Ubikvitin

**Ubikvitin** je mali regulatorni protein, koji je prisutan u skoro svim tkivima eukariota. *Ubikvitinacija* je proces posttranslacione modifikacije nekog proteina, koja nastaje njegovim vezivanjem za jedan ili više ubikvitinskih monomera kovalentnim vezama. Najčešća svrha ubikvitinacije je označavanje proteina za razgradnju. Ubikvitinska etiketa usmerava proteine ka proteasomu, koji je veliki proteinski kompleks u ćelijama koji razlaže i reciklira nepotrebne proteine. Osim toga, ubikvitinacija kontroliše stabilnost, funkciju i unutrašnji ćelijski položaj velikog broja proteina. Proces ubikvitinacije započinje enzim E1.

## Identifikacija

Ubikvitin (prvotno *sveprisutni imunopotentni polipeptid*) je bio identifikovan 1975. godine kao sveprisutni protein mase 8.5 kDa. Osnovne uloge ubikvitina otkrivene su u ranim 1980-im u istraživanjima Foks Čejs instituta za rak, a otkrila ga je ekipa naučnika koju su sačinjavali Aron Ciechanover, Avram Hershko i Irvin Rose, koji su za svoje otkriće dobili Nobelovu nagradu za hemiju 2004. godine.

Ubikvitinski sistem je prvotno okarakterisan kao ATP-zavisni proteolitički sistem prisutan u ćelijskim ekstraktima. Za termostabilani polipeptid prisutan u ovim ekstraktima, ATP-zavisni proteolitički faktor 1 (APF-1), je utvrđeo da je povezan kovalentnom vezom za model supstrata lizozima, u ATP i Mg2+ zavisnim procesima. Višestruki APF-1 molekuli su bili povezani s jednim molekulom supstrata izopeptidnim vezama. Ustanovljeno je da se njihovi konjugovani proteini brzo razlažu uz oslobađanje slobodnih APF-1. Ubrzo nakon toga, razjašnjena je konjugacija APF-1 proteina, koji je nazvan ubikvitinom. Karboksilna grupa aminokiseline glicina (Gly76) je otkrivena kao mjesto spajanja sa lizinom supstrata.

## Protein

Ubikvitin je protein koji se sastoji od 76 aminokiselina i ima molekulsku masu od 8.5 kDa. Ključne karakteristike su C-terminalni rep i 7 lizina. Visoko je konzerviran među eukariotskim vrstama: ljudi i kvasci dele 96% sekvence. Sekvenca ljudskog ubikvitina, pri čemu svako slovo označava aminokiselinu, je:

## Ubikvitinacija

Proces označavanja nekog proteina ubikvitinom (ubikvitinacija) se sastoji od serije koraka:

# *Aktivacija ubikvitina*: Ubikvitin aktivira E1 ubikvitin-aktivirajući enzim u procesu koji zahtijeva ATP kao izvor energije. Prvi korak uključuje proizvodnju ubikvitin-adenilata. Druga faza je prenos ubikvitina do aktivnog mjesta, cisteina na E1 enzimu, uz otpuštanje AMP-a. Ovaj korak rezultira u tioesterskoj vezi između C-terminalne karboksilne grupe ubikvitina i sulfihidrilnom grupom cisteina na enzimu E1.
# *Prenos ubikvitina* s E1 do aktivnog mesta cisteina ubikvitin-konjugujućeg enzima E2 putem tran(tio)esterifikacijske reakcije. Genomi sisara imaju 30 - 40 ubikvitin-konjugujućih enzima.
# *Završni korak* reakcije ubikvitinacije je stvaranje izopeptidne veze između lizina ciljanog proteina i C-terminalnog glicina ubikvitina. Ovaj korak u reakciji zahteva aktiviranje jednog od stotina E3 ubikvitin-protein ligaza (ili skraćeno, ubikvitin ligaza). E3 enzimi deluju kao supstrat za prepoznavanje i imaju sposobnost reagovanja sa E2 i sa supstratom.
 
U reakciji ubikvitinacije E1 se može povezati sa desetinama E2, koji se mogu povezati sa stotinama E3, hijerarhijski. Ostali ubikvitinu-slični proteini takođe reaguju preko E1-E2-E3 kaskade.

### E3
E3 enzimi poseduju jedan od dva moguća domena:
* HECT () domen
* RING () domen

Prenos je moguć na dva načina:
* Direktno s E2, preko katalize RING domena E3 enzima
* Preko E3 enzima, katalizom HECT domena E3. U ovom slučaju, intermedijar kovalentnog E3-ubikvitina se stvara pre prebacivanja na supstrat.

## Funkcije i načini vezivanja
Osim da se samo jedan ubikvitin veže na supstrat, moguće je vezivanje niza molekula ubikvitina, pa tako nastaje poliubikvitinski lanac. Osim toga, neki supstrati su modifikovaani adicijom ubikvitinskih modula s lizinskim ostatkom, u procesu koji se naziva multiubikvitinacija. Kao što je već rečeno, ubikvitin ima 7 lizinskih ostataka. Istorijski, prvobitni tip prepoznatih ubikvitinskih lanaca su bili oni povezani preko lizina 48. Novija istraživanja su otkrila varijetet veza koji uključuje sve moguće lizinske nastavke, a osim toga i linearne lance povezane s N-terminalom ubikvitinskog molekula. Radovi izdani 2007. godine pokazuju stvaranje razgranatih lanaca ubikvitina putem različitih veza. "Atipični" (nelizinski vezani) lanci ubikvitina se spominju u radu naučnik Ikede i Đikića.

Ubikvitinacijski sistem učestvuje u brojnim ćelijskim procesima, kao što su:

* Razgradnja antigena
* Apoptoza
* Stvaranje organela
* Ćelijski ciklus i deoba
* Transkripciju DNK i njen popravak
* Diferencijacija i razvoj
* Imunski odgovor i upale
* Živčana i mišićna degeneracija
* Morfogeneza živčanih ćelija
* Modulacija receptora na površini ćelija i jonskih kanala
* Odgovor na stres i spoljašnje činioce
* Stvaranje ribozoma
* Virusne infekcije

### Lanci povezani preko 48-og lizina

Najistraživaniji poliubikvitinski lanci, oni povezani preko 48-og molekule lizina, označavaju proteine za razgradnju u procesu koji se zove proteoliza. Barem četiri ubikvitinska molekula moraju biti povezana za lizinske nastavke ciljanog proteina kako bi ga prepoznao 26S-proteasom.. Proteasom je kompleksna, bačvasta struktura s dve komore, u kojima se odvija proteoliza. Proteini se brzo razgrađaju u manje peptide (obično duge od 3 - 24 aminokiseline). Ubikvitinski molekuli se odvajaju od proteina pre same razgradnje i recikliraju za dalju upotrebu. Iako je većina proteosomskih supstrata ubikvitinirana, postoje primeri neubikvitiniranih proteina za razgradnju u proteasomu.

### Monoubikvitinacija
Ubikvitin takođe može da označava membranske proteine (na primer, receptore) koje treba odstraniti s membrane, i vrši nekoliko signalnih uloga u ćeliji. Molekuli na ćelijskoj membrani označeni s ubikvitinom su često monoubikvitinizirani, i ove modifikacije često označavaju protein za razgradnju u lizosomu.

## Povezanost s bolestima i poremećajima
### Genetički poremećaji
Neki genetički poremećaji često povezani s ubikvitinom su:
* Gen čija disfunkcija uzrokuje Angelmanov sindrom, UBE3A, nosi na sebi kod za ubikvitin ligazu (E3) enzmin pod nazivom E6-AP.
* Gen poremećen Von Hipel-Lindauvim sindromom kodira ubikvitin E3 ligazu pod nazivom VHL tumorski supresor ili VHL gen.
* Gen poremećen Lidlovim sindromom dovodi do disregulacije epitelnog Na+ kanala (ENaC) i uzrokuje hipertenziju.
* Osam od trinaest identifikovanih gena čija disfunkcija uzrokuje Fanconijevu anemiju kodira proteina koji formira veliki ubikvitin ligaza (E3) kompleks.
* Mutacije Cullin7 E3 ubikvitin ligaze su povezane s 3-M sindromom, recesivnim poremećajem koji rezultira u retardaciji.

### Imunohistohemija
Antitijela za ubikvitin se koriste u histologiji kako bi se identifikovale abnormalne nakupine proteina unutar ćelije, koje su markeri bolesti. Ove nakupine se nazivaju inkluzijska telešca. Primeri za takve nenormalne inkluzije su:
* Neufobrilarna klupka u Alzheimerovoj bolesti
* Levijeva telešca u Parkinskonovoj bolesti
* Pickova telešca u Pickovoj bolesti
* Inkluzije u bolesti motornih neurona i Huntingtonovoj bolesti
* Malorijeva telešca u alkoholnoj bolesti jetre
* Rosenthalska vlakna u astrocitima

## Literatura

## Vanjske veze
* 
* Angelmanov sindrom
* OMIM
* UniProt
* UbiPred 
* Ubikvitin 
* 7.340 Ubikvitinacija