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UbcH7~Ub 和磷酸化 Ubl 结构域的协同募集触发 parkin 的激活。

Synergistic recruitment of UbcH7~Ub and phosphorylated Ubl domain triggers parkin activation.

机构信息

Department of Biochemistry, The University of Western Ontario, London, ON, Canada.

Institute of Molecular Cell and Systems Biology, University of Glasgow, Glasgow, UK.

出版信息

EMBO J. 2018 Dec 3;37(23). doi: 10.15252/embj.2018100014. Epub 2018 Nov 16.

DOI:10.15252/embj.2018100014
PMID:30446597
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6276879/
Abstract

The E3 ligase parkin ubiquitinates outer mitochondrial membrane proteins during oxidative stress and is linked to early-onset Parkinson's disease. Parkin is autoinhibited but is activated by the kinase PINK1 that phosphorylates ubiquitin leading to parkin recruitment, and stimulates phosphorylation of parkin's N-terminal ubiquitin-like (pUbl) domain. How these events alter the structure of parkin to allow recruitment of an E2Ub conjugate and enhanced ubiquitination is an unresolved question. We present a model of an E2Ub conjugate bound to the phospho-ubiquitin-loaded C-terminus of parkin, derived from NMR chemical shift perturbation experiments. We show the UbcH7Ub conjugate binds in the open state whereby conjugated ubiquitin binds to the RING1/IBR interface. Further, NMR and mass spectrometry experiments indicate the RING0/RING2 interface is re-modelled, remote from the E2 binding site, and this alters the reactivity of the RING2(Rcat) catalytic cysteine, needed for ubiquitin transfer. Our experiments provide evidence that parkin phosphorylation and E2Ub recruitment act synergistically to enhance a weak interaction of the pUbl domain with the RING0 domain and rearrange the location of the RING2(Rcat) domain to drive parkin activity.

摘要

E3 连接酶 parkin 在氧化应激过程中泛素化外线粒体膜蛋白,与早发性帕金森病有关。Parkin 自身受到抑制,但可被激酶 PINK1 激活,后者磷酸化泛素导致 parkin 募集,并刺激 parkin N 端泛素样(pUbl)结构域的磷酸化。这些事件如何改变 parkin 的结构,以允许招募 E2Ub 缀合物并增强泛素化,这是一个悬而未决的问题。我们提出了一个模型,其中 E2Ub 缀合物结合到 parkin 的磷酸泛素加载 C 端,该模型源自 NMR 化学位移扰动实验。我们展示了 UbcH7Ub 缀合物以开放状态结合,其中共轭泛素结合到 RING1/IBR 界面。此外,NMR 和质谱实验表明 RING0/RING2 界面被重新建模,远离 E2 结合位点,这改变了 RING2(Rcat)催化半胱氨酸的反应性,该半胱氨酸对于泛素转移是必需的。我们的实验提供了证据表明,parkin 的磷酸化和 E2Ub 的募集协同作用,增强了 pUbl 结构域与 RING0 结构域的弱相互作用,并重新排列了 RING2(Rcat)结构域的位置,以驱动 parkin 的活性。

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