Proteosoma

Proteosoma – (proteinas + gr. soma – kūnas) – proteolitinė nelizosominė sistema, rasta eukariotų, archėjų, kai kurių bakterijų ląstelėse. Pagrindinė proteosomų funkcija – ubikvitilintų (pažymėtų ubikvitinu) baltymų skaidymas. Iki jų atradimo buvo manoma, kad visas proteolitines funkcijas ląstelėje atlieka lizosomos. Proteosomos reguliuoja daugybę ląstelės procesų. Vykdo pažeistų baltymų skaidymą, generuoja peptidinius antigenus, reguliuoja signalo perdavimo kelius, transkripciją, ląstelių proliferaciją ir diferenciaciją.

20S multikatalizinis kompleksas

Šis kompleksas yra tuščio cilindro formos ir sudaro centrinę proteosomos dalį – šerdį. Cilindrą suformuoja 4 dviejų tipų (α ir β) heptameriniai žiedai. Išorinę cilindro pusę sudaro α tipo žiedai, o vidinę – β tipo žiedai. α tipo žiedai sudaro kanalą ir centrinę kamerą. Šioje kameroje vykdoma proteolizė. β tipo žieduose yra proteolitiniai proteazių centrai, kur baltymai suskaidomi į 7-13 aminorūgščių oligopeptidus.

19S reguliatorinis kompleksas

Šis reguliatorinis kompleksas dengia 20S kompleksą. Jis disocijuoja į dvi dalis –pagrindą ir dangtelį. Pagrindas sudarytas iš 6 subvienetų, turinčių ATPazinį aktyvumą. ATP hidrolizės energija panaudojama skaidomo baltymo išvyniojimui ir translokacijai į 20S proteosomą. Dangtelis dengia pagrindą, atpažįsta ubikvitilintus baltymus. Jame esantys fermentai izopeptidazės pašalina nuo baltymų laisvą ubikvitiną. Ubikvitinas nėra suskaidomas, o grįžta į ląstelės citozolį. 19S reguliatorinis kompleksas, prisijungdamas prie vieno ar abiejų 20S proteosomos galų, atidaro arba uždaro proteosomos kanalą ir reguliuoja baltymų patekimą.

Proteosomos veikimas

Prieš patenkant baltymui į proteosomą, jis turi būti modifikuotas, kovalentiškai prijungiant ubikvitiną. Iš pradžių vyksta ubikvitino molekulės C galo Gly liekanos aktyvacija, katalizuojama E1 fermento. Vėliau, aktyvuotas ubikvitinas surišamas su ubikvitiną perkeliančiu fermentu E2. Ubikvitino-ligazės E3 pagalba formuojama izopeptidinė jungtis tarp ubikvitino C galo Gly liekanos ir baltymo-taikinio vidinės Lys liekanos e-amino grupės. Ubikvitilintas baltymas atpažįstamas, su juo susiriša 19S reguliatorinis kompleksas. Prieš įleidžiant baltymą į 20S proteosomą, baltymas turi būti deubikvitilinamas („atkabinamas“ ubikvitinas). 19S kompleksas hidrolizuoja izopeptidinį ryšį, taip atpalaiduojamas ubikvitinas, kuris gali pažymėti kitus skaidomus baltymus. Panaudojant ATP hidrolizės energiją, baltymas išvyniojamas ir linijinė baltymo grandinė patenka į 20S proteolitinę kamerą. Kameroje baltymai suskaidomi iki 7-13 aminorūgščių oligopeptidų. Iškeliavę iš proteosomos pro laisvą, neuždengtą 19S komplekso galą, oligopeptidai fermentų proteazių pagalba toliau bus hidrolizuojami citoplazmoje iki aminorūgščių.

Archėjų proteosomos

1992 m. archėjinis 20S proteosomos “atitikmuo“ atrastas Thermoplasma acidophylum.

Prokariotų proteosomos

Pirma bakterinė 20S proteosoma rasta aktinomicetuose – Rhodococcus erythropolis. Daugumos bakterijų proteosomų struktūra yra žymiai paprastesnė nei eukariotinių ląstelių. Manoma, kad prokariotų proteosomų pirmtakais buvo šiluminio šoko baltymai HslV (heat shock locus v) ir HslU (heat shock locus U). Šie baltymai veikia kaip atsakas į ląstelės stresą. HslV yra proteazė, o HslU yra ATPazė. Abu šie baltymai suformuoja simetrišką keturių žiedų struktūrą. Du išoriniai žiedai yra α tipo, o vidiniai žiedai – β tipo. HslV gali skaidyti nereikalingus baltymus tik komplekse su HslU.
Ne visos bakterijos turi proteosomas. Ypatingai susidomėta Mycobacterium tuberculosis (Mtb), kuri pasižymi atsparumu žmogaus makrofagams. Ši bakterija labai gerai ištirta. Mtb proteosoma yra cilindro formos, sudaryta iš 4 žiedų (du išoriniai heptameriniai α žiedai ir du vidiniai heptameriniai β žiedai). Mtb turi baltymą Mpa – tai Mycobacterium proteosomos ATPazė. Ši ATPazė homologiška eukariotų 19S reguliacinio komplekso ATP-azėms, kurios atpažįsta baltymą, jį išvynioja ir skatina translokaciją per proteosomos šerdį.
Ilgą laiką buvo manyta, kad prokariotų proteosomos vykdo baltymų skaidymą nuo ubikvitino nepriklausomu keliu. Tačiau M. J. Pearce identifikavo pirmą prokariotinį į ubikvitiną panašų baltymą Pup (prokaryotic ubiquitin-like protein). Šis baltymas jungiasi su proteosomos substratais. Taip yra pažymimi baltymai, kurie keliauja skaidymui į prokariotų proteosomą.
Prokariotų proteosomų tyrimai yra labai reikšmingi. Mtb baltymų nukreipimas į proteosomą gali pasitarnauti naujų vaistų sukūrime.