Role of Ubiquitin in Cardiovascular System

泛素在心血管系统中的作用

基本信息

  • 批准号:
    8828754
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 36.62万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2006
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2006-07-15 至 2017-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): The N-end rule pathway is one ubiquitin proteolytic pathway that relates the in vivo half-life of a protein to the identity of its N-terminal residue. Conjugation of arginine (Arg) from Arg-tRNAArg to N-terminal aspartate (Asp), glutamate (Glu), or cysteine (Cys) is part of this proteolytic pathway in that it can lead to ubiquitination of the resulting Arg-conjugated proteins. We have previously identified the mammalian Ate1 gene encoding Arg-transferases responsible for all known protein arginylation activities and have shown that Ate1-/- embryos die owing to various cardiovascular defects including ventricular hypoplasia, ventricular septal defect, and late angiogenesis. These results suggest that Ate1-dependent proteolysis of unknown substrate(s) is a crucial regulatory mechanism for myocardial growth and blood vessel integrity/maturation. However, the exact nature of the cardiovascular defects and the underlying molecular mechanisms remain elusive. Genomewide functional proteomic approach led us to identify a set of cardiovascular regulators (Rgs4, Rgs5, and Rgs16) as substrates of Ate1-dependent arginylation that may underlie, at least partially, Ate1-dependent cardiovascular homeostasis. Notably, Rgs4 and Rgs5 are GTPase-activating proteins (GAP) that act as negative regulators of GPCR-coupled Ga subunits and have been implicated as important regulators of Gq/Gi-activated signaling for myocardial growth and vascular maturation/integrity, respectively. Biochemical analyses showed that degradation of these substrates depends on the Cys2 residue as a degradation determinant, which is exposed to the N-terminus through cleavage of N-terminal Met by Met aminopeptidases. In the presence of sufficient oxygen (O2) and nitric oxide (NO), N-terminal Cys2 appears to be oxidized to CysO2 to create a structural homolog of Asp, an arginylation-permissive residue. The N-terminal Arg residue of arginylated RGS proteins is subsequently bound by specific E3 ligases whose identities remain unclear. Using an affinity-based proteomic approach, we isolated a set of E3 family (named Ubr1 through Ubr7) and demonstrated that Ubr1, Ubr2, and Ubr4 are the major E3s specific for protein arginylation and that Ubr1-/-Ubr2-/- and Ubr4-/- embryos die of cardiovascular defects. Based on these results, we hypothesize that the functions of Rgs4, Rgs5, and Rgs16 are modulated through the MetAPs-O2/NO-Ate1-Ubr proteolytic cascade. In Aim 1, we will characterize the physiological function of Ate1-dependent arginylation in cardiovascular development and signaling using tissue-specific Ate1 knockout mice in combination with transgenic mice overexpressing Gq in the heart. In Aim 2, to understand the molecular principles underlying Ate1-dependent cardiovascular development, we will characterize arginylation-dependent turnover and cotranslational modifications of Cys2 of Rgs4 and Rgs5. In Aim 3, as part of our long-term efforts to characterize ubiquitin ligases specific of arginylated substrates, we will characterize cardiovascular development of mice lacking Ubr4, a newly identified recognition component downstream of protein arginylation. 1
描述(由申请人提供):N端规则途径是一种泛素蛋白水解途径,它将蛋白质的体内半衰期与其N端残基的身份相关联。 Arg-tRNAArg 中的精氨酸 (Arg) 与 N 末端天冬氨酸 (Asp)、谷氨酸 (Glu) 或半胱氨酸 (Cys) 的缀合是该蛋白水解途径的一部分,因为它可以导致所得 Arg 缀合蛋白泛素化。我们之前已经鉴定出哺乳动物 Ate1 基因编码负责所有已知蛋白质精氨酸化活性的精氨酸转移酶,并表明 Ate1-/- 胚胎由于各种心血管缺陷而死亡,包括心室发育不全、心室间隔缺损和晚期血管生成。这些结果表明,Ate1 依赖性未知底物的蛋白水解是心肌生长和血管完整性/成熟的关键调节机制。然而,心血管缺陷的确切性质和潜在的分子机制仍然难以捉摸。全基因组功能蛋白质组学方法使我们确定了一组心血管调节因子(Rgs4、Rgs5 和 Rgs16)作为 Ate1 依赖性精氨酸化的底物,可能至少部分是 Ate1 依赖性心血管稳态的基础。值得注意的是,Rgs4 和 Rgs5 是 GTP 酶激活蛋白 (GAP),它们充当 GPCR 偶联 Ga 亚基的负调节因子,并分别作为心肌生长和血管成熟/完整性的 Gq/Gi 激活信号传导的重要调节因子。生化分析表明,这些底物的降解取决于作为降解决定因素的 Cys2 残基,该残基通过 Met 氨肽酶切割 N 端 Met 暴露到 N 端。在存在足够的氧气 (O2) 和一氧化氮 (NO) 的情况下,N 末端 Cys2 似乎会被氧化为 CysO2,从而产生 Asp 的结构同系物(一种允许精氨酸化的残基)。精酰化 RGS 蛋白的 N 端精氨酸残基随后被特定的 E3 连接酶结合,但其身份仍不清楚。使用基于亲和力的蛋白质组学方法,我们分离了一组 E3 家族(命名为 Ubr1 至 Ubr7),并证明 Ubr1、Ubr2 和 Ubr4 是对蛋白质精氨酸化具有特异性的主要 E3,并且 Ubr1-/-Ubr2-/- 和 Ubr4 -/- 胚胎死于心血管缺陷。基于这些结果,我们假设 Rgs4、Rgs5 和 Rgs16 的功能是通过 MetAPs-O2/NO-Ate1-Ubr 蛋白水解级联调节的。在目标 1 中,我们将使用组织特异性 Ate1 敲除小鼠与心脏中过表达 Gq 的转基因小鼠相结合,描述 Ate1 依赖性精氨酰化在心血管发育和信号传导中的生理功能。在目标 2 中,为了了解 Ate1 依赖性心血管发育的分子原理,我们将描述 Rgs4 和 Rgs5 的 Cys2 的精氨酰化依赖性周转和共翻译修饰。在目标 3 中,作为我们表征精氨酸化底物特异性泛素连接酶的长期努力的一部分,我们将表征缺乏 Ubr4 的小鼠的心血管发育,Ubr4 是一种新发现的蛋白质精氨酸化下游的识别成分。 1

项目成果

期刊论文数量(27)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Degradation of misfolded proteins in neurodegenerative diseases: therapeutic targets and strategies.
神经退行性疾病中错误折叠蛋白的降解:治疗目标和策略。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2015-03-13
  • 期刊:
  • 影响因子:
    12.8
  • 作者:
    Ciechanover, Aaron;Kwon, Yong Tae
  • 通讯作者:
    Kwon, Yong Tae
Pharmacological Modulation of the N-End Rule Pathway and Its Therapeutic Implications.
N 端规则途径的药理学调节及其治疗意义。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2015-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    13.8
  • 作者:
    Lee, Jung Hoon;Jiang, Yanxialei;Kwon, Yong Tae;Lee, Min Jae
  • 通讯作者:
    Lee, Min Jae
Role of the IL-6-JAK1-STAT3-Oct-4 pathway in the conversion of non-stem cancer cells into cancer stem-like cells.
IL-6-JAK1-STAT3-Oct-4 通路在非干癌细胞转化为癌症干细胞样细胞中的作用。
  • DOI:
    10.1016/j.cellsig.2013.01.007
  • 发表时间:
    2013-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Kim SY;Kang JW;Song X;Kim BK;Yoo YD;Kwon YT;Lee YJ
  • 通讯作者:
    Lee YJ
UBR2 of the N-end rule pathway is required for chromosome stability via histone ubiquitylation in spermatocytes and somatic cells.
N 端规则途径的 UBR2 通过精母细胞和体细胞中的组蛋白泛素化来维持染色体稳定性。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    An, Jee Young;Kim, Euna;Zakrzewska, Adriana;Yoo, Young Dong;Jang, Jun Min;Han, Dong Hoon;Lee, Min Jae;Seo, Jai Wha;Lee, Yong Jun;Kim, Tae;de Rooij, Dirk G;Kim, Bo Yeon;Kwon, Yong Tae
  • 通讯作者:
    Kwon, Yong Tae
The N-end rule proteolytic system in autophagy.
自噬中的 N 端规则蛋白水解系统。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2013-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    13.3
  • 作者:
    Kim, Sung Tae;Tasaki, Takafumi;Zakrzewska, Adriana;Yoo, Young Dong;Sa Sung, Ki;Kim, Su;Cha;Hwang, Joonsung;Kim, Kyoung A;Kim, Bo Yeon;Kwon, Yong Tae
  • 通讯作者:
    Kwon, Yong Tae
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