Proteasomale Biogenese

Das 26S-Proteasom ist ein 2,5-MDa-Proteinkomplex, dessen Aufgabe der rechtzeitige Abbau polyubiquitinierte Proteine ​​in eukaryotischen Zellen ist. Es besteht aus einem tonnenförmigen 20S-Kernteilchen (CP), das mit einem oder zwei regulatorischen 19S-Partikeln assoziiert ist. Der 20S CP besteht aus sieben verschiedenen α- und sieben verschiedenen β-Untereinheiten, die zu gestapelten α7 / β7 / β7 / α7-Ringen zusammengesetzt sind. Die 20S-Proteasom-Biogenese ist ein geordneter Prozess, der von mehreren Chaperonen unterstützt wird, nämlich Pba1-4 und Ump1. Die heterodimeren Chaperone Pba1-2 und Pba3-4 fördern die α-Ring Anordnung und die anschließende Anlagerung der Untereinheiten β2, β3 und β4 verdrängt Pba3-4. Das nächste nachweisbare Zwischenprodukt wird als 15S-Vorläuferkomplex bezeichnet und enthält zusätzlich β5, β6, β1 und Ump1. Nach Zugabe von β7 dimerisieren zwei 15S-Komplexe schnell und es findet eine autokatalytische Pro-Peptid-Spaltung der proteolytischen Untereinheiten β1, β2 und β5 statt. Unsere kürzlich durchgeführte Studie erläutert die späten Schritte der Hefe-20S-Biogenese mithilfe einer Kombination aus biochemischer Analyse und Einzelpartikel-EM. Wir zeigen, dass Ump1 ein weitgehend unstrukturiertes Protein ist und konservierte Reste für wichtige Interaktionen mit den 20S Untereinheiten verantwortlich sind. Die proteasomale Reifung geht mit globalen Umlagerungen einher, die ultimativ zur Ablösung des Pba1-2 Heterodimers führen, welches nicht abgebaut sonder recycelt wird. Ump1 und die Pro-Peptide dienen als eine Art Barriere, die vergleichsweise langsam abgebaut wird, um verfrühte Umlagerungen zu verhindern, so dass nur korrekt zusammengebaute, aktive Proteasomen entstehen. 

Wir haben kürzlich den schrittweisen Aufbauprozess mithilfe hochauflösender Kryo-Elektronenmikroskopie entschlüsselt. Die neuen Daten zeigen, dass das Proteasom über zwei unterschiedliche Wege aufgebaut werden kann, die sich in der Reihenfolge der eingebauten β-Untereinheiten unterscheiden. Entgegen früheren Hypothesen ist der Aufbau dieses essenziellen Komplexes kein starrer, linearer Prozess, sondern verläuft über mehrere alternative Wege. Nach Ansicht der Redaktion von „Nature Communications“ gehört die Arbeit zu den 50 besten aktuellen Publikationen im Bereich „Strukturbiologie, Biochemie und Biophysik“ und wurde daher als „Editors’ Highlight“ ausgezeichnet.