非リジンおよびリジンMHC I残基のユビキチン化におけるウイルスリガーゼMK3のリングCHドメインの役割I残基

多量のユビキチンリガーゼは、基質特異的な方法で多数のタンパク質の細胞内位置と運命を決定します。ただし、これらの機能のメカニズムは不完全に理解されています。ほとんどのリガーゼには、ユビキチン共役酵素の動員を含むリガーゼ活性に重要な構造的に関連する環状ドメインがあります。ここでは、主要組織適合性複合体（MHC）クラスIヘビーチェーンを標的とすることにより免疫エヴァシンとして機能するマウスガンマヘルペスウイルス-68リガーゼMK3のリングCHドメインの機能をプローブします（ERAD）。興味深いことに、MK3は、k残基への従来のイソペプチド結合に加えて、エステル結合を介してSまたはT残基へのユビキチンの結合を媒介します。基質の非kユビキチン化のメカニズムを決定するために、MK3バックグラウンドに関連するウイルスおよび細胞マーチ（膜関連RING-CH）リガーゼのリングCHドメインを導入しました。すべてのウイルスリングCHドメインに存在する保存されたWはMK3機能に重要であるが、環状ドメインの外側のシーケンスは、MK3によってユビキチン化される可能性があるかどうか、およびどの非リジン基質残基をユビキチン化できるかを決定することを発見しました。私たちの発見は、ウイルスリガーゼが基板を備えてリングドメインを最適に向けるための非常に効果的な戦略を進化させ、非K残基をユビキチン化できるというモデルをサポートしています。

A plethora of ubiquitin ligases determine the intracellular location and fate of numerous proteins in a substrate-specific manner. However, the mechanisms for these functions are incompletely understood. Most ligases have structurally related RING domains that are critical for ligase activity including the recruitment of ubiquitin conjugating enzymes. Here we probe the function of the RING-CH domain of murine gamma-herpesvirus-68 ligase mK3 that functions as an immune evasin by targeting major histocompatibility complex (MHC) class I heavy chains for endoplasmic reticulum-associated degradation (ERAD). Interestingly, mK3 mediates ubiquitin conjugation via ester bonds to S or T residues in addition to conventional isopeptide linkages to K residues. To determine the mechanism of non-K ubiquitination of substrates, we introduced into an mK3 background the RING-CH domains of related viral and cellular MARCH (membrane associated RING-CH) ligases. We found that although a conserved W present in all viral RING-CH domains is critical for mK3 function, sequences outside the RING-CH domain determine whether and which non-lysine substrate residues can be ubiquitinated by mK3. Our findings support the model that viral ligases have evolved a highly effective strategy to optimally orient their RING domain with substrate allowing them to ubiquitinate non-K residues.