Erythrocyte maturation through global remodeling of the proteome
通过蛋白质组的整体重塑实现红细胞成熟
基本信息
- 批准号:10211683
- 负责人:
- 金额:$ 59.84万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2021
- 资助国家:美国
- 起止时间:2021-04-01 至 2025-03-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:ActininActinsAddressAnabolismAutomobile DrivingBindingBiochemicalBiochemistryBiological ProcessBiologyBypassCell Differentiation processCellsCellular biologyCentrosomeComplexCrystallinsCrystallographyCytoskeletal ModelingCytoskeletal ProteinsCytoskeletonDataDevelopmentDynein ATPaseEnzymesErythroblastsErythrocytesErythroidErythroid CellsEukaryotic CellFamilyGenerationsGenesGenetic StructuresGenetic TranslationGlobinGoalsHemoglobinHydrogenIn VitroInformaticsLens FiberLeucine-Rich RepeatMapsMass Spectrum AnalysisMediatingMessenger RNAMicroscopyMicrotubulesMitochondrial ProteinsMotor ActivityMusMutateMyosin ATPaseNetwork-basedPhasePhysiologicalPlayProcessProteasome BindingProteinsProteomeProteomicsRadialRegulatory PathwayReticulocytesRibosomesRoleSignal TransductionSpecificitySpectrinStructureSystemTestingTimeTranslational RegulationTranslationsTubulinUbiquitinUbiquitin Like ProteinsUbiquitin-Conjugating EnzymesUbiquitinationVariantVesicleWorkbasecell typecrosslinkdynactinerythroid differentiationfiber cellgenetic regulatory proteininterestmilligrammulticatalytic endopeptidase complexmutantnovelpreservationprogramsprotein crosslinkprotein degradationreconstitutionribosome profilingstructural biologytranscriptome sequencingtranscriptomicsubiquitin ligase
项目摘要
PROJECT SUMMARY / ABSTRACT
As cells undergo extreme forms of terminal differentiation, they are able to accumulate specific proteins
to exceptionally high levels–hundreds of milligrams per ml in the case of globins and crystallins. At the same
time, almost all other cellular components are eliminated. How cells can carry out such vast programs of
biosynthesis and degradation simultaneously has been almost a complete mystery. We proposed in 1995 that
the ubiquitin-proteasome system (UPS) may play a central role in global proteome remodeling. Using murine
reticulocytes, a uniquely powerful system to study global proteome remodeling, we found that indeed UBE2O, a
ubiquitin-conjugating enzyme that is strongly induced in late erythroid differentiation, mediates the elimination of
ribosomes and myriad other proteins via the proteasome. We proceeded to examine other UPS components
that are strongly induced in erythroid cells, and found that TRIM10 eliminates dynactin, many myosins, actin
crosslinking proteins, the erythroid regulator TMCC2, and COP1 vesicles; TRIM58 eliminates dynein and
centrosomal proteins; the unique ubiquitin-like protein TBCEL specifically dismantles the tubulin cytoskeleton;
and UBE2H, together with the GID complex, eliminates a broad set of mRNA-binding translational regulatory
proteins while also promoting the elimination of many mitochondrial proteins. Thus, these UPS components have
highly distinct specificities, each driving the elimination of different parts of the cell or proteome. This work
uncovers a vast new regulatory pathway that appears to be central to the maturation of the erythrocyte. It also
indicates a remarkable new capacity of the UPS: to effect global and developmentally controlled proteomic
remodeling. In contrast to the above-described proteins, most UPS components disappear during erythroid
maturation; thus, a highly specialized variant of the UPS mediates remodeling. Focusing on TBCEL, TRIM10,
and TRIM58, we will use biochemical reconstitution, crystallography, and hydrogen exchange mass
spectrometry to resolve specific mechanisms of degradation and degradation signals in target proteins. Cellular
studies will focus on the cytoskeleton and on translational control as highlighted by our proteomic data. As the
erythroblast matures into the red blood cell, its radial, microtubule-based cytoskeleton is replaced by an acentric
actin-based network. We will characterize how the cytoskeleton functions during the unusual and to date
uncharacterized transition period that takes place in the reticulocyte. We will then assess the impact of
programmed elimination of tubulin and other cytoskeletal proteins on this cytoskeletal transformation. Although
late erythroid cells are known to be characterized by extensive translational regulation, our findings indicate a
new mechanism by which diverse translational regulators are themselves controlled. We will use our mutants to
determine the impact of UBE2H-dependent ubiquitination on mRNA translation in reticulocytes, using RNA-Seq
and Ribo-Seq in parallel. In summary, we propose that ubiquitin-dependent proteome remodeling is an important
new aspect of the biology of eukaryotic cells, critical for the generation of highly differentiated cell types.
项目概要/摘要
当细胞经历极端形式的终末分化时,它们能够积累特定的蛋白质
球蛋白和晶状体蛋白的含量极高,达到每毫升数百毫克。
随着时间的推移,几乎所有其他细胞成分都被消除了,细胞如何能够执行如此庞大的程序。
我们在 1995 年提出,生物合成和降解同时进行几乎是一个谜。
泛素蛋白酶体系统(UPS)可能在小鼠的整体蛋白质组重塑中发挥核心作用。
网织红细胞是研究全局蛋白质组重塑的独特强大系统,我们发现确实是 UBE2O,
泛素结合酶在红细胞分化晚期被强烈诱导,介导消除
我们通过蛋白酶体研究了核糖体和无数其他蛋白质。
在红细胞中强烈诱导,并发现 TRIM10 消除了动力蛋白、许多肌球蛋白、肌动蛋白
交联蛋白、红细胞调节因子 TMCC2 和 COP1 囊泡消除动力蛋白和
中心体蛋白;独特的泛素样蛋白 TBCEL 特异性拆除微管蛋白细胞骨架;
UBE2H 与 GID 复合物一起消除了一系列广泛的 mRNA 结合翻译调节
蛋白质,同时还促进许多线粒体蛋白质的消除,因此,这些 UPS 成分具有。
高度不同的特异性,每种都驱动消除细胞或蛋白质组的不同部分。
揭示了一条巨大的新调控途径,该途径似乎对红细胞的成熟至关重要。
表明 UPS 具有显着的新能力:影响全局和发育控制的蛋白质组学
与上述蛋白质相反,大多数 UPS 成分在红细胞生成过程中消失。
成熟;因此,UPS 的高度专业化变体专注于 TBCEL、TRIM10、
和 TRIM58,我们将使用生化重建、晶体学和氢交换质量
光谱分析法可解析细胞中目标蛋白的特定降解机制和降解信号。
正如我们的蛋白质组数据所强调的那样,研究将集中在细胞骨架和翻译控制上。
成红细胞成熟为红细胞,其放射状、基于微管的细胞骨架被无心的细胞骨架取代
我们将描述细胞骨架在不寻常和迄今为止的情况下如何发挥作用。
然后我们将评估网织红细胞中发生的未表征的过渡期的影响。
在这种细胞骨架转化过程中,微管蛋白和其他细胞骨架蛋白被程序性消除。
众所周知,晚期红细胞具有广泛的翻译调控特征,我们的研究结果表明
我们将利用我们的突变体来控制不同的翻译调节因子。
使用 RNA-Seq 确定 UBE2H 依赖性泛素化对网织红细胞 mRNA 翻译的影响
总之,我们认为泛素依赖性蛋白质组重塑是一个重要的方法。
真核细胞生物学的新方面,对于高度分化细胞类型的生成至关重要。
项目成果
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