem. 278, 25752 CRAIG K. L., TYERS M., 1999. The F-box: a new motif
25757. for ubiquitin dependent proteolysis in cell cycle
BUSINO L., CHIESA M., DRAETTA G. F., DONZELLI M., regulation and signal transduction. Prog. Bio-
2004. Cdc25 phosphatase: combinatorial phos- phys. Mol. Biol. 72, 299 328.
phorylation, ubiquitylation and proteolysis. On- DEBIGARE R., PRICE S. R., 2003. Proteolysis, the ubiqui-
cogene 23, 2050 2056. tin-proteasome system, and renal diseases. Am.
BUTZ N., REUTZ S., ATT F., HALL J., WEILER J., MESTAN J. Physiol. Renal Physiol. 285, F1 8.
J., DUCARRE M., GROSSENBACHER R., HAUSER P., DONZELLI M., DRAETTA G. F., 2003. Regulating mam-
KEMPF D., HOFMANN F., 2005. The human ubiqui- malian checkpoints through Cdc25 inactivation.
tin-conjugating enzyme Cdc34 controls cellular EMBO Rep. 4, 671 677.
proliferation through regulation of p27Kip1 pro- DONZELLI M., SQUATRITO M., GANOTH D., HERSHKO A.,
tein levels. Exp. Cell Res. 303, 482 493. PAGANO M., DRAETTA G. F., 2002. Dual mode of
CARDOZO T., PAGANO M., 2004. The SCF ubiquitin li- degradation of Cdc25A phosphatase. EMBO J.
gase: insights into a molecular machine. Nature 21, 4875 4884.
Rev. Mol. Cell Biol. 5, 739 751. FANG S., LORICK K. L., JENSEN J. P., WEISSMAN A. M.,
CARRARD G., BULTEAU A. L., PETROPOULOS I., FRIGUET 2003. RING finger ubiquitin protein ligases: im-
B., 2002. Impairment of proteasome structure plications for tumorigenesis, metastasis and for
and function in aging. Int. J. Biochem. Cell Biol. molecular targets in cancer. Semin. Cancer Biol.
34, 1461 1474. 13, 5 14.
Nagroda Nobla z chemii w 2004 roku
147
FENTEANY G., SCHREIBER S. L., 1998. Lactacystin, pro- KANG D., CHEN J., WONG J., FANG G., 2002. The check-
teasome function, and cell fate. J. Biol. Chem. point protein Chfr is a ligase that ubiquitinates
273, 8545 8548. Plk1 and inhibits Cdc2 at the G2 to M transi-
FERRINGTON D. A., KAPPHAHN R. J., 2004. Catalytic tion. J. Cell Biol. 156, 249 259.
site-specific inhibition of the 20S proteasome by KAWAKAMI T., CHIBA T., SUZUKI T., IWAI K., YAMANAKA
4-hydroxynonenal. FEBS Lett. 578, 217 223. K., MINATO N., SUZUKI H., SHIMBARA N., HIDAKA
FINLEY D., CIECHANOVER A., VARSHAVSKY A., 2004. Y., OSAKA F., OMATA M., TANAKA K., 2001. NEDD8
Ubiquitin as a central cellular regulator. Cell recruits E2-ubiquitin to SCF E3 ligase. EMBO J.
S116, S29 S32. 20, 4003 4012.
F�RSTER A., HILL C. P., 2003. Proteasome degrada- KREK W., 2003. BTB proteins as henchmen of Cul3-
tion: enter the substrate. Trends Cell Biol. 13, based ubiquitin ligases. Nature Cell Biol. 5,
550 553. 950 951.
GLOTZER M., MURRAY A. W., KIRSCHER M. W., 1991. LEE D. H., GOLDBERG A. L., 1998. Proteasome in-
Cyclin is degraded by the ubiquitin pathway. hibitors: valuable new tools for cell biologists.
Nature 349, 132 138. Trends Cell Biol. 8, 397 403.
GRZELAKOWSKA-SZTABERT B., 1993. Degradacja cyklin LIU J., FURUKAWA M., MATSUMOTO T., XIONG Y.,
jako niezbędny element regulacyjny cyklu ko- 2002. NEDD8 modification of CUL1 dissociates
mórkowego. Post. Biochem. 39, 16 25. p120CAND1, an inhibitor of CUL1-SKP1 binding
GRZELAKOWSKA-SZTABERT B., 1995. Regulacja cyklu and SCF ligases. Mol. Cell 10, 1511 1518.
komórkowego  udział białkowych inhibitorów MADURA K., 2004. Rad23 and Rpn10: perennial wall-
kinaz cyklino-zależnych. Post. Biochem. 41, 81 flowers join the męl�e. Trends Biochem. Sci. 29,
 93. 637 640.
GRZELAKOWSKA-SZTABERT B., 2002a. Proteoliza białek MANTEUFFEL-CYMBOROWSKA M., 1996. Dekarboksyla-
regulujących przebieg cyklu komórkowego  za ornitynowa jedynym nieubikwitynowanym
udział ubikwitynacji. Post. Biochem. 48, 34 47. białkiem degradowanym przez 26S proteaso-
GRZELAKOWSKA-SZTABERT B., 2002b. Punkty kontrolne my? Post. Biochem. 42, 113 119.
cyklu komórkowego, czy znamy ich molekular- MIZUNO K., OSADA H., KONISHI H., TATEMATSU Y.,
ne podłoże? Post. Biol. Kom. 29, 157 175. YATABE Y., MITSUDOMI T., FUJII Y., TAKAHASHI T.,
GRZELAKOWSKA-SZTABERT B., 2004. Oligo- i monome- 2002. Aberrant hypermethylation of the CHFR
ryczne ligazy ubikwitynowe E3 z domeną RING prophase checkpoint gene in human lung can-
finger  budowa i działanie. Post. Biol. Kom. cers. Oncogene 21, 2328 2333.
31, 373 392. MOSHE Y., BOULAIRE J., PAGANO M., HERSHKO A., 2004.
GUARDAVACCARO D., PAGANO M., 2004. Oncogenic ab- Role of Polo-like kinase in the degradation of
errations of cullin-dependent ubiquitin ligases. early mitotic inhibitor 1, a regulator of the ana-
Oncogene 23, 2037 2049. phase promoting complex/cyclosome. Proc. Nat.
GUTERMAN A., GLICKMAN M. H., 2004. Deubiquitinat- Acad. Sci. USA 101, 7937 7942.
ing enzymes are IN/(trinsic to proteasome func- NASH P., TANG X., ORLICKY S., CHEN Q., GERTIER F.B.,
tion). Curr. Protein Pept. Sci. 5, 201 211. MENDENHALL M. D., SICHERI F., PAWSON T., TYERS
HAGLUND K., DI FIORE P. P., DIKIC I., 2003. Distinct M., 2001. Multisite phosphorylation of a CDK
monoubiquitin signals in receptor endocytosis. inhibitor sets a threshold for the onset of DNA
Trends Biochem. Sci. 28, 598 603. replication. Nature 414, 514 521.
HAGTING A., DEN ELZEN N., VODERMAIER H. C., WAIZE- NASMYTH K., 1999. Separating sister chromatids.
NEGGER I. C., PETERS J. M., PINES J., 2002. Human Trends Biochem. Sci. 24, 98 104.
securin proteolysis is controlled by the spindle NASMYTH K., PETERS J. M., UHLMANN F., 2000. Splitting
checkpoint and reveals when the APC/C switch- the chromosome: cutting the ties that bind sister
es from activation by Cdc20 to Cdh1. J. Cell chromatid. Science 288, 1379 1385.
Biol. 157, 1125 1137. OHTA T., FUKUDA M., 2004. Ubiquitin and breast
HARTMANN-PETERSEN R., GORDON C., 2004. Protein cancer. Oncogene 23, 2079 2088.
degradation: recognition of ubiquitinylated sub- OYAKE D., NISHIKAWA H., KOIZUKA I., FUKUDA M.,
strates. Curr. Biol. 14, R754 R756. OHTA T., 2002. Targeted substrate degradation
HASSELGREN P.O., WRAY C., MAMMEN J., 2002. Molecu- by an engineered double RING ubiquitin ligase.
lar regulation of muscle cachexia: it may be Biochem. Biophys. Res. Commun. 295, 370 375.
more than the proteasome. Biochem. Biophys. PAGE A. M., HIETER P., 1999. The anaphase-promoting
Res. Commun. 290, 1 10. complex: new subunits and regulators. Annu.
HERSHKO A., CIECHANOVER A., HELLER H., HAAS A. L., Rev. Biochem. 68, 583 609.
ROSE I. P., 1980. Proposed role of ATP in protein PAN Z. Q., KENTSIS A., DIAS D. C., YAMOAH K., WU K.,
breakdown: conjugation of proteins with mul- 2004. Nedd8 on cullin: building an expressway
tiple chains of the polypeptide of ATP-dependent to protein destruction. Oncogene 23, 1985
proteolysis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 77, 1783 1997.
1786. PETROSKI M. D., DESHAIES R. J., 2005. Function and
HERSHKO A., CIECHANOVER A.., VARSHAVSKY A., 2000. regulation of cullin-ring ubiquitin ligases. Nat.
The ubiquitin system. Nature Med. 6, 1073 Rev. Mol. Cell Biol. 6, 9 20.
1081. Pfleger C. M., Kirschner M. W., 2000. The KEN box:
HENGST L., 2004. A second RING to destroy p27Kip1. an APC recognition signal distinct from the D
Nature Cell Biol. 6 1153 1155. box targeted by Cdh1. Genes Dev. 14, 655 665.
HORNIG N., KNOWLES P. P., MCDONALD N., UHLMANN PFLEGER C. M., LEE E., KIRSCHNER M. W., 2001. Sub-
F., 2002. The dual mechanism of separase regu- strate recognition by the Cdc20 and Cdh1 com-
lation by securin. Curr. Biol. 12, 973 982. ponents of the anaphase-promoting complex..
JACKSON P. K., 2004. Linking tumor suppression, Genes Dev. 15, 2396 2407.
DNA damage at the anaphase-promoting com- PICKART C. M., 2001. Mechanisms underlying ubiqui-
plex. Trends Cell Biol. 14, 331 334. tination. Annu. Rev. Biochem. 70, 503 533.
KAMURA T., HARA T., MATSUMOTO M., ISHIDA N., OKU- PICKART C. M., COHEN R. E., 2004. Proteasomes and
MURA F., HATAKEYAMA S., YOSHIDA M., NAKAYAMA their kin: proteases in the machine age. Nat.
K., NAKAYAMA K. I., 2004. Cytoplasmic ubiquitin Rev. Mol. Cell 5, 177 187.
ligase KPC regulates proteolysis of p27Kip1 at G1 PIOTROWSKA U., 1993. Struktura i funkcja ubikwity-
phase. Nat. Cell Biol. 6, 1229 1235. ny. Post. Biochem. 39, 8 16.
BARBARA GRZELAKOWSKA-SZTABERT
148
PIVA R., CHIARLE R., PODDA A., PAGANO M., INGHIRAMI Role of Rpn 11 metalloprotease in deubiquitina-
G., 2002. In vivo interference with Skp1 func- tion and degradation by the 26S proteasome.
tion leads to genetic instability and neoplastic Science 298, 611 615.
transformation. Mol. Cell. Biol. 22, 8375 8387. VERMA R., OANIA R., GRAUMANN J., DESHAIES R. J.,
PRAY T. R., PARLATI F., HUANG J., WONG B. R., PAYAN 2004a. Multiubiquitin chain receptors define a
D. G., BENNETT M. K., ISSAKANI S. D., MOLINEUX layer of substrate selectivity in the ubiquitin-
S., DEMO S. D., 2002. Cell cycle regulatory E3 proteasome system. Cell 118, 99 110.
ubiquitin ligases as anticancer targets. Drug Re- VERMA R., PETERS N. R., D ONOFRIO M., TOCHTROP G.
sist. Updat. 5, 249 258. P., SAKAMOTO K. M., VARADAN R., ZHANG M., COF-
RICHARDSON P., 2003. Clinical update: proteasome FINO P., FUSHMAN D., DESHAIES R. J., KING R. W.,
inhibitors in hematologic malignancies. Cancer 2004b. Ubistatins inhibit proteasome-dependent
Treat. Rev. 29, 33 39. degradation by binding the ubiquitin chain. Sci-
ROSS C. A., PICKART C. M., 2004. The ubiquitin-pro- ence 306, 117 120.
teasome pathway in Parkinson s disease and VEW P. R., 2001. Ubiquitin-mediated proteolysis of
other neurodegenerative diseases. Trends Cell vertebrate G1- and S-phase regulators. J. Cell
Biol. 14, 703 711. Physiol. 187, 1 10.
SAKAMOTO K. M., KIM K. B., VERMA R., RANSICK A., VODERMAIER H. C., 2004. APC/C and SCF: control-
STEIN B., CREWS C. M., DESHAIES J. R., 2003. De- ling each other and the cell cycle. Curr. Biol. 14,
velopment of protact to target cancer-promoting R787 R796.
proteins for ubiquitination and degradation. VOGES D., ZWICKL P., BAUMEISTER W., 1999. The 26S
Mol. Cell. Proteomics 2.12, 1350 1358. proteasome: a molecular machine designed for
SCHNELL J. D., HICKE L., 2003. Non-traditional func- controlled proteolysis. Annu. Rev. Biochem. 68,
tions of ubiquitin and ubiquitin-binding pro- 1015 1068.
teins. J. Biol. Chem. 278, 35857 35860. VOORHEES P. M., DEES E. C., O NEIL B., ORLOWSKI R.
SCHWARTZ D. C., HOCHSTRASSER M., 2003. A superfam- Z., 2003. The proteasome as a target for cancer
ily of protein tags: ubiquitin, SUMO and related therapy. Clin. Cancer Res. 9, 6316 6325.
modifiers. Trends Biochem. Sci. 8, 321 328. WAIZENEGGER I. C., GIM�NEZ-ABI�N J. F., WERNICK D.,
SCHWECHHEIMER C., 2004. The COP9 signalosome PETERS J. M., 2002. Regulation of human sepa-
(CSN): an evolutionary conserved proteolysis rase by securin binding and autocleavage. Curr.
regulator in eukaryotic development. Biochim. Biol. 12, 1368 1378.
Biophys. Acta 1695, 45 54. WEI W., AYAD N. G., WAN Y., ZHANG G. J., KIRSCH-
SHCHERBIK N., HAINES D. S., 2004. Ub on the move. J. NER M. W., KAELIN W. G., Jr, 2004. Degradation
Cell. Biochem. 93, 11 19. of the SCF component Skp2 in cell-cycle phase
STEMMANN O., ZOU H., GERBER S. A., GYGI S. P., G1 by the anaphase-promoting complex. Nature
KIRSCHNER M. W., 2001. Dual inhibition of sister 428, 194 198.
chromatid separation at metaphase. Cell 107, WEISSMAN A. M., 2001. Themes and variations on
715 726. ubiquitylation. Nature Rev. Mol. Cell Biol. 2,
SUN Y., 2003. Targeting E3 ubiquitin ligases for can- 169 178.
cer therapy. Cancer Biol. Ther. 2, 623 629. WENGER R. H., 2002. Cellular adaptation to hypoxia:
SUN L., CHEN Z. J., 2004. The novel functions of O2-sensing protein hydroxylases, hypoxia-induc-
ubiquitination in signaling. Curr. Opin. Cell ible transcription factors, and O2-regulated gene
Biol. 16, 119 126. expression. FASEB J. 16, 1151 1162.
SUN X. M., BUTTERWORTH M., MAC FARLANE M., DUBIEL WILKINSON K. D., 2004. Ubiquitin: a Nobel protein.
W., CIECHANOVER A., COHEN G. M., 2004. Caspase Cell 119, 741 745.
activation inhibits proteasome function during WING S. S., 2003. Deubiquitinating enzymes  the
apoptosis. Mol. Cell 14, 81 93. importance of driving in reverse along the ubiq-
TOUITOU R., RICHARDSON J., BOSE S., NAKANISHI M., uitin-proteasome pathway. Int. J. Biochem. Cell
RIVETT J., ALLDAY M. J., 2001. A degradation sig- Biol. 35, 590 605.
nal located in the C-terminus of p21WAF1/CIP1 WÓJCIK C., 1995. Proteasomy i szlak degradacji
is binding site for the C8 alpha-subunit of the białek zależny od ubikwityny. Post. Biol. Kom.
20S proteasome. EMBO J. 20, 2367 2375. 22, 295 315.
VARSHAVSKY A., 1996. The N-end rule: functions, YAMANO H., GANNON J., MAHBUBANI H., HUNT T., 2004.
mysteries, uses. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93, Cell cycle-regulated recognition of the destruc-
12142 12149. tion box of cyclin B by the APC/C in Xenopus
VASSILEV L. T., VU B. T., GRAVES B., CARVAJAL D., POD- egg extracts. Mol. Cell 13, 137 147.
LASKI F., FILIPOVIC Z., KONG N., KAMMLOTT U., LU- ZWICKL P., SEEMULLER E., KAPELARI B., BAUMEISTER W.,
KACS C., KLEIN C., FOTOUHI N., LIU E. A., 2004. In 2001. The proteasome: a supramolecular assem-
vivo activation of the p53 pathway by small- bly designed for controlled proteolysis. Adv. Pro-
molecule antagonists of MDM2. Science 303, tein Chem. 59, 87 222.
844 848.
VERMA R., ARAVIND L., OANIA R., MCDONALD W. H., YA-
RD
TES J. R. 3 , KOONIN E. V., DESHAIRE R. J., 2002.