Lezione 11

LIPIDAZIONE delle PROTEINE
Proteine di membrana legate a lipidi
Ancorano le proteine alla membrana
Modello per interazioni proteina-membrana e proteina-proteina mediate da lipidi
TIPI DI
MODIFICAZIONE:
1.
N-Miristoilazione
Enzima responsabile, N-miristoil transferasi, trasferisce acido
miristico su Gly N-term.
2.
Prenilazione
a.
Farnesilazione (~ 20%)
b.
Geranil-Geranilazione (~ 80%)
I.
Trasferimento enzimatico di 15 C o 20 C su Cys in
prossimità del C-term e formazione di legame
tioetere
(-XXXCAAX)
S
CH2
II. Rimozione proteolitica degli aa a valle di Cys (-AAX)
III. Carbossimetilazione della Cys C-term
IV. Non obbligatoria: palmitoilazione di una Cys a monte
3. Palmitoilazione: trasferimento di acido palmitico in
residuodi Cys con formazione di legame tioestere
4. Ancoraggio a Glicofosfolipidi (GPI)
N-Miristoilazione co-traduzionale
Enzima responsabile, N-miristoil transferasi, trasferisce acido miristico
su Gly N-term.
Esempi: molte proteine virali: p55gag di HIV, p60v-src, Giα G0α, citocromo b5
reduttasi, subunità catalitica di PKA, ARF
COP
Estroflessione e vescicolazione: ARF,
1. Reclutamento proteine del COATOMERO,
2. attivazione PLD
Fusione di vescicole:
NSF (N-etilmaleimide sensitive factor)
SNAP
Rab
Prenilazione
Farnesilazione (~ 20%)
Geranil-Geranilazione (~ 80%)
Farnesil transferasi
Esempi: subunità γ delle prot.
G eterotrimeriche, Rab,
Ras, Lamìna nucleare
Cys
A
Rab ha seq consenso diversa:
A
-Cys-A-CysCOOH, entrambe
prenilate
X
C=O
O-
Proteolisi
Metilazione
Cys
C=O
OCH3
Segnali che dirigono il tipo di prenilazione
Farnesilazione o Geranil-Geranilazione
Biosintesi e associazione a membrana delle subunità delle proteine G
Fasi del processamento del C-terminale di p21H-ras
2 modifiche:
180
186
180
186
186
180
186
Prenilazione
Palmitoilazione
180
Farnesilazione
della cisteina
186 (tioetere)
Rimozione
proteolitica di 3
AA al C-term.
180
186
180
186
Carbossimetilazione al C-term.
180
186
180
186
Palmitato
Palmitoilazione
delle cisteine a
monte
(tioestere)
Bad
Caspasi 9
FARNESIL TRANSFERASI (FT)
• Gli organismi eucarioti contengono tre proteine isoprenil-transferasi:
FT, GGT I, GGT II
• La FT è un eterodimero, costituito da una subunità regolatoria (α),
comune anche con la GGT I, ed una subunità catalitica (β)
• L’aggiunta del gruppo farnesilico è necessaria per l’opportuna
localizzazione delle proteine a livello della membrana cellulare
• Numerose proteine subiscono questo processo, tra cui H-, K-, N-Ras,
lamìna nucleare.
La FT riceve particolare attenzione da quando si è scoperto il suo ruolo nel
farnesilare la proteina Ras, un oncoproteina coinvolta in un altissima
percentuale di tumori.
OSSERVAZIONI
I primi studi indicarono che l’attività trasformante di Ras poteva
essere completamente abolita in vitro, sostituendo il residuo di
cisteina del motivo -CAAX, ad esempio con una serina
Ipotesi: Bloccando la farnesilazione si potevano ottenere risultati
positivi nella prevenzione e nella terapia di pazienti affetti da forme
di cancro causate da Ras
SVILUPPO TUMORALE
• L’eliminazione della FT non permette di prevenire lo sviluppo di tumori
causati dall’oncogene K-Ras o di rallentarne la progressione, in quanto
la proteina K-Ras viene facilmente cross-prenilata
• Anche per i tumori causati da H-Ras non è possibile prevenirne lo
sviluppo abolendo la FT, però si osserva una riduzione della
progressione tumorale e quindi un benefico effetto terapeutico.
H-Ras non può essere cross-prenilata
Risultati:
1. Inibendo la FT, in alcuni casi si osserva il rallentamento della
progressione tumorale
E’ possibile utilizzare inibitori della farnesil transferasi (FTI) per la cura di
pazienti affetti da alcune forme di cancro.
Effetto del trattamento con FTI (inibitori della farnesil transferasi)
nell’isoprenilazione di H-Ras e K-Ras e RhoB
K-Ras-F viene rimossa ma rimpiazzata da K-Ras-GG, K-Ras continua a funzionare perchè ben
localizzata.
RhoB-GG si accumula al posto di RhoB-F ma per ragioni non chiare questo evento è associato con la
perdita di localizzazione negli endosomi. Quindi il trattamento con FTI fa perdere di funzionalità a
RhoB.
L’isoprenilazione come bersaglio molecolare per strategie anti-tumorali
Due armi nel meccanismo antineoplastico
Effetti di perdita e acquisizione di funzioni
S-Palmitoilazione: trasferimento di acido palmitico (16 C) ad un residuo
di Cys con formazione di legame tioestere
Palmitoilazione è reversibile
Enzimi: PAT e aciltioesterasi
In proteine doppiamente lipidate (miristico
o isoprene + palmitico) rende più stabile
l’associazione con la membrane
C=O
S
Proteina
Modula la stabilità di alcune proteine,
indicando il corretto folding della proteina
(SNARE nel Golgi, quando palmitoilate
non sono riconosciute da Ub ligasi)
In altri casi regola la degradazione delle
proteine
Ruolo proposto per la palmitoilazione dinamica delle proteine
Precursore della proteina ad ancora GPI e
struttura dell’ancora
a.
b.
c.
c
Proteine ad ancora GPI sono
inserite nel foglietto esterno
della membrana cellulare
attraverso la loro porzione
glicolipidica, mentre
l’ectodominio è rivolto verso lo
spazio extracellulare.
Proteine GPI sono sintetizzate
come un precursore contenente
un sequenza segnale amminoterminale, che l’indirizza al lume
dell’ER, e una sequenza segnale al
C-terminale che dirige
l’ancoraggio della GPI.
Il core conservato consiste di
una fosfoetanolammina in un
legame ammidico al C-terminale
della proteina, tre residui di
mannosio, una glucosammina e il
fosfatidilinositolo. (Da Mayor
and Riezman, Nature, 2004).
Proteine GPI
cytosol
Membrane
extracell
A
B
PrPSc
PrPSc
replication and aggregation
PrPSc
PrPC
normal signal
neurotoxic signal
death
replication and aggregation
PrPSc
PrPC
no clinical desease
Proteine attaccate a livello della membrana esclusivamente attraverso
ancoraggio di Glicosilfosfatidilinositolo
Acetilcolinesterasi
Fosfatasi alcalina
5’ Nucleotidasi
Lipoproteina lipasi
VSG di Trypanosoma
Antigene Thy-1
Proteina prionica scrapie
Antigeni maggiori di superficie del Toxoplasma gondii
….
Attacco di alcuni tipi di proteine alla membrana plasmatica tramite lipidi legati covalentemente
Thy-1
protein
Protein
p60v-src
Protein
p21ras
Thy-1 (THYmocyte differentiation antigen 1)