La regla del extremo N es una regla que gobierna la tasa de degradación de proteínas mediante el reconocimiento del residuo N-terminal de las proteínas. La regla establece que el aminoácido N -terminal de una proteína determina su vida media (tiempo después del cual se degrada la mitad de la cantidad total de un polipéptido determinado). La regla se aplica tanto a organismos eucariotas como a procarióticos, pero con diferente fuerza, reglas y resultados. [1] En las células eucariotas, estos residuos N-terminales son reconocidos y atacados por las ubiquitina ligasas , mediando la ubiquitinación , marcando así la proteína para su degradación. [2] La regla fue descubierta inicialmente por Alexander Varshavsky y sus colaboradores en 1986. [3] Sin embargo, de esta "regla" sólo se pueden deducir estimaciones aproximadas de la vida media de las proteínas, ya que la modificación de los aminoácidos N-terminales puede conducir a variabilidad y anomalías, mientras que el impacto de los aminoácidos también puede cambiar de un organismo a otro. También se pueden encontrar en secuencia otras señales de degradación, conocidas como degrones .
La regla puede operar de manera diferente en diferentes organismos.
Residuos N- terminales: vida media aproximada de las proteínas de S. cerevisiae [3]
Residuos "N" terminales: vida media aproximada de las proteínas en sistemas de mamíferos [4]
En Escherichia coli , los residuos cargados positivamente y algunos residuos alifáticos y aromáticos en el extremo N, como arginina, lisina, leucina, fenilalanina, tirosina y triptófano, tienen vidas medias cortas de alrededor de 2 minutos y se degradan rápidamente. [5] Estos residuos (cuando se encuentran en el extremo N de una proteína) se denominan residuos desestabilizadores . En las bacterias, los residuos desestabilizadores se pueden definir además como residuos desestabilizadores primarios (leucina, fenilalanina, tirosina y triptófano) o residuos desestabilizadores secundarios (arginina, lisina y, en un caso especial, metionina [6] ). Los residuos desestabilizadores secundarios se modifican mediante la unión de un residuo desestabilizador primario por la enzima leucil/fenilalanil-ARNt-proteína transferasa. [5] [6] Todos los demás aminoácidos cuando se encuentran en el extremo N de una proteína se denominan residuos estabilizantes y tienen vidas medias de más de 10 horas. [5] Las proteínas que contienen un residuo desestabilizador primario N-terminal son reconocidas específicamente por la N-recognina bacteriana (componente de reconocimiento) ClpS. [7] [8] ClpS es una proteína adaptadora específica para la proteasa AAA + dependiente de ATP ClpAP y, por lo tanto, ClpS entrega sustratos de N-degrón a ClpAP para su degradación.
Un tema que complica la situación es que el primer residuo de las proteínas bacterianas normalmente se expresa con una formilmetionina N-terminal (f-Met). El grupo formilo de esta metionina se elimina rápidamente y luego la metionil aminopeptidasa elimina la metionina misma . La eliminación de la metionina es más eficaz cuando el segundo residuo es pequeño y no está cargado (por ejemplo, alanina), pero ineficiente cuando es voluminoso y está cargado, como la arginina. Una vez que se elimina el f-Met, el segundo residuo se convierte en el residuo N-terminal y está sujeto a la regla del N-terminal. Por lo tanto, los residuos con cadenas laterales de tamaño medio, como la leucina como segundo residuo, pueden tener una vida media corta. [9]
Hay varias razones por las que es posible que la regla del extremo N también funcione en el orgánulo del cloroplasto de las células vegetales. [10] La primera evidencia proviene de la teoría endosimbiótica que abarca la idea de que los cloroplastos se derivan de cianobacterias , organismos fotosintéticos que pueden convertir la luz en energía. [11] [12] Se cree que el cloroplasto se desarrolló a partir de una endosimbiosis entre una célula eucariota y una cianobacteria, porque los cloroplastos comparten varias características con la bacteria, incluidas las capacidades fotosintéticas. [11] [12] La regla del extremo N bacteriano ya está bien documentada; Implica el sistema de proteasa Clp, que consta de la proteína adaptadora ClpS y la chaperona y el núcleo de proteasa ClpA/P . [5] [7] [13] Un sistema Clp similar está presente en el estroma del cloroplasto, lo que sugiere que la regla del extremo N podría funcionar de manera similar en cloroplastos y bacterias. [10] [14]
Además, un estudio de 2013 en Arabidopsis thaliana reveló la proteína ClpS1, un posible homólogo de plástido de la recognina bacteriana ClpS . [15] ClpS es una proteína adaptadora bacteriana que es responsable de reconocer sustratos proteicos a través de sus residuos N-terminales y entregarlos a un núcleo de proteasa para su degradación. [7] Este estudio sugiere que ClpS1 es funcionalmente similar a ClpS y también desempeña un papel en el reconocimiento de sustratos a través de residuos N-terminales específicos ( degrones ) como su contraparte bacteriana. [15] Se postula que tras el reconocimiento, ClpS1 se une a estas proteínas sustrato y las lleva a la chaperona ClpC de la maquinaria central de la proteasa para iniciar la degradación. [15]
En otro estudio, se analizaron las proteínas estromales de Arabidopsis thaliana para determinar la abundancia relativa de residuos N-terminales específicos. [16] Este estudio reveló que la alanina, la serina, la treonina y la valina eran los residuos N-terminales más abundantes, mientras que la leucina, la fenilalanina, el triptófano y la tirosina (todos desencadenantes de la degradación en las bacterias) se encontraban entre los residuos que rara vez se detectaban. [dieciséis]
Además, se realizó un ensayo de afinidad utilizando ClpS1 y residuos N-terminales para determinar si ClpS1 realmente tenía socios de unión específicos. [17] Este estudio reveló que la fenilalanina y el triptófano se unen específicamente a ClpS1, lo que los convierte en candidatos principales para N-degrones en los cloroplastos. [17]
Actualmente se están realizando más investigaciones para confirmar si la regla del extremo N funciona en los cloroplastos. [10] [17]
Un apicoplasto es un plastidio derivado no fotosintético que se encuentra en la mayoría de los Apicomplexa , incluidos Toxoplasma gondii , Plasmodium falciparum y otras Plasmodium spp. (parásitos que causan la malaria). Al igual que las plantas, varias especies de Apicomplexa n, incluido Plasmodium falciparum, contienen todos los componentes necesarios [18] [19] necesarios para una proteasa Clp localizada en Apicoplast, incluido un homólogo potencial de la reconocimiento N bacteriana ClpS . [20] [21] Los datos in vitro demuestran que Plasmodium falciparum ClpS es capaz de reconocer una variedad de residuos desestabilizadores primarios N-terminales, no solo los residuos desestabilizadores primarios bacterianos clásicos (leucina, fenilalanina, tirosina y triptófano), sino también residuos desestabilizadores primarios N-terminales. Isoleucina y, por lo tanto, exhibe una amplia especificidad (en comparación con su contraparte bacteriana). [21]