文摘
转译后的改性蛋白质的泛素已经成为突触发育和功能的关键调节器。泛素化是一个可逆的修改由大量的共同行动具体泛素连接酶和泛素蛋白酶,叫做deubiquitinating酶(配音)。这些酶活性的平衡决定了定位、功能、和目标蛋白质的稳定。虽然一些配音对抗特定的泛素连接酶的作用通过移除泛素和编辑泛素链,其他配音功能更一般的维护自由泛素单体的细胞池。配音的重要性在突触功能由协会强调特定的基因突变在配音和几个神经障碍。在过去的十年里,尽管许多研究已导致许多泛素连接酶的识别和描述突触,我们的知识相关的配音,作用于突触已经滞后。本文重点是突出我们目前所了解的配音调节突触功能,这些配音的疾病而导致的功能障碍。
1。介绍了泛素信号系统
在过去的十年中,泛素信号系统已成为一种行之有效的监管机构的神经生物学(1- - - - - -4]。在神经元中,泛素控制不同的细胞过程包括细胞命运的决心,细胞生存,神经突形态发生,产物突触开发和突触功能(1,3- - - - - -5]。Misregulation泛素系统与众多的神经和神经退行性疾病(3- - - - - -8]。尽管几个泛素途径酶的识别和描述参与这些过程,仍有待阐明关于函数,监管,和大多数泛素酶的底物神经元,特别是,在突触。下面,我们将提供一个总体概述泛素系统的生物学及其对神经功能的影响,其次是更集中分析已知的角色deubiquitinating酶(配音)在控制突触活动。
蛋白质泛素化是一个关键的转译后的修改,它发生在所有真核生物,它调节稳定,活动,和/或本地化的可溶性和跨膜蛋白在不同的细胞类型。泛素本身就是一个76个氨基酸的多肽共价添加到目标蛋白质的赖氨酸残基组成的三步酶通路的活性ubiquitin-activating酶(E1)形式与c端thiol-ester中间泛素单体的甘氨酸残基,ubiquitin-conjugating酶(E2)的激活泛素转移,和泛素连接酶(E3),连同E2酶,使泛素与特定的底物(图1)[2]。共价连接的单一泛素赖氨酸残基的氨基酸组基质蛋白(monoubiquitination)可以调节他们的活动,能够与其他蛋白质亚细胞定位或贩卖。另外,一些泛素分子可能是共价连接在一起形成泛素链(polyubiquitination)。泛素本身包含七个赖氨酸残基(转K6、K11 K27, K29, K33, K48,和K63),和最近的研究表明,七个赖氨酸和泛素的氨基酸可以利用,形成各种各样的分支或线性链,确定最终的细胞的命运ubiquitinated蛋白(9,10]。
泛素的主要功能之一是为降解目标蛋白质在蛋白酶体或溶酶体(图1)。基质含有polyubiquitin链(例如K48-linked链)至少四个泛素通常被半个蛋白质包含特定ubiquitin-binding领域促进交付ubiquitinated 26 s蛋白酶体降解蛋白质。相比之下,monoubiquitination或K63-linked polyubiquitination跨膜蛋白通常作为信号的内吞作用和/或排序多泡体(多功能车辆总线)溶酶体的降解11- - - - - -14]。
像大多数转译后的修改,泛素化是可逆的;配音平衡泛素连接酶活性通过删除从目标泛素蛋白(图1)[15- - - - - -18]。配音发挥重要作用在它们参与编辑的蛋白酶体泛素链和去除和回收之前泛素蛋白酶的底物降解。配音也调节蛋白定位和溶酶体的降解(13,15]。细胞表面的跨膜蛋白的水平可以通过内吞作用调节后跟在溶酶体降解或循环回到质膜。Ubiquitinated跨膜受体被Endosomal排序所需的复杂的传输(ESCRT)复杂的目标受体多泡体(多功能车辆总线)。随后与溶酶体融合的多功能车辆总线导致受体退化(13,19]。配音调节跨膜受体退化多功能车辆总线/溶酶体途径通过三个机制:(1)阻止受体直接删除泛素降解蛋白质,从而促进受体回收到细胞表面,(2)促进受体deubiquitinating降解和稳定ESCRT复杂的组件负责针对ubiquitinated受体多功能车辆总线,和(3)促进受体退化和泛素回收deubiquitinating受体立即之前,其内化到多功能车辆总线(13,15,20.]。
2。泛素在突触功能
人类基因组编码估计500 - 600年E3泛素连接酶和大约100名配音15,17,25]。具体基质和细胞功能,绝大多数的这些酶在神经系统是未知的。第一个证据,泛素化是重要的突触功能来自工作研究突触可塑性机制的海洋软体动物,海兔,确定了配音Ap-Uch长期便利化的关键调节器在吉尔撤军反射(26]。后续研究培养的哺乳动物神经元表明突触蛋白的泛素化动态和可以直接控制两个急性和慢性突触活动的变化(27,28]。一系列研究苍蝇、蠕虫和老鼠已经确定了特定的角色数泛素连接酶和配音在控制突触发育和功能(见以下评论:1,3- - - - - -5,29日])。越来越多的泛素系统组件和目标蛋白在神经突触强调了突触的泛素系统生物学的重要性(1,3- - - - - -5]。此外,ubiquitin-conjugated蛋白质总量的积累和包涵体神经元在神经退行性疾病7协会)和突变在特定的泛素连接酶和配音几个神经系统疾病,如:Angelman综合征、帕金森病和运动失调5,6,30.- - - - - -32),强调需要更完整的理解泛素在神经系统的作用。
虽然初步研究侧重于阐明功能和E3泛素连接酶的底物特异性,过多的最近的报告所描述的角色配音在不同的细胞过程,从膜受体贩运和泛素回收影响转录,染色质结构,DNA修复(15,23]。的配音由人类基因组编码可以分成五类基于它们的序列同源性在催化领域。其中包括4类半胱氨酸蛋白酶:泛素c端水解酶(排序;4成员),具体泛素蛋白酶(美国邮政总局;57个成员),Machado约瑟夫病蛋白酶(MJD;4成员),Otubain蛋白酶(OTU;13个成员)。第五类是由JAB1 /或然数/ Mov34酶(JAMM;8个成员),metalloproteases [17]。
几个优秀的评论已经讨论了配音的结构和功能在一个广泛的细胞过程详细(15,16,23,25),包括最近的一个评论关注配音在神经系统的作用24]。在这里,我们描述一些配音的角色已被证明特别控制突触功能(表1),如果知道,讨论其功能障碍导致神经障碍。
3所示。配音控制泛素在突触体内平衡
3.1。UCH-L1 / Ap-Uch:监管者的单体的泛素控制突触结构和功能
UCH-L1羧基末端水解酶的表达,是几乎完全局限于大脑,睾丸和卵巢(33,73年]。在神经元中,UCH-L1高度表达,代表1 - 2%的大脑总可溶性蛋白(74年]。几行链接UCH-L1证据在小鼠和人类的多种神经退行性疾病,强调UCH-L1神经元功能的重要性。首先,与泛素,UCH-L1富含蛋白质总量和包涵体与帕金森病和阿尔茨海默氏症相关疾病(34- - - - - -36]。其次,一个特定的家族性突变UCH-L1在人类与帕金森病有关,转基因小鼠表达同一UCH-L1突变表现出多巴胺神经元的损失(35,37,38]。第三,不同的自发突变小鼠UCH-L1导致纤弱的轴突萎缩症(迦得),它的特点是ubiquitinated蛋白质总量的积累在神经元,轴突退化在脊髓纤弱的道,晚发性进步共济失调(33,39- - - - - -41]。
生化,UCH-L1已被证明具有几个函数。UCH-L1水平可以提高单体的泛素在神经元通过绑定和稳定泛素单体和deubiquitinating泛素前体(42,43]。UCH-L1二聚体也被报道具有泛素连接酶的活动,它可以调节的退化-核蛋白(44]。最后,可以farnesylated UCH-L1,这个配音的膜相关形式可以促进的积累和毒性-核蛋白(45]。
工作海兔导致Ap-Uch作为第一个配音的初始识别已知调节突触活动(26]。与哺乳动物UCH-L1和UCH-L3 Ap-Uch股票相似之处。序列比较表明UCH-L3 Ap-Uch更相似。然而,表达式模式UCH-L1 Ap-Uch更密切相关的,因为不像UCH-L3广泛表达,在许多组织,Ap-Uch只在神经系统中表达的26]。Ap-Uch是立即早期基因转录因子诱导的分子在长期便利(LTF),可塑性的一种形式海兔(26]。在此系统中,Ap-Uch蛋白质协会与泛素蛋白酶体,促进回收和基质的降解,如PKA的监管(R)单元,这是参与抑制LTF。抑制Ap-Uch活动,提供抗体阻断或反义olignucleotides特别感觉神经元,抑制LTF海兔,表明突触前的行动26]。在哺乳动物的研究表明UCH-L3 -老鼠在工作记忆缺陷,不足UCH-L1突变体迦得老鼠展览ubiquitinated蛋白质的积累(33,46,51]。这些研究表明,适当控制神经元的泛素的水平是至关重要的正常突触功能和缺陷的配音参与这个过程影响突触可塑性。
其他研究显示进一步机制UCH-L1有助于在glutamatergic突触活动依赖性突触功能的控制。具体来说,门冬氨酸治疗培养海马神经元的激活导致增加UCH-L1和水平的提高单体的泛素(47]。相反,药物抑制UCH-L1活动导致减少水平的单体的泛素proteasome-mediated退化和降低利率。这些影响泛素系统是伴随着一些缺陷在突触结构包括减少脊柱密度,增加脊柱的大小,和增加预处理和突触后蛋白质的积累。此外,UCH-L1导致异常的预处理和突触后抑制终端在超微结构水平,包括过度数量的突触前囊泡和扩大终端和异常的线粒体和液泡47]。突触结构的缺陷可以归因于UCH-L1保持单体泛素水平的能力,因为过度的泛素恢复正常神经元突触结构UCH-L1不足(47]。也观察到类似的结果UCH-L1基因敲除小鼠,展品受损自发和诱发神经肌肉突触活动48]。这些功能缺陷与突触囊泡数量的减少,同时增加异常tubulovesicular在轴突码头结构,最终,de-nervation的肌肉48]。因此,突触传递缺陷可能在UCH-L1-deficient基础外围神经退化观察动物。
第二个角色在神经退化UCH-L1观察小鼠模型的阿尔茨海默病(AD)发病机制(49]。水平的可溶性UCH-L1以前是表达下调在AD患者的大脑,它的发现与神经原纤维缠结50]。APP /ψ转基因小鼠模型的广告,具有减少UCH-L1大脑的活动,这与单体的含量显著减少泛素和LTP (49]。相似的结果出现在海马切片文化接受低聚物。在这两种情况下,然而,这些表型的超表达改善催化地功能UCH-L1水解酶(49]。与结果一致海兔(26],UCH-L1表达的能力,特别是其水解酶活性,减少突触可塑性在AD小鼠模型的缺陷是由于其能力水平降低的R单元PKA回到野生型的水平(49]。有趣的是,最近的一些研究也证明了UCH-L1调节的丰富的能力网站淀粉样前体蛋白(应用程序)裂开酶1 (BACE1),分泌酶酶的生成的关键肽(75年,76年]。具体来说,UCH-L1似乎增加BACE1的溶酶体降解,抑制的UCH-L1导致BACE1显著增加蛋白质含量在一些细胞类型,和损失的UCH-L1基因功能迦得老鼠水平显著增加内源性BACE1 C99,肽(75年,76年]。虽然这些效应的特异性尚不清楚,增强UCH-L1活动可能是一种很有前途的方法治疗广告。UCH-L1的重要性在调节突触可塑性及其与一些神经系统疾病协会强调需要识别相关的这种酶的底物和了解UCH-L1神经元活动的监管。
3.2。配音的识别与突触相关水解酶:USP5 USP7, USP13, USP14 UCHL5 / UCH37
全酶水解酶是一个超过2.5 MDa复杂组成的一个核心粒子包含28亚基(20年代复杂的)和监管粒子包含19个单元(19世纪复杂)在酵母(57]。虽然最初认为静态降解蛋白酶体是一个相当复杂,许多最近的研究表明,蛋白酶体的构成非常动态和可能有所不同根据不同的亚细胞位置,特定的细胞条件,或表达的细胞类型,57]。此外,蛋白酶体调节的证据在突触可塑性,包括水解酶的快速招聘到树突突触刺激,表明突触水解酶可能有不同的亚基组成或监管机制77年- - - - - -79年]。因此,泰等人决定蛋白质组学方法定义的亚基组成突触水解酶(52]。使用质谱分析的复合胞质和从成年鼠大脑皮层海马神经元突触水解酶,他们发现了五个proteasome-associated配音copurify突触,以及胞质水解酶:26日USP5, USP7, USP13, USP14 / Ubp6, UCH37 / UCH-L5 [52]。他们假设这五个配音工作结合constitutively-associated蛋白酶体单元和JAMM metallo-protease配音,Rpn11(也称为POH1 / PSMD14),削减和删除之前泛素链底物降解。除了USP14,监管机制、效果和模式这些proteasome-associated配音在突触功能尚未研究。
3.3。USP14: Proteasome-Associated配音参与共济失调
USP14(称为Ubp6酵母)也许是第二个最配音参与突触发育和功能进行了研究。USP14是三个配音,连同UCH37和Rpn11 / Poh1,已知与蛋白酶体的19 s调节组件关联的(57- - - - - -59,80年,81年]。USP14协会/ Ubp6与蛋白酶体通过UBL域刺激配音的催化活性几倍(59,60,80年,82年]。蛋白酶体USP14 / Ubp6有几个函数。这些包括抑制proteasome-mediated退化的修剪的泛素链共轭基板和非催化机制(82年,83年),闸门开启高度监管的核心粒子(84年),和维护自由泛素的细胞水平的58- - - - - -61年,82年]。在酵母和哺乳动物,失去USP14 / Ubp6导致泛素降解的增加和减少单体的乌兰巴托的水平,这表明USP14功能之一是回收的泛素蛋白酶体(58,59,61年,62年]。
我们知道USP14在突触发育和功能来自共济失调的分析()突变的老鼠。老鼠表现出严重的震动在2 - 3周的年龄,广泛的肌肉萎缩和后肢麻痹,并最终死亡[6 - 10周的年龄63年,64年]。显示位置映射鼠标包含一个自发突变Usp14结果在减少mRNA和检测水平的长篇USP14蛋白(58,60,64年]。可变剪接的Usp14结果在长篇同种型和短的同种型错过蛋白酶体所需的UBL域协会;有趣的是,老鼠表达正常水平的短同种型(60长形式的),这表明损失USP14负责观察到的缺陷鼠标。
表型分析老鼠发现一些缺陷在周边和中枢神经系统突触传递。在神经肌肉接点(NMJ),老鼠表现出缺陷在自发和诱发突触传递。具体地说,老鼠自发频率降低微型终极势(mEPPs)和减少诱发终极电流(epc),以及一个相应的减少局量子的内容(64年]。这减少释放是假设导致稳态增加突触后反应表明mEPP振幅增加观察的老鼠(64年]。这些结果表明,老鼠有一个突触前NMJ缺陷在神经递质释放。最近的一项研究显示,支持这些发现老鼠也会表现出减少paired-pulse促进NMJ (PPF)和频率相关增加高频刺激后跑;这些作者因此建议老鼠缺陷SV回收或极端条件下招聘活动(65年]。
除了这些外围突触缺陷,老鼠也会表现出缺陷在中枢突触的突触可塑性(64年]。的录音CA3-CA1海马的突触透露老鼠已经减少了paired-pulse便利(PPF)和posttetanic势差现象(PTP) [64年,66年]。相比之下,长期势差和长期萧条出现正常的维护老鼠(64年,66年]。在一起,突触传递缺陷老鼠在NMJ和海马体表明Usp14起着重要的作用在调节突触可塑性。
的缺陷老鼠最可能是由于异常的神经元和突触的发展(64年]。这些老鼠的主要细胞表型似乎减少单体的(即。,免费的)泛素水平约35%的神经元和nonneuronal细胞(58]。大减少单体的和共轭泛素都观察到突触体老鼠,也许是因为突触位于胞体很长一段距离,泛素是合成62年]。这些结果表明,USP14在突触发育和功能的影响可能是由于突触的一般消耗泛素水平,从而间接影响泛素修饰的突触(58,62年]。
后续工作提供了额外的洞察特定的突触变化背后NMJ的神经递质释放的缺陷老鼠,包括磷酸化神经纤维细丝的积累,减少了运动神经元终端的分支和异常的萌芽,并增加突触后乙酰胆碱受体表达受体结合成熟的集群(62年]。特异性神经元表达全长USP14救出这些NMJ发育缺陷和突触传递的缺陷,包括减少minifrequency、振幅和量子内容中观察到鼠标(62年]。此外,特异性神经元表达USP14救了减肥,生存能力降低,电机赤字中观察到老鼠(60]。还重要的是,特异性神经元表达Usp14恢复细胞单体的泛素到野生型的水平,证实这个proteasome-associated的角色配音执政泛素体内平衡和支持一个突触前为共济失调Usp14表型的作用老鼠(60,62年]。
USP14以来许多潜在的功能神经元,威尔逊和他的同事直接测试USP14的作用在调节大量的单体的泛素由泛素表达自己从一个神经元的启动子鼠标。泛素的特异性神经元表达能够完全恢复的泛素鼠标到野生型的水平,令人印象深刻,完全救了减少体重和早期产后杀伤力在这些动物67年]。此外,神经元表达了泛素救了缺陷NMJ开发、运动机能和突触传递中观察到老鼠(67年]。这项研究表明尽管USP14优雅蛋白酶体可能有多个函数,它的作用在维持细胞水平的单体的泛素在神经元突触是其核心功能开发和突触传递。
4所示。配音调节突触的目标
4.1。USP14调节GABA一个受体的突触丰富
除了在突触发育和功能缺陷NMJ在海马体,另一项研究发现GABA受体表达的小鼠表现出缺陷在小脑浦肯野神经元。具体来说,表面的突触后GABA水平一个受体,以及自发的抑制性突触后电流的振幅(万能),在浦肯野神经元增加老鼠的动物相比,(68年]。Colocalization实验和体外研究进一步表明,USP14和GABA有约束力一个受体被发现在突触,USP14的糖基可以与之交互1 GABA的循环一个受体,表达式的GABA受体肽结合USP14 GABA能促进表达的表面一个HEK细胞受体(68年]。作者提出,除了proteasome-associated函数来维持细胞的单体的池泛素,USP14可能也有一个突触后作用在调节GABA受体的表面丰富专门deubiquitinating蛋白质在等离子体膜或内吞作用的囊泡(68年]。由于突触体老鼠降低40%泛素配合和减少60%的单体的泛素(62年),它将在将来的研究中重要的测试是否空闲泛素池一般损耗的间接导致USP14在GABA受体的影响。
4.2。脂肪方面/ USP9X控件内吞作用的蛋白质丰度来调节突触前的功能
脂肪方面(快),果蝇哺乳动物USP9X同族体,是第一个配音在神经元分化中发挥作用,以及第一次配音的突触衬底被确定(27,55]。快最初被Fischer-Vize和他的同事描述为一个基因所需的细胞命运决定在吗果蝇光感受器发展(85年]。快编码基因和生化与配音液面(Lqfepsin),果蝇同族体,参与clathrin-mediated内吞作用[86年- - - - - -89年]。进一步的研究表明,更进一步deubiquitinates Lqf促进切口配体的内吞作用,三角洲,在飞的眼睛开发(90年]。
快和Lqf也被证明函数在果蝇神经肌肉接点(NMJ)。DiAntonio等人发现,过度导致神经元突触的生长,并且更进一步的缺陷在突触传递55]。过度的更进一步发展中神经系统引发突触前剑头的数量显著增加,分支机构的数量和总覆盖面积的突触(55]。尽管NMJ的规模大大扩展,神经过度快突触传导受损导致减少诱发的局量子的内容和频率和自发兴奋性交叉的潜力。有趣的是,减少突触传递与快超表达的损失函数是拟表型E3泛素连接酶钢丝(Hiw)。此外,突触传递中观察到的缺陷hiw突变体的损失部分抑制功能快突变体,强调ubiquitinating deubiquitinating活动之间的平衡是至关重要的正常突触功能(55]。随后的报告显示,功能丧失lqf突变体完全抑制的影响快超表达在NMJ突触小结数量(56),与之前的研究一致表明快对抗Lqf的泛素化87年]。但是,与快的过度表达,Lqf没有增加分支的过度表达,表明快突触基质(可能有额外的56]。更进一步的影响并没有减少网格蛋白的突变adaptin圈/ AP180,内吞作用所需的SV分量,表明Lqf突触发展的作用可能是独立的SV回收(56]。Hiw和Lqf可能之间的关系更加复杂。不像有什么看到的损失函数快突变体,损失函数lqf突变体不抑制突触生长表型hiw突变体,预期如果Lqf钢丝衬底(56]。
支持一个守恒的关系更进一步,Lqf在哺乳动物中,USP9X和epsin已经表明从老鼠大脑co-immunoprecipitate溶解产物和colocalize在大脑突触片(27]。有趣的是,这项研究还表明,高potassium-induced去极化的老鼠大脑突触体结果在一个大型,calcium-dependent ubiquitin-conjugated减少蛋白质,包括epsin,表明突触活动可能会刺激配音活动(27]。此外,calcium-dependent deubiquitination epsin需要USP9X因为核糖核酸干扰(RNAi)介导的USP9X最低的海拉细胞导致ubiquitinated增加数量和总epsin蛋白(27]。
4.3。USP46调节谷氨酸受体数量和GABA-Dependent行为
最近的一些研究虫子和老鼠发现了角色的配音USP46调节glutamatergic和gaba ergic信号。
关于glutamatergic信号,通过科瓦尔斯基等人证明USP-46调节谷氨酸受体的降解GLR-1通过多功能车辆总线/溶酶体途径秀丽隐杆线虫中间神经元(69年]。研究秀丽隐杆线虫首先表明,谷氨酸神经递质受体被泛素调节。Burbea等人证明了泛素直接共轭AMPA-type谷氨酸受体的胞质尾GLR-1,导致其clathrin-mediated内吞作用和随后的溶酶体中降解[91年,92年]。进一步的研究表明,哺乳动物AMPA受体也由泛素(93年- - - - - -97年),和几个泛素连接酶被发现要么直接或间接调节突触谷氨酸受体水平在无脊椎动物(98年- - - - - -102年)和哺乳动物(94年,95年,97年,103年]。
科瓦尔斯基等人发现usp-46RNAi屏幕秀丽隐杆线虫配音,丰富的GLR-1调节突触的腹神经索(VNC) [69年]。USP46是一个主要由366氨基酸蛋白质催化核心,USP半胱氨酸蛋白酶家族成员的配音17]。哺乳动物USP46第一只克隆了,等人,并出示了展示活动对衬底模型称为基于细菌试验(104年]。哺乳动物USP46 USP12高度同源(88%同源)(17),广泛表达于各种组织包括大脑、心脏、骨骼肌(104年]。原位杂交数据表明USP46表达在大脑的几个区域包括海马、杏仁核、小脑(70年]。的秀丽隐杆线虫基因组编码只有这两个高度相关的配音,这是叫USP46 [69年]。
使用定量成像和免疫印迹分析,科瓦尔斯基及其同事证明usp-46突变体减少了GLR-1受体水平中间神经元的胞体和流程69年]。这种减少GLR-1富足usp-46突变体可以通过表达野生型USP-46获救,但不是USP-46 catalytically-inactive版本,在中间神经元。这些数据表明,特别是在USP-46功能glr-1表达中间神经元调节GLR-1水平的方式取决于其催化活性。生化实验表明,水平ubiquitinated GLR-1受体增加usp-46突变体,nonubiquitinatable GLR-1版本(4 kr),所有四个细胞质赖氨酸残基突变精氨酸,耐药的影响usp-46突变。这些发现表明,USP-46函数deubiquitinate GLR-1和保护的受体退化。此外,GLR-1 VNC的积累usp-46突变体贩卖多功能车辆总线被阻塞时,表明USP-46需要防止ubiquitinated受体的降解在多功能车辆总线/溶酶体途径。Colocalization研究进一步表明,USP-46可能功能RAB5-positive内体的胞体和VNC调节GLR-1稳定。作者建议USP46函数在一个内部隔间调节受体的池用于传递到突触膜,这池包括新合成受体从高尔基体和内化从细胞表面受体69年]。最后,USP-46 GLR-1生理相关的监管,因为usp-46(即突变蠕虫展览glutamate-dependent缺陷的行为。,spontaneous locomotion reversals and a mechanosensory reflex) consistent with decreased glutamatergic signaling.
从这些研究仍然是一个问题的机制USP-46神经元活动的监管。生化结果表明,尽管bacterially-expressed重组USP46可以从虫提取物与GLR-1交互,它只表现出低水平的配音活动(69年]。这个结果表明,可能需要额外的代数余子式完全催化功能。USP-46的氨基酸序列提供了一些线索由于缺乏任何明显的结构性主题除了催化域;然而,秀丽隐杆线虫USP-46密切相关,人类USP46 USP12身份之间的相似(60%和71%秀丽隐杆线虫USP-46哺乳动物USP46或USP12)和艾伦•D 'Andrea的小组发现的全部活动USP12体外需要绑定的WD40 repeat-containing蛋白质,UAF1 / WDR48和WDR20 [105年,106年]。同样,USP46同系物的催化活性酵母,UBP9,被证明是依赖这些WD40重复体内蛋白质的存在(107年]。有趣的是,UAF1 / WDR48能够充分激活USP1的配音活动,负责监管Fanconi贫血DNA修复途径(108年),但只有弱刺激USP46的催化活性和USP12 [105年,106年,108年),而全面激活USP12需要三元复杂地层UAF-1 / WDR48和WDR20 [106年]。
在一个平行的研究中,索等人的表现令人印象深刻的大规模蛋白质组研究定义配音交互网络对于绝大多数的人类配音,这样做,确定了若干相互作用的蛋白质与USP12和USP46 [109年]。这些相互作用的蛋白质包括UAF1 / WDR48 WDR20,和另一个WD40-repeat包含叫做DMWD的蛋白质,以及PHLPP和PHLPPL磷酸酶调节一种蛋白激酶信号(109年]。随后的系统分析的配音扶少团团员和亚细胞定位美国非洲酒证实了酵母的交互UBP9 / USP46 BUN62 / WDR20和BUN107 / WDR48 [107年]。这项研究还显示,UBP9 / USP46局部细胞核和细胞质的结构,并且UBP9细胞质结构的亚细胞定位是依赖BUN107 / WDR48 [107年]。在一起,这些报告表明USP46的活动和底物特异性,可能其他配音,可以由相互作用的蛋白质。
在神经元中,除了它的作用在控制蠕虫glutamatergic信号,两个最近的报告表明USP46在调节gaba ergic系统在老鼠身上。Tomida等人使用了两种行为分析,尾巴悬挂测试(TST)和强迫游泳测试(置),监视老鼠(类似抑郁的行为70年]。这些化验主题动物不可避免的压力和测量的时间固定,因此可能在“行为绝望。“抗抑郁药被证明能减少静止时间支持使用这些化验来衡量类似抑郁的行为。有趣的是,纯系小鼠的CS应变表现出显著下降的静止时间测试并置。Tomida等人使用数量性状位点(QTL)定位分析映射突变为这种行为负责Usp46基因(70年]。测序分析显示,CS老鼠包含一对3-base帧删除保存的赖氨酸残基的编码区Usp46基因(70年]。后续研究使用一个基于细菌的配音试验表明,该单一氨基酸缺失降低但不消除USP46[的催化活性110年]。浮置板轨道的束缚,重要的是,减少测试和缺陷GABA系统中观察到CS老鼠可能获救的表达式Usp46从BAC转基因(70年]。提供进一步的证据表明,突变Usp46负责抗抑郁药结核菌素的活动,Imai生成等人吗Usp46淘汰赛老鼠和应用表明,这些小鼠相比有相同的削减TST静止时间CS老鼠(71年]。USP46似乎影响GABA ergic系统因为免疫组织化学研究显示GABA合成的酶的表达降低GAD67老鼠的海马CS (70年]。从CS CA1海马神经元的电生理记录小鼠显示一个小的减少受体介导muscimol电流虽然没有mini-IPSC频率或振幅的变化观察(70年]。这些缺陷在GABA系统可能获救的表达式Usp46从BAC转基因(70年]。此外,减少结核菌素不动的Usp46淘汰赛硝基安定的老鼠可以通过政府纠正,从而增加GABA受体绑定,暗示Usp46损失函数的老鼠表现出减少GABA信号(71年]。这些研究表明USP-46调节GABA系统,虽然确切的机制USP46函数在这个通路等待进一步调查。
以外的神经系统,最近的一些研究发现了不同角色USP46 USP12在细胞核和细胞质中揭示出他们的一些相关的基质。Joo等人证明USP46和USP12-containing分数从海拉细胞可以deubiquitinate组蛋白H2A、H2B控制细胞命运和原肠胚形成非洲爪蟾蜍开发(111年]。在另一项研究中,USP46被证明函数作为一个肿瘤抑制结肠癌细胞deubiquitinating和稳定磷酸酶PHLPP Akt-mediated的差别导致对这些细胞增殖和肿瘤发生112年]。最后,莫雷蒂和他的同事们最近要求USP12-WDR48描述,但不是USP46-WDR48,促进退化未激活的受体果蝇在培养细胞通过多功能车辆总线/溶酶体途径[113年]。虽然该研究支持角色USP12 endosomal-lysosomal贩卖,观察的效果是相反的秀丽隐杆线虫USP-46防止谷氨酸受体的降解的溶酶体(69年]。因此,也许不足为奇的是配音的相对较低的数量相比,泛素连接酶,配音的功能不同,可能有不同的影响,这取决于特定的底物和/或细胞类型检查。
4.4。USP4控制大量的腺苷受体g蛋白耦合
除了调节通过蛋白酶体降解的胞质蛋白,配音参与蛋白质质量控制在内质网(ER)调节错误折叠的退化或损坏跨膜蛋白通过ER-associated退化(ERAD)途径114年]。例如,USP4显示直接绑定和deubiquitinate腺苷A2 ()g蛋白偶联受体(GPCR)并防止其退化ERAD通路中的(53]。这项研究还显示,USP4促进细胞表面受体丰富因为RNAi混战USP4在HEK293细胞导致表面的水平下降受体。相反,过度的USP4海马神经元导致ubiquitinated水平下降受体和相应数量的增加功能的细胞表面受体(53]。这些影响是特定的受体,因为类似的效果USP4没有见过另一个突触GPCR,受体(53]。鉴于最近的一项研究表明,USP4直接定位到质膜和表面稳定的TGF水平受体(115年),这将是有趣的探索USP4是否也会影响表面的水平受体的内吞作用对抗或防止溶酶体降解。
5。其他配音表示突触
5.1。USP8 / UBPY
USP8(也称为UBPY人类)在许多细胞过程中起着重要的作用,包括调节受体酪氨酸激酶溶酶体的降解(15,20.]。USP8已被证明有反对对EGF受体的影响直接deubiquitinating受体降解,防止其退化,或由deubiquitinating ESCRT复杂蛋白质稳定他们,从而促进EGF受体退化15,20.,116年- - - - - -119年]。
尽管广泛研究USP8 / UBPY nonneuronal细胞,一个潜在作用称为神经元的建议基于一些表达和定位研究。USP8 / UBPY最初认定为一种蛋白质可以相互交流和泛素调节brain-specific状态拉鸟嘌呤核苷酸交换因子,Ras-GRF1 [120年]。多个表达式分析表明USP8 / UBPY老鼠大脑中高度表达包括海马、下丘脑和小脑(54,120年]。亚细胞定位研究表明,USP8 / UBPY高度表达的神经元与鞋面蛋白质,如多巴胺神经元和colocalizes表明潜在的突触前作用[54]。
5.2。USP48 / SynUSP
最近的一些报告已经确定了潜在的配音USP48突触后的功能。这个配音的老鼠同族体最初是作为从鼠前脑synUSP cDNA克隆的图书馆,和原位杂交显示树突表达在培养皮层神经元和大脑皮层和海马部分(72年]。额外的生化分析表明,synUSP浓缩在树突突触后密度和脂质筏分数和展品低水平的配音活动体外(72年]。人类相同器官synUSP USP48,随后识别和表达也显示大脑中(104年]。然而,尽管它包含所有关键的USP酶的结构特点,人类USP48没有表现出体外催化活性人造细菌表达系统(104年]。因为大多数配音似乎内在催化活性较低,存在监管合作伙伴需要配音的全酶的功能,如USP1 USP46, USP12,这将是有趣的研究是否需要其他辅助因子在体内刺激USP48活动。
6。结束语
泛素已经成为突触发育和突触传递的关键调节器,和许多泛素系统组件已确定在突触(1,3,4]。突变的泛素连接酶和配音与神经系统疾病,包括帕金和UCH-L1在帕金森病,Ube3A: Angelman综合征,USP14共济失调(3,6,7]。因此,很明显,泛素化是重要的正常调节神经系统的功能。虽然我们才刚刚开始揭开配音在突触的功能,这些酶是有吸引力的候选人药理干预。因为泛素化的蛋白质可以调节他们的定位,活动或退化,药物抑制配音可能干扰这些不同的细胞命运的目标蛋白质。例如,抑制特定的配音可以提供一种机制来表达下调,但不是完全消除,一个具体的目标蛋白质的活动,导致疾病。另外,如果特定连接酶的突变导致疾病通过减少连接酶的功能,然后抑制抵消的配音,连接酶可能会缓解症状。
在本文中,我们强调角色配音的少数,已经被证明可以调节突触功能(表1)。然而,许多问题的角色配音的突触依然存在:在突触调节传输特定的配音功能?有什么相关的基板在不同类型的突触配音吗?做突触配音与不同的蛋白质网络相比nonneuronal细胞中观察到的?这些相互作用蛋白质调节配音催化活性,衬底招聘、或亚细胞定位?突触活动调节配音函数或本地化吗?鉴于泛素的重要性在调节突触发育和功能和大量的泛素连接酶和配音由人类基因组编码,很可能未来的研究将确定配音很多更重要的功能及其在突触基质生物学。
缩写
| 配音: | Deubiquitinating酶 |
| 早餐: | Ubiquitin-specific蛋白酶 |
| 排序: | 泛素c端水解酶 |
| 多功能车辆总线: | 多泡体 |
| ESCRT: | Endosomal排序所需的复杂的运输。 |
确认
作者道歉不能引用的所有主要研究文章关于配音在神经系统由于空间限制。我们的研究是由美国国立卫生研究院的资助部分R15格兰特(NS78568) j·r·科瓦尔斯基和p . Juo R01格兰特(NS59953),由国家科学基金会和外胎奖j·r·科瓦尔斯基(- 1140526)。