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:
    7783480
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 33.47万
  • 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 ataxin-3,一种多聚谷氨酰胺蛋白,也是最常见的遗传性共济失调、脊髓小脑共济失调 3 型(SCA3,也称为马查多-约瑟夫病)的病原体。 Ataxin-3 的 DUB 活性位于分子的 N 末端一半,即所谓的 Josephin 结构域。 Ataxin-3 与许多与维持蛋白质稳态相关的细胞过程有关,包括将错误折叠的蛋白质转运至聚集体以及蛋白质通过内质网相关降解途径 (ERAD) 的流动。 Ataxin-3 还可以抑制扩展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,从而确立了 Josephin 结构域的生物学意义,并暗示 Josephin DUB 活性与蛋白质错误折叠引起的神经变性之间存在联系。 人类基因组中编码了 ataxin-3 的三种同源物:ataxin-3 样蛋白 (AT3L)、Josephin-1 和 Josephin-2。这三种都具有 DUB 活性,但在催化效率和特异性方面存在很大差异。含有 Josephin 结构域的同源物在大多数真核生物(包括植物和原生动物)中都是保守的,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。 我们建议分析人类约瑟芬结构域蛋白质的分子结构和功能,以了解它们如何识别底物和其他相互作用的蛋白质并对其起作用。我们将使用 X 射线晶体学来确定不同 Josephin 结构域的结构,无论是单独的结构还是与泛素底物的复合结构;表征四种人类 Josephin 结构域蛋白的 DUB 活性,评估它们如何结合和切割小和大泛素底物;探索它们的泛素结合活性;并探究 ataxin-3 与其细胞结合伴侣的相互作用。 公共健康相关性: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。了解约瑟芬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作用。从这项工作中获得的见解将为设计治疗细胞质量控制途径被破坏的疾病的方法提供信息,例如亨廷顿病、阿尔茨海默病和帕金森病。

项目成果

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