Journal of Biomedicine and Biotechnology, 2006; 2006: (más artículos en esta revista)

Señalización, Polyubiquitination, el tráfico, y Incluye: Sequestosome 1/p62 's en función de Enfermedades neurodegenerativas

Hindawi Publishing Corporation
Marie W. Wooten, Xiao Hu, J. Ramesh Babu, M. Lamar Seibenhener, Thangiah Geetha, Michael G. Paine, Michael C. Wooten

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Resumen

Agregados de proteínas misfolded son características de la mayoría de las enfermedades neurodegenerativas. En una enfermedad crónica del Estado, incluidas las situaciones patológicas del estrés oxidativo, estas proteínas son secuestradas en inclusiones. La acumulación de agregados de proteínas puede ser prevenida por chaperones, o la orientación de su degradación a la UPS. Si la acumulación de estas proteínas es superior a su degradación, pueden perjudicar la función del proteosoma. Por otra parte, la función del proteasoma puede ser preservado por la dirección de agregados de proteínas para la autofagia-lisosoma vía para la degradación. Sequestosome 1/p62 Recientemente se ha demostrado interactuar con proteínas polyubiquitinated UBA a través de su dominio y las proteínas pueden dirigir a cualquiera de las UPS o autophagosome. P62 está presente en inclusiones neuronales de las personas con la enfermedad de Alzheimer y otras enfermedades neurodegenerativas. Aquí, se revisa el papel de p62 en la señalización, agregación, formación e inclusión, y específicamente como posibles contribuyentes a la enfermedad de Alzheimer. El uso de p62 como un blanco potencial para el desarrollo de terapias y la enfermedad como un biomarcador es también discutido.

INTRODUCCIÓN

Muchas enfermedades neurodegenerativas como las enfermedades de repetición de poliglutaminas, cuerpos de Lewy en la enfermedad de Parkinson, la enfermedad de Alzheimer, tauopathies, y otros comparten la acumulación anormal de proteínas en ubiquitinated agregados y las inclusiones como un rasgo distintivo de la enfermedad patología. Las bases moleculares para la acumulación de estas inclusiones sigue siendo mal definidos, sin embargo la aberrante acumulación de agregados de proteínas y alteraciones en la degradación de proteínas sugerir un mecanismo subyacente común. Estas inclusiones cuota de amiloide-como la estructura y bioquímica de varias características como: ubiquitina, con agregación de proteínas, subunidades del proteasoma, chaperones, y otras proteínas que quedan atrapados a través de su asociación con agregados de proteínas. Aquí se revisa el papel de los agregados, el volumen de negocios de proteínas, y el sistema de ubiquitina proteasoma (UPS), y se centran en el papel de un reciente descubrimiento proteasomal shuttling proteínas, sequestosome 1/p62, y su papel en la neurodegeneración. En él también se debaten las posibilidades de emplear p62 como un biomarcador para enfermedades neurodegenerativas y como posible blanco terapéutico para el desarrollo.

MISFOLDING y la vía UPS

En las células normales, grandes cantidades de proteínas recién sintetizadas son defectuosos "fuera de ruta". Incluso con abundante chaperones moleculares, casi el 30% de las proteínas son incipientes misfolded debido a mutaciones o ineficiente de montaje [1]. Para corregir estos errores, las proteínas misfolded pueden ser degradados a través de la vía ubiquitina proteasoma (UPS) poco después de su síntesis o pueden formar agregados de alto peso molecular oligómeros [2]. El destino final de las proteínas misfolded depende de la cinética de particionado entre estas dos vías competitiva [3]. Dado que los agregados son más estables que el plegado de proteínas incorrectamente, a degradar sustratos misfolded eficazmente el proteasoma debe ganar el concurso para la misfolded sustratos antes de que tengan la oportunidad de agregar. En condiciones normales, las proteínas acumuladas se eliminan sin demora ante cualquier daño puede ser causado a la célula. Sin embargo, en determinadas situaciones en las células nerviosas, las proteínas acumuladas son propensos a formar cuerpos de inclusión que son el sello de varias enfermedades neurodegenerativas [4, 5]. Cada vez más se está haciendo evidente que estas inclusiones / aggresomes puede ser el secuestro de sitios de agregados de proteínas. Aquí, vamos a tratar de aclarar la función y la toxicidad de los agregados de proteína y las inclusiones.

El SAI se encarga de la degradación de las proteínas y que sirve como un celular sistema de control de calidad que las etiquetas con las proteínas misfolded ubiquitina de degradación por el proteasoma 26S. La degradación de proteínas a través de UPS incluye dos pasos: (1) covalentes polyubiquitin archivo adjunto de las cadenas de proteínas a meta, y (2) la degradación de las proteínas etiquetadas por complejo proteasoma 26S con la liberación de libres y reutilizables ubiquitina (Figura 1]. Ubiquitina es una proteína que forma las diferentes cadenas consigo mismo [6, 7], y sirve como una señal, a través covalentes apego a otras proteínas. Tres son las enzimas que participan en ubiquitination de sustratos, a la larga resulta en la formación de un vínculo entre el C-terminal de la ubiquitina (Gly76) y la ε-amino grupo de un sustrato de residuos de lisina. Ubiquitina-activación de la enzima (E1) forma un tiol éster con el grupo carboxilo de Gly76, la activación del C-terminal de la ubiquitina. La molécula de ubiquitina activada se realizan a través de ubiquitina-conjugación enzima (E2) y se transferirán a la lisina de residuos de sustrato de ligasas de ubiquitina (E3) (Figura 2] [8]. Adicional moléculas de ubiquitina se pueden agregar para formar cadenas polyubiquitin. El carboxilo terminal de cada ubiquitina está vinculada a la ε-amino grupo de un residuo de lisina de un adyacentes a la ubiquitina chain.Ubiquitin pueden formar cadenas en vivo a las siete residuos de lisina (K6, K11, K27, K33, K29, K48, K63) (Figura 3] [9]. Polyubiquitin cadenas vinculadas a través de K48 son una señal primaria de la degradación de proteínas [8]. En comparación, K63-vinculada cadenas están involucrados en la reparación del ADN, ribosomas función, la herencia del ADN mitocondrial, la respuesta de estrés y la orientación de las proteínas para la endocitosis [8]. Sin embargo, cabe señalar que un modelo sustrato etiquetados con K63-tetra-vinculada ubiquitina podría señal de la degradación del sustrato [10]. Una cadena de al menos cuatro fracciones ubiquitina atribuye a una proteína diana son el sustrato necesario para el reconocimiento y la subsiguiente degradación por el proteasoma 26S [11].

La ubiquitina conjugación cascada contiene una gran familia de E2s e incluso un conjunto más amplio de E3s. Por ejemplo, la levadura en ciernes hay una E1, once E2s, y más de veinte E3s [7]. El gran número de enzimas E3 puede reflejar la extraordinaria diversidad de los sustratos ubiquitinated en eucariotas. Todas las enzimas E3 pertenecen a tres familias de proteínas: homólogas a E6AP carboxilo terminal (hect), muy interesante nuevo gen (RING), y UFD2 homología (U-box) proteínas. Los E3s comparten un mismo E2 vinculante de dominio y un sustrato de la interacción de dominio. Una característica notable de la vía ubiquitina conjugación es la modulación de la proteína diana de selección. La especificidad por el sustrato depende principalmente de la identidad del E3 [7]. Por otra parte, estudios bioquímicos han puesto de manifiesto que la identidad de E2 pueden influir en el reconocimiento de estructuras específicas de una modificación polimérica ubiquitina [12], lo que indica que la especificidad de la E2/E3 interacción puede determinar la selección final de la meta sustrato.

El proteasoma 26S es un complejo multimérico la proteasa que desempeña un papel fundamental en la degradación de proteínas mediante la ubiquitina-ambos dependientes y ubiquitina-mecanismos independientes. El proteasoma 26S complejo consta de un núcleo de partículas 20S que es proteolytically activa, y uno o dos tapones 19S reglamentación que se encargan de reconocimiento, se desarrolla, deubiquitination, y translocación de sustrato las proteínas en el lumen del núcleo de partículas (Figura 4] [13 ].

El 20S proteolíticas básico consta de cuatro apilan con dos anillos exteriores α-que abarca dos anillos centrales β-anillos. Los anillos exteriores son cada uno de ellos compuesto de siete subunidades alpha y el interior de siete anillos de diferentes subunidades beta (Figura 5]. La estructura general del 20S básico se asemeja a un barril con dimensiones de 15 nm de longitud y 11 nm de diámetro. Una central proteolíticas cámara está formado por dos cara a cara β-anillos y se separa de 3 nm de ancho β-annuli. Tres subunidades β1, β2, y β5 forma el sitio catalítico. β-subunidades ganar la actividad proteolítica de autolíticas tratamiento de la N-terminal propeptides y la exposición de un residuo de treonina. El acceso a la cámara requiere la reorganización de la N-terminal H0 hélices de las subunidades α-que normalmente forman un sello de interactuar con cadenas laterales. La N-terminal de la subunidad α3-desempeña un papel fundamental en la formación de la junta. Además de la tapa 19S puede inducir la apertura de canales, y el 19S ATPasa, Rpt2, desempeña un papel clave en este proceso.

Otro componente del proteasoma 26S, conocido como el 19S regulador, que se compone de 17 ó 18 subunidades, es responsable de reconocimiento, se desarrolla, deubiquitination, y translocación de sustrato las proteínas en el lumen del núcleo de partículas, donde el sustrato está degradada [ 13]. En las altas concentraciones de sal, el regulador 19S se desglosa en dos subcomplexes, la tapa y la base. La base consta de 6 ATPases (Rpt1 a Rpt6) que comparten un alto grado de similitud entre sí. La forma ATPases un período de seis miembros anillo que interactúan directamente con la α-anillo del proteasoma 20S. Proteína sustratos necesidad de pasar por el centro de este anillo con el fin de entrar en la cámara catalizadora de proteasoma 20S. Además, la ATPasa anillo está vinculado a la actividad antichaperon necesarios para desarrollar la proteína sustratos. La base incluye también la no-ATPasa subunidades, como Rpn10 (S5a), que contiene un motivo que interactúan ubiquitina (UIM). La tapa subcomplex consta de ocho no-ATPasa subunidades, donde Rpn11 desempeña un papel fundamental en el reciclado de ubiquitina cleaving de la cadena de ubiquitina de la proteína sustrato.

Además de la norma proteasomes, las células son capaces de producir immunoproteasomes como una respuesta transitoria a tokines CY-IFN-γ o TNF-α [14]. IFN-γ induce la biosíntesis de proteínas de maduración proteasoma (pompa) y proteasomal β5 i subunidad de bajo peso molecular de proteínas 7 (LMP7), la aceleración de la asamblea de la immunoproteasome en el que tres subunidades catalíticas se sustituirán por subunidades homólogas (i β1, β2 i, β5 i) [15 ]. El immunoproteasome podrán participar en la generación de péptidos antigénicos que aparece en MHC de clase I moléculas [16], pero no se limitan a esta función. Observaciones recientes revelan que el familiar en la esclerosis lateral amiotrófica (FAL) de los pacientes, problemas de degradación de la SOD1 mutante se asocia con una disminución en la proteasomes constitutiva y un aumento en el nivel immunoproteasome, lo que resulta en selectiva degeneración de las neuronas motoras [17]. En la enfermedad de Huntington (HD), los altos niveles de immunoproteasome subunidades (LMP2 y LMP7) También se han observado, y se asocian con la neurodegeneración, lo que indica que immunoproteasomes puede jugar un aún por definir papel en la patogénesis de las enfermedades neurodegenerativas [18].

POLYUBIQUITINATED proteínas de orientación para el volumen de negocios

Polyubiquitin cadenas son una señal de que las metas para la degradación de proteínas por el proteosoma complejo. El reconocimiento de las proteínas de polyubiquitinated el 26S proteasoma desempeña un papel fundamental en la degradación de proteínas. Presentación de un polyubiquitinated sustrato para el proteasoma 26S se lleva a cabo a través de ubiquitina-que interactúan las proteínas, como S5a, Dsk2, Rad23, p62 y [19, 20] (Figura 6]. Ubiquitina-que interactúan las proteínas implicadas en ubiquitination / deubiquitination generalmente tienen ubiquitina-asociación (UBA) dominios que pueden obligar directamente a ubiquitina (Figura 7]. Estudios anteriores han mostrado que la mayoría de los dominios UBA obligar a la polyubiquitin cadenas en lugar de la monoubiquitin. Algunos dominios UBA incluso discriminan más vinculante K63-vinculada polyubiquitin cadenas en lugar de K48-vinculada cadenas [21]. Sin embargo, la interacción entre la ubiquitina y la UBA es un dominio de baja afinidad interacción. RMN cambio químico que muestra la cartografía ubiquitina específicamente, pero débilmente, se une a una conservadas hidrofóbicas epítopo en la UBA de dominio, mientras que la UBA dominios puede obligar a la hidrofóbicas parche en la superficie de cinco hundidos β-hoja de ubiquitina con diferentes orientaciones [ 22]. La interacción débil puede permitir un rápido montaje y desmontaje polyubiquitin entre shuttling y la proteína. UBA-que contienen proteínas podría contribuir a la captura y regulado transitorio de estabilización de las proteínas que son degradadas constitutivamente otros [23]. Los recientes hallazgos han mostrado que un dominio funcional UBA es necesaria para la localización de estas proteínas en shuttling agregados [24], lo que sugiere un mecanismo común de ubiquitina mediada por el secuestro de esencial ubiquitina-proteínas de unión en los agregados.

Además de la UBA ámbitos que unen a las cadenas de polyubiquitin, shuttling proteínas comúnmente contienen una ubiquitina-como dominio (LBM) que se une el proteasoma [20, 25, 26]. Estas proteínas son capaces de lanzadera polyubiquitinated los sustratos para el proteasoma 26S para la degradación [27]. Ataxin-3, un proteosoma-factor asociado, se ha demostrado que interactúan con el shuttling proteína Rad23 para mediar la degradación de sustratos ubiquitinated, sugiriendo un papel importante para shuttling proteínas en la UPS [28]. Dado que cada tipo de polyubiquitin cadena de formas diferentes de conformación [29], y cada dominio UBA podrán reconocer determinados tipos de cadenas polyubiquitin, shuttling la proteína puede presentar la cadena polyubiquitinated sustratos específicos para el proteasoma para su degradación. Un reciente estudio de la interacción polyubiquitin propiedades de treinta dominios UBA revela que estos dominios se pueden clasificar en cuatro grupos [30]: los que tienen vinculación características específicas, las que unen las diferentes cadenas, las que sean no discriminatorias, y los que no vinculan a ubiquitina . Por otra parte, es posible que no UBA secuencias puede modular la interacción propiedades en la UBA de dominio [30].

Agregados de proteínas y la neurodegeneración

La proteína es dependiente del volumen de negocios de forma funcional UPS. El hecho de no eliminar la polyubiquitinated proteínas puede dar lugar a la acumulación de agregados de proteínas [31]. La capacidad de la vía ubiquitina proteasoma puede ser superado, ya sea por sobreexpresión de sustratos o por una disminución en la actividad del proteasoma. En cultivos celulares, los inhibidores de proteasomal pueden provocar la agregación de un overexpressing enfermedad asociada a la proteína [32], lo que indica que la disfunción del proteasoma puede ser un factor que inicia la formación de inclusiones. Un estudio reciente ha demostrado que una amplia gama de nondisease proteínas asociadas se encuentra en inclusiones cuando las células fueron tratadas con inhibidores de proteasomal. Estas proteínas incluyen ubiquitinated nitrados o α-tubulina, SOD-1, α-sinucleína, y 68K neurofilaments [33]. La expresión transitoria de dos no guardan relación propensos a la agregación de proteínas causado casi completa inhibición de la UPS, lo que indica que la agregación de proteínas puede afectar directamente la función de UPS [34]. Un hecho positivo-mecanismo de retroalimentación se ha propuesto para explicar el volumen de negocios punto de agregación de proteínas. Deterioro de la función del proteasoma puede dar lugar a un aumento en los agregados de proteína, lo que da lugar a una nueva disminución de la actividad del proteasoma. Es importante señalar que el deterioro de UPS no es el resultado de de estado el secuestro de los componentes de UPS, o simple sustrato competencia [35]. Interacción física directa entre el proteasoma y los agregados no es necesaria para UPS deterioro, lo que indica que los agregados de proteínas pueden influir en la actividad del proteasoma en un momento desconocido.

Agregados de proteínas Mayo secuestrar a formar inclusiones también se refirió a ella como una aggresome, donde chaperones moleculares, subunidades del proteasoma, la ubiquitina, y filamentos intermedios (IF) las proteínas colocalize [3]. La formación de aggresomes ocurre en el centro de organización de microtúbulos (MTOC) y se considera que es un proceso distinto de la agregación de proteínas [36, 37]. La formación de cuerpos de inclusión citoplásmica requiere de un activo transporte de proteínas misfolded a lo largo de microtúbulos, con la redistribución de si la proteína para formar una jaula que rodea el núcleo de agregados, ubiquitinated proteína [31]. Protein misfolding pueden prevenirse e incluso revertirse de chaperones. Si la actividad chaperón falla, entonces las proteínas debe ser degradado antes de la agregación se lleva a cabo. Por lo tanto, aggresomes pueden servir como lugares de secuestrar polyubiquitinated / misfolded proteínas. En este sentido, el SAI funciona como un sensor para controlar la degradación de las proteínas misfolded que tienden a agregado a través de la exposición de secuencias hidrofóbicas [31]. En caso de que cantidades excesivas de los agregados de proteínas se acumulan, pueden afectar negativamente la función de la UPS [34, 35]. Por lo tanto, es fundamental para retener el agregado de proteínas a fin de preservar la función de UPS.

La evidencia reciente ha demostrado que los primeros agregados de proteínas pueden ser tóxicos para las células neuronales. Soluble dímeros y trimers, y protofibrils o fibrillas de amiloide beta (β) son péptido citotóxico [38]. Por otra parte, aunque las primeras pre-fibrilar enfermedad asociada a los agregados de proteínas son perjudiciales para las células, los maduros fibrillas son relativamente inofensivos [39]. Además, un estudio previo de UPS revela que el deterioro es independiente de la inclusión órgano formación [35]. En conjunto, estas observaciones sugieren que las inclusiones / aggresome vía es probable que se cytoprotective mediante la contratación de misfolded eficazmente el aislamiento de proteínas dentro de la célula. En apoyo de este mecanismo, se ha informado de que la inclusión organismo predice la formación y la mejora de la supervivencia conduce a una disminución de los niveles de agregación de la proteína altamente huntingtin [40].

La acumulación de agregados de proteínas y la formación de cuerpos de inclusión están asociados con muchos relacionados con la edad las enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Alzheimer (EA), enfermedad de Parkinson (PD), la enfermedad de Huntington, y otros, lo que sugiere que hay vínculos directos entre los agregados y proteínas la patología resultante [4] (Figura 8]. La acumulación de conjugados ubiquitina puede reflejar el intento fallido de la UPS para eliminar las proteínas dañadas [41]. Un importante componente vinculado a las aberraciones en UPS y en la patogénesis de la enfermedad de Parkinson es Parkin, un ubiquitina E3 ligase [42]. Un informe revela que Parkin puede asociarse con Rpn10 (S5a), una subunidad 26S del proteasoma, lo cual indica que podrá transferir Parkin ubiquitina conjugados de la degradación proteasomal [43]. Defectos en Parkin puede dar lugar a la acumulación de sus sustratos, como la α-sinucleína, y contribuir a la patogénesis de la DP.

Existe una fuerte evidencia que demuestra que la inhibición del proteasoma por el tratamiento farmacológico mejora la inclusión en la formación de modelos celulares. Sin embargo, hay menos apoyo a la idea de que los agregados directamente inhibir el proteosoma en cualquier enfermedad estado. Se necesitan más estudios en modelos animales para evaluar críticamente la función de agregados de proteínas e inclusiones en función del proteasoma.

SEQUESTOSOME 1/P62, el tráfico, INCLUSIÓN Y FORMACIÓN

Otros agregados propensos a participar proteínas en las enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer (EA) (Figura 8]. Hay dos tipos de depósitos de proteínas en AD: las placas amiloides extracelulares ricos en A β péptidos, y neurofibrillary ovillos intracelulares que contienen hyperphosphorylated tau polyubiquitinated [44]. Anterior estudio en nuestro laboratorio ha demostrado que p62 puede lanzadera K63-tau polyubiquitinated para la degradación proteasomal. Tau preocupante el tráfico puede dar lugar a la acumulación de insoluble / agregados tau en el cerebro, lo que contribuye a AD [45]. A β péptidos son producidos por división proteolítica del péptido amiloide precursora (APP). En la solución, A β péptidos pueden someterse auto-ensamblaje conduce a la aparición transitoria de protofibrils soluble y, finalmente, a fibrillas insolubles [46]. Recientes estudios proteómicos placas de amiloide recuperado de AD cerebro reveló que un total de 488 proteínas coisolated con placas. Por otra parte, el 26 de proteínas fueron enriquecidos en placas en comparación con en torno a la placa no tejidos, incluyendo las proteínas implicadas en la adhesión celular, el citoesqueleto y tráfico de membrana, chaperones, kinasa / fosfatasa, y los reguladores [47].

Sequestosome 1/p62 es una proteína altamente conservada que fue inicialmente identificado como un independiente de la fosfotirosina ligando de la homología src 2 (SH2) dominio de p56 LCK [12]. Sequestosome 1/p62 contiene una ubiquitina-asociados (UBA) en su dominio C-terminal (Figura 9], que puede obligar selectiva K63-polyubiquitinated proteínas [20]. La capacidad de p62 para interactuar selectivamente con K63-polyubiquitinated proteínas [20] apoya la idea de que las secuencias en las holoprotein puede modular la interacción UBA propiedades [30]. La UBA dominio de la proteína humana p62 forma un compacto de tres hélice paquete. Un Pro 392 → Leu sustitución mutación puede modificar la UBA dominio de la ampliación de la terminal N de hélice 1. Esta modificación afecta a la interacción de p62 dominio de la UBA con la cadena de polyubiquitin vinculante, y puede contribuir a la enfermedad de Paget del hueso [49]. Además, estudios recientes revelan que la proteína p62 que no cuenta con un dominio UBA no forma agregados en células HEK con problemas de supervivencia respuestas. Esto indica que la UBA dominio es fundamental para secuestrar polyubiquitinated proteínas [20], que está en consonancia con un papel para el secuestro de polyubiquitinated proteínas como un contribuyente a la inclusión de formación [24].

Sequestosome 1/p62 también contiene una PB1 dominio que se une aPKC, ZZ un dedo, un sitio de unión para el dedo anular de proteínas TRAF6, y dos PLAGAS secuencias (Figura 9] [48]. Con múltiples proteína-proteína interacción motivos, p62 también se considera un andamio [48], y ha sido ampliamente estudiado en el contexto de neurotrophin señalización. La N-terminal de la proteína p62 puede interactuar directamente con el proteasoma subunidad componente [20], y la localización de la proteína sustratos para el proteasoma es suficiente para que la degradación [50]. De este modo, p62 se considera también como una proteína shuttling, jugando un papel importante en secuestrar polyubiquitinated sustratos, interactuando con ubiquitinated sustratos UBA a través de su dominio y el proteasoma a través de su N-terminal [51]. En apoyo de un shuttling función de p62, hemos observado que p62 es necesaria para ambos TrkA tau y la interacción con el proteasoma [45, 51]. Además, nos encontramos con que p62 - / - ratones poseen AD-como la neurodegeneración [Babu y Wooten, inédito]. Del mismo modo el agotamiento del factor de crecimiento nervioso (NGF) se traduce en AD-al igual que en la neurodegeneración anti-NGF ratones transgénicos [52]. Curiosamente, la disminución de la membrana TrkA expresión se ha correlacionado con la disminución en el rendimiento en el mini examen del estado mental y puede servir como un marcador de fase tardía AD [53]. La correlación entre el fenotipo de la p62 - / - ratones y los anti-NGF ratones es sugerente de una superposición en el que las vías de p62 y NGF función. Más estudios serán necesarios para clasificar con exactitud el mecanismo por el cual p62 regula el tráfico de TrkA.Likewise agotamiento de factor de crecimiento nervioso (NGF) se traduce en AD-al igual que en la neurodegeneración anti-NGF ratones transgénicos [52]. Curiosamente, la disminución de la membrana TrkA expresión se ha correlacionado con la disminución en el rendimiento en el mini examen del estado mental y puede servir como un marcador de fase tardía AD [53]. La correlación entre el fenotipo de la p62 - / - ratones y los anti-NGF ratones es sugerente de una superposición en el que las vías de p62 y NGF función. Más estudios serán necesarios para clasificar con exactitud el mecanismo por el cual p62 regula el tráfico de TrkA.

La N-terminal PB1 dominio de p62 está implicado en p62 libre interacción, y en la interacción con otras proteínas que poseen un dominio PB1 [54]. Sin embargo, el PB1 dominio puede asumir un ubiquitina veces y esto puede ser la base de la N-terminal de p62 interactúan con el proteasomal subunidad S5a [20]. Sobreexpresión de p62 resultados en las grandes inclusiones, mientras que el agotamiento de la proteína p62 retarda la degradación y la conduce a la acumulación de nondegraded agregados polyubiquitinated proteínas [20]. Hemos demostrado que las células que poseen p62 inclusiones poseen una mayor supervivencia características [55]. Este hallazgo apoya la idea de que cada vez más las inclusiones son lugares para el secuestro de las proteínas misfolded que se están triaged para la degradación. En este sentido, p62 ha sido localizada a ubiquitina que contienen inclusiones en la enfermedad de Alzheimer que contiene tau [56]. Desde p62 ha demostrado ser necesarias para tau interacción con el proteasoma [45], es posible que polyubiquitinated tau pueden acumularse en la falta de p62. Estudios están en curso para examinar la función de p62 en el tráfico de tau. Cultura de fibroblastos de embrión de ratón de tipo salvaje o p62 - / - ratones, ya sea impugnada con la cloroquina, un inhibidor de lisosomales, o MG132, un inhibidor de proteasomal, revela que p62 es necesaria la inclusión de formación en virtud del proteasoma perjudicado las condiciones (Figura 10]. En conjunto, estos hallazgos sugieren que p62 desempeña un papel clave en el tráfico, la regulación de la agregación y la formación de inclusión cuerpo. Es probable que el p62 que contiene inclusiones observadas en AD y otras enfermedades neurodegenerativas contienen proteínas destinados a la degradación. En ausencia de estas proteínas p62 se espera que se acumulan en su misfolded polyubiquitinated estado y contribuir a la neurodegeneración.

La estructura genómica de p62 revela la presencia de una isla CpG y múltiples sitios de unión para SP-1, AP-1, NF-κ B, y Ets-1 familia factores de transcripción en la región promotora, lo que sugiere que la transcripción p62 puede estar regulada por estos factores [57]. A este respecto, ya sea la inhibición de proteasoma o aumentos de los radicales libres han demostrado inducir la expresión p62 [58]. Por otra parte, la inhibición de la transcripción p62 bloqueado proteasomal inducida por el secuestro de ubiquitinated proteínas, y la ampliación de inclusiones [59]. Estos estudios apoyan la idea de que p62 está íntimamente implicados en la formación de inclusiones y en la protección de las células de la toxicidad de las proteínas misfolded inclusión de la mejora de la formación [20, 55]. Por lo tanto, las inclusiones pueden surgir como un mecanismo de protección contra condiciones de estrés. En efecto, nos encontramos con que las células overexpressing p62 poseen grandes inclusiones y una mayor supervivencia [20, 55].

Sequestosome 1/p62 también puede actuar como un andamio de TRAF6 [48, 60]. En este sentido, p62 podría servir como un sitio para TRAF6 dependientes K63-polyubiquitination objetivo de sustratos y en la activación del factor de transcripción NF-κ B. Curiosamente, TRAF6 colocalizes en inclusiones junto con p62 [20]. Un estudio reciente realizado en nuestro laboratorio ha demostrado que la p62-UBA dominio es necesaria para TRAF6 polyubiquitination, lo que sugiere que p62 puede llevar cadenas de ubiquitina necesarios para la activación / autoubiquitination de TRAF6 [60]. Cuando la interacción entre p62 y TRAF6 se vio perturbada por péptido inhibidor competitivo, la formación de p62/TRAF6 inclusiones en células cultivadas fue suprimida y la supervivencia disminuyó [20, 45]. Por lo tanto, p62 regula la activación de NF-κ B, mediante el reconocimiento de TRAF6-catalizada polyubiquitin cadenas y / o contratación de TRAF6 a un microambiente para aumentar la proteína ubiquitination.

Además, p62 puede formar un complejo ternario con aPKC y PAR-4 (a estrés inducido por el texto) [61]. Interacción de aPKC con el PAR-4 bloques de su actividad, sin embargo, p62 puede antagonizar PAR-4 inducida por la inhibición aPKC [61]. Por otra parte, estudios recientes han demostrado que la p62 puede modular la asociación de Akt con aPKC [62]. De este modo, p62 mediante la interacción con aPKC probable regula la supervivencia celular y la muerte de señalización a través de aPKC/PAR-4 [61] y aPKC / Akt [62]. Por otra parte, PAR-4 Recientemente se ha demostrado interactuar con BACE y regula la producción de un péptido β [63].

Por lo tanto, no sería sorprendente observar que en situaciones en las que el PAR-4 es inducida durante el estrés oxidativo o lesión que la baja expresión de p62 podría comprometer la neurona y contribuir al desarrollo de neurogeneration. La excesiva acumulación de proteínas misfolded que se conoce para provocar estrés oxidativo e inducir PAR-4 expresión [61]. Por otra parte, las proteínas oxidatively modificadas son resistentes a la proteólisis y puede aumentar aún más la acumulación de agregados de proteínas [64]. Se postula que el descenso en la expresión de p62 podría servir como biomarcadores para las personas en riesgo de desarrollar enfermedad neurodegenerativa. En este modelo, el envejecimiento y el estrés oxidativo, junto con la disminución de expresión de p62 sería definir un umbral en el que las proteínas no debidamente plegar o triage para la degradación, la supervivencia de señalización se altera, y la enfermedad neurodegenerativa fenotipo se manifiesta. Es interesante mutación en valsolin que contienen proteínas (VCP), una proteína de unión ubiquitina involucrados en el tráfico de UPS, se ha relacionado con la demencia frontotemporal [65]. Tenemos que especular p62, así como otras proteínas de unión ubiquitina, puede ser candidato de genes para conocer con detalle el análisis genético. El objetivo en este caso sería la de examinar posibles polimorfismos que pueden servir como factores determinantes de riesgo para las enfermedades neurodegenerativas. De acuerdo con esta hipótesis, los recientes análisis genéticos de la ubiquilin 1 gen (UBQLN1) reveló que ciertas variantes genéticas aumentan el riesgo de AD [66]. Similar a la VCP y p62, UBQLN1 codifica una proteína que actúa como proteína shuttling a entregar polyubiquitinated proteínas para el proteasoma para su degradación.

Mallory relación de los órganos de cuerpos de inclusión

Mallory órganos (MB) es una enfermedad asociada a tipo de aggresomes / inclusión consistente en una acumulación excesiva de queratina y son característicos de alcohólica (ASH) steatophepatitis y sin alcohol (NASH). Estos inclusión compartir anormal del hígado morfología observada en la enfermedad de Wilson (WD), India infancia cirrosis (CPI), y cobre toxicosis idiopática (TIC) [67]. Corte Penal Internacional y las TIC, las personas de cobre inducida por desarrollar cirrosis del hígado por el consumo de agua contaminada o leche [67]. WD mutaciones en ATP7B conducir a la acumulación anormal de cobre en diversos tejidos, especialmente el hígado [67]. Cobre mediada por estrés oxidativo también puede desempeñar un papel patogénico en enfermedades neurodegenerativas crónicas como la enfermedad de Alzheimer. Sequestosome 1/p62 es un componente integral de MB [68] y la de Mallory-al igual que las inclusiones se encuentran en WD, CPI, y las TIC, lo que sugiere que p62 puede desempeñar un papel en su formación. La formación de MBs puede ser prolongado inducido por alcohol intoxicación crónica y trastornos metabólicos [68]. Deterioro de la degradación de proteínas ha sido implicado como un factor subyacente en la hepatopatía alcohólica similar a su papel en enfermedades neurodegenerativas crónicas [67 - 69]. Por otra parte, la eliminación de p62 bloquea la formación de MBs, mientras que la mayor expresión durante su formación [69]. MBs contienen alto peso molecular polyubiquitin conjuga así como [69], lo que sugiere que estos son lugares para el secuestro de polyubiquitinated / misfolded proteínas. Como se mencionó anteriormente, p62 expresión es transcriptionally regulado, en particular a los agentes de estrés oxidativo [58, 59]. Oxidative stresses causing alterations in mitochondria are well recognized as contributors to Alzheimer's disease [ 70 , 71 ]. Oxidatively damaged mitochondria are removed by a process of autophagocytosis [ 72 ], a process that declines with age. Altogether, these findings strongly suggest that p62 plays a role in the formation of MBs which may have similarity to inclusion bodies observed in neurodegenerative disease.

AUTOPHAGY AS A ROUTE TO PROTEIN DEGRADATION

The cellular trafficking network that takes place involves movement of proteins from one intracellular compartment to another. In some instances receptor proteins in late endosome are deubiquitinated by chain-specific deubiquitinating enzymes at that site [ 73 ], while in others it appears that proteins traffic to the proteasome for chain removal and are then transported to the lysosome for degradation [ 74 ]. Sequestosome 1/p62 has been shown to be a component of the late endosomes [ 75 , 76 ], and is able to sort proteins, such as TrkA to the endosome [ 77 ]. Under stress conditions late endosomes may fuse with autophagosomes [ 78 ], a process that involves bulk phase sequestration of cytoplasmic proteins. Aggregated proteins can be removed by the process of autophagy [ 79 ], a process that is impaired in AD [ 80 ]. Since the UPS may be impaired by protein aggregates [ 34 , 35 ], it is reasonable to propose that autophagy could serve as a mechanism that cells hold in reserve for the removal of protein aggregates. In this regard α-synuclein can be degraded by both UPS and autophagy [ 81 ]. Therefore as aggregates arise, cells could degrade these proteins by autophagy while preserving the function of the UPS. Numerous studies now indicate that cells may attempt to compensate for impairments in one form of proteolysis (UPS) by dramatically elevating an alternate form of protein degradation (autophagy) [ 82 ]. Recently, p62 has been shown to bind light chain 3 (LC3), a protein that is tightly associated with the autophagosomal membrane [ 83 ]. Under stress conditions p62 would thereby link polyubiquitinated aggregated proteins to the autophagic machinery, facilitating their clearance. Indeed this has been found to be the case for clearance of mutant huntingtin [ 83 ]. Since p62 is localized to late endosomes [ 75 , 76 ], p62 through interaction with LC3 may be needed in the recruitment of proteins for autophagy. Therefore decline in p62 expression would not only lead to the accumulation of polyubiquitinated proteins, but also to an absence of autophagosomes which in the appropriate genetic environment may further contribute to an absence of inclusions and accumulation of misfolded proteins. Currently we are studying whether neurons isolated from p62 −/− mice fail to form autophagosomes and the effects this may have.

FUTURE DIRECTIONS FOR THERAPEUTIC TARGETS

Recent targets for therapy include reducing protein misfolding and blocking aggregation. Strategies that promote degradation of misfolded proteins, such as: (1) enhanced expression of chaperones; (2) overexpression of E3 ligases; (3) enhanced expression of shuttling proteins, such as p62; and last, (4) up regulation of proteasome activity and/or autophagy Since protein oxidation and aggregation are intimately linked [ 64 , 70 ], it is likely that more than one approach will be needed to effectively remove aggregated proteins and treat neurodegeneration. Clearly, early diagnostic markers are needed to effectively time intervention and treatment.

CONCLUSIONS

Great strides have been made in the past ten years toward understanding the pathological, cellular, biochemical, biophysical, and molecular bases of targeting proteins for degradation. Two mechanisms have been studied which promote the removal of aggregated/misfolded/polyubiquitinated proteins: the UPS and autophagy. Both mechanisms are regulated by p62. The observation that p62 plays an intimate role in the regulation of protein signaling, polyubiquitination, and trafficking suggests that further study of its role as a regulator of oxidative stress, neuropathology, and neurotoxicity in the brain is warranted. There is clearly a need to learn more about p62 in the context of aging, genetic background, and environmental factors. The convergence of these elements will determine the onset and severity of neurodegeneration. For AD, the greatest risk factor for the disease is age. The known AD genes (PS1, PS2, APOE, APP) account for less than half the genetic variance in the disease, suggesting there are many other risk determinant genes yet to be identified. Altogether, these findings will contribute to the development of more effective means for treating AD and for assessing those who might benefit from therapeutic intervention.

These studies were funded by NINDS (NS33661) to MWW.