Structures and functions of the human Josephin domain-containing proteins

人类约瑟芬结构域蛋白的结构和功能

基本信息

  • 批准号:
    8134770
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 33.12万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2009-09-30 至 2013-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): The Josephin domain-containing proteins are one of the five major families of deubiquitinating enzymes (DUBs). The founding member of the family is ataxin-3, a polyglutamine protein and the causative agent of the most common inherited ataxia, spinal cerebellar ataxia type 3 (SCA3, also known as Machado-Joseph disease). Ataxin-3's DUB activity resides in the molecule's N-terminal half, the so-called Josephin domain. Ataxin-3 is linked to many cellular processes that are related to maintaining protein homeostasis, including the transport of misfolded proteins to aggresomes and the flux of proteins through the endoplasmic reticulum-associated degradation pathway (ERAD). Ataxin-3 can also suppress the toxicity of expanded repeat polyglutamine domains. All of these functions require DUB activity, establishing the biological significance of the Josephin domain and hinting at a link between Josephin DUB activity and neurodegeneration induced by protein misfolding. Three homologs of ataxin-3 are encoded in the human genome: The ataxin-3-like protein (AT3L), Josephin-1, and Josephin-2. All three possess DUB activity, but differ substantially in catalytic efficiency and specificity. Josephin domain-containing homologs are conserved in most eukaryotes, including plants and protozoans, implying that this domain and the DUB activity it expresses are responsible for valuable biological functions. We propose to analyze the molecular structure and function of the human Josephin domain-containing proteins in order to understand how they recognize and act upon substrates and other interacting proteins. We will use X-ray crystallography to determine structures for different Josephin domains, alone and in complex with ubiquitin substrates; characterize the DUB activities of the four human Josephin domain-containing proteins, assessing how they bind and cleave both small and large ubiquitin substrates; explore their ubiquitin-binding activities; and probe the interactions of ataxin-3 with its cellular binding partners. PUBLIC HEALTH RELEVANCE: The Josephin domain proteins appear to function in quality control pathways in human cells. Understanding how the Josephin proteins function will help reveal how cells protect themselves from the potentially toxic effects of protein misfolding. The insights obtained from this work will inform efforts to design therapies for disorders in which the cell's quality control pathways are disrupted, such as Huntington's disease, Alzheimer's disease, and Parkinson's disease.
描述(由申请人提供):含有Josephin结构域的蛋白质是去泛素化酶(DUB)的五个主要家族之一。该家族的创始成员是共济失调蛋白-3(ataxin-3),一种多聚谷氨酰胺蛋白,并且是最常见的遗传性共济失调、脊髓小脑共济失调3型(SCA 3,也称为Machado-Joseph病)的病原体。共济失调蛋白-3的DUB活性存在于分子的N-末端一半,即所谓的约瑟夫结构域。共济失调蛋白-3与许多与维持蛋白质稳态相关的细胞过程相关,包括错误折叠蛋白质向侵袭体的转运以及蛋白质通过内质网相关降解途径(ERAD)的流动。共济失调蛋白-3还可以抑制扩增的重复聚谷氨酰胺结构域的毒性。所有这些功能都需要DUB活性,建立了Josephin结构域的生物学意义,并暗示了Josephin DUB活性与蛋白质错误折叠诱导的神经变性之间的联系。 在人类基因组中编码了三种共济失调蛋白3的同源物:共济失调蛋白3样蛋白(AT 3L)、Josephin-1和Josephin-2。所有三种都具有DUB活性,但在催化效率和特异性方面有很大差异。含有Josephin结构域的同源物在大多数真核生物中是保守的,包括植物和原生动物,这意味着该结构域及其表达的DUB活性负责有价值的生物学功能。 我们建议分析人类Josephin结构域蛋白的分子结构和功能,以了解它们如何识别和作用于底物和其他相互作用的蛋白质。我们将使用X射线晶体学来确定不同的约瑟夫结构域的结构,单独和与泛素底物的复合物;表征四种含约瑟夫结构域的蛋白质的DUB活性,评估它们如何结合和切割小的和大的泛素底物;探索它们的泛素结合活性;并探测共济失调蛋白3与其细胞结合伙伴的相互作用。 公共卫生相关性:Josephin结构域蛋白似乎在人类细胞的质量控制途径中发挥作用。了解Josephin蛋白的功能将有助于揭示细胞如何保护自己免受蛋白质错误折叠的潜在毒性影响。从这项工作中获得的见解将为设计细胞质量控制途径被破坏的疾病的治疗方法提供信息,如亨廷顿病,阿尔茨海默病和帕金森病。

项目成果

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