La proteína similar a la ubiquitina procariota (Pup) es un análogo funcional de la ubiquitina que se encuentra en el procariota Mycobacterium tuberculosis . [1] Al igual que la ubiquitina, Pup sirve para dirigir las proteínas al proteasoma para su degradación en el sistema Pup-proteasoma ( PPS ). Sin embargo, la enzimología de la ubiquitinación y la pupilación es diferente, debido a sus distintos orígenes evolutivos. A diferencia de la reacción de tres pasos de la ubiquitinación, la pupilación requiere solo dos pasos y, por lo tanto, solo dos enzimas están involucradas en la pupilación. Las enzimas involucradas en la pupilación descienden de la glutamina sintetasa . [ cita requerida ]
De manera similar a la ubiquitina, Pup se une a residuos de lisina específicos de proteínas sustrato mediante enlaces isopeptídicos ; esto se denomina pupilación . Luego, es reconocida por la proteína ATPasa proteasomal de Mycobacterium (Mpa), en un mecanismo que induce el plegamiento de Pup. [2] Mpa entrega la proteína sustrato al proteosoma para su degradación mediante el acoplamiento de la hidrólisis de ATP.
El descubrimiento de Pup indica que, al igual que los eucariotas , las bacterias pueden utilizar un modificador de proteína pequeña para controlar la estabilidad de la proteína.
El gen Pup codifica una proteína de 64 aminoácidos con un tamaño molecular de aproximadamente 6,9 kDa . [3]
Pup es una proteína intrínsecamente desordenada . [4] En 2010, los científicos del Laboratorio Nacional de Brookhaven determinaron la estructura cristalina de rayos X del complejo entre Pup y su enzima transportadora Mpa 3M9D y descubrieron que la unión de Pup a Mpa induce el plegamiento de una hélice alfa única. [2]
En 2017, se informó la presencia de homólogos de Pup en especies bacterianas fuera del grupo de bacterias grampositivas . [5] Los homólogos de Pup se denominaron UBact (por Ubiquitin Bacterial), aunque no se ha demostrado que la distinción esté respaldada filogenéticamente por un origen evolutivo separado y no existe evidencia experimental. [5] UBact es un homólogo de Pup y se encuentra en varios filos de bacterias gramnegativas (Pup se encuentra predominantemente en el filo bacteriano grampositivo Actinomycetota ).
La ubiquitina bacteriana (UBact) es una proteína homóloga a la proteína procariota similar a la ubiquitina (Pup). La UBact fue descrita recientemente por el grupo del profesor Aaron Ciechanover en el Technion , Israel . [5]
La ubiquitina recibió su nombre por su presencia ubicua entre los eucariotas , mientras que la UBact ('ubiquitina bacteriana') tiene una presencia muy limitada entre la gran cantidad de especies bacterianas. [5] Los términos 'ubiquitina bacteriana' y 'proteína procariota similar a la ubiquitina' sugieren una similitud molecular entre la ubiquitina y UBact/Pup que está en gran parte ausente. [6] Mientras que la ubiquitina asume una estructura tridimensional altamente estable en solución, [7] se ha demostrado que Pup pertenece al grupo de proteínas intrínsecamente desordenadas . [8] [9]
El establecimiento del término UBact es controvertido, ya que hasta la fecha no se ha presentado evidencia experimental que justifique la distinción entre UBact y Pup. [5] El término UBact se denotó porque varias especies bacterianas del filo Nitrospirae (donde se identificó inicialmente a UBact; por ejemplo, Leptospirillum ferriphilum ) contienen tanto el sistema Pup-proteasoma [10] como un nuevo sistema ORF-proteasoma que necesitaba ser abordado [11] y, por lo tanto, se denominó UBact. [5] Los componentes de conjugación-proteasoma vecinos a los loci UBact y Pup en estas bacterias Nitrospirae muestran una similitud débil y probablemente no sean completamente redundantes. La Figura 2 ilustra las diferencias entre los loci UBact y Pup en la bacteria representativa Nitrospirae Leptospirillum ferrodiazotrophum . Análisis posteriores del locus UBact (y no Pup) en Leptospirillum ferrodiazotrophum revelaron su existencia y conservación extrema en varios filos de bacterias gramnegativas, como se ilustra en la figura 3.
A pesar de la gran diferencia en la secuencia, UBact es homólogo de Pup y comparte varias características con él: (i) misma ubicación genómica dentro de un grupo de genes homólogos a Mpa -> Dop -> Pup/UBact -> PrcB -> PrcA -> PafA , (ii) secuencia C-terminal que termina exclusivamente con glutamina o glutamato en todas las especies bacterianas, (iii) tamaño corto (similar al de la ubiquitina) y, (iv) alta conservación de la secuencia a lo largo de una enorme distancia evolutiva (una característica también en común con la ubiquitina). Las diferencias entre UBact y Pup son su distribución taxonómica y secuencias de aminoácidos. Mientras que Pup se encuentra predominantemente en el filo grampositivo Actinomycetota , UBact se identificó solo en bacterias gramnegativas de los siguientes cinco filos: Nitrospirota , Verrucomicrobiota , Armatimonadota , Nitrospinota y Planctomycetota . UBact también se identificó en los genomas de varias bacterias candidatus , y específicamente de las divisiones candidatas "Acetothermia", "Handelsmanbacteria", "Fraserbacteria", "Terrybacteria", " Poribacteria ", "Parcubacteria" y "Yanofskybacteria". [5] Con respecto a la secuencia de aminoácidos, a diferencia de Pup y Ubiquitin , UBact no contiene un motivo de di-glicina en su extremo C. En cambio, generalmente termina con la secuencia R[T/S]G[E/Q] (ver figura 3).
Pasaron casi diez años desde el descubrimiento de Pup en 2008 [1] para identificar UBact. Esto se debe probablemente a la diferencia entre las secuencias de aminoácidos de Pup y UBact, y a que se han secuenciado muy pocas bacterias de los cinco filos en los que se encuentra UBact. [5]
Las bacterias de los filos donde se encuentra UBact interactúan con los humanos, [12] [13] y se encuentran en la microbiota intestinal humana. [14] En los sistemas marinos, las bacterias oxidantes de nitrógeno que se encuentran con mayor frecuencia están relacionadas con Nitrospina gracilis que codifica UBact [15] A partir del conocimiento acumulado sobre el sistema Pup-proteasoma y su importancia en la durabilidad bacteriana y la capacidad de causar enfermedades, [16] [17] se espera que el sistema homólogo UBact-proteasoma tenga un impacto similar en las bacterias gramnegativas donde se encuentra. Además de los humanos, se espera que los animales como el ganado y los peces que comen del suelo o nadan en el agua estén constantemente expuestos a bacterias que contienen UBact en el suelo y el agua respectivamente.
Desde una perspectiva evolutiva, el hallazgo del sistema UBact-proteasoma en bacterias gramnegativas sugiere que los sistemas Pup/UBact-proteasoma evolucionaron en bacterias antes de la división en clados grampositivos y negativos hace más de 3000 millones de años [18] o que estos sistemas fueron adquiridos por diferentes linajes bacterianos a través de transferencia horizontal de genes de un tercer organismo aún desconocido. En apoyo de la segunda posibilidad, se encontraron dos loci UBact en el genoma de un Archaeon metanotrófico anaeróbico no cultivado (ANME-1; locus CBH38808.1 y locus CBH39258.1). Existen más posibilidades.
Actualización: UBact también se encuentra en el filo de bacterias gramnegativas Gemmatimonadota (por ejemplo, A0A2E8WA32, A0A2E3J6F7, A0A2E7JSE3) en el filo candidato "Latescibacteria" (anteriormente conocido como WS3; por ejemplo, A0A3D2RHP4, A0A3D5FTR6, A0A3D4H075 y A0A3B8MMW3), en el filo " Abditibacteriota " (anteriormente filo candidato FBP; por ejemplo, A0A2S8SU03), y en el filo Candidatus Bipolaricaulota (por ejemplo, H5SEU7 y H5SQ95).