グルタチオ化は、ユビキチン - プロテアソーム経路による分解のためにタンパク質を引き起こす

背景：グルタチオンは細胞内の小さな抗酸化ペプチドであり、細胞内環境を維持する上で重要な役割を果たします。グルタチオンは、酸化ストレスに応答した特定のタンパク質の可逆的なグルタチオ化により、特定のタンパク質機能の動的調節にも関与しています。 目的：この研究の目的は、ユビキチンプロテアソーム経路（UPP）による分解に対するタンパク質の感受性に対するグルタチオ化の影響を機械的に調査することです。 方法と結果：データは、γCクリスタリンおよび炭酸脱水酵素IIIが修正なしでUPPによってほとんど劣化していないことを示していますが、両方ともglutathiolation後のUPPによって急速に分解されました。ヨードアセトアミドなどの他のチオール修飾試薬によるスルフヒドリルの修飾も、γC-クリスタリンの分解を増加させましたが、グルタチオ化ほど効果的ではありませんでした。生物物理学的分析は、グルタチオ化がタンパク質表面疎水性の有意な増加と熱安定性の低下を含む、これらのタンパク質の可逆的立体構造変化を引き起こしたことを示しました。修飾されたタンパク質は、その天然の立体構造と、グルタチオン部分の除去時の分解に対する耐性を取り戻しました。白内障を引き起こすT5P変異γCクリスタリンは、表面疎水性の増加と熱安定性の低下を含む、グルタチオ化γCクリスタリンとして多くの生物物理学的特性を共有します。T5P変異体γCクリスタリンも急速に分解されました。立体構造の変化と、グルタチオ化γCクリスタリンと他の形態の修飾γcクリスタリンとの分解に対する感受性は、疎水性パッチのグルタチオ化誘発性曝露は、それ自体が修飾ではなく、uppによる分解の信号として役立つことを示唆しています。この仮説と一致して、グルタチオ化およびT5P変異γCクリスタリンの表面疎水性をマスキングすると、UPPによる分解に対する感受性が大幅に低下しました。 結論：この研究は、グルタチオ化がUPPが酸化ストレスに応答して基質を認識するための新しいメカニズムであることを示しています。

BACKGROUND: Glutathione is a small antioxidant peptide in cells and it plays an important role in maintaining a reducing intracellular environment. Glutathione is also involved in the dynamic regulation of specific protein functions by reversible glutathiolation of certain proteins in response to oxidative stress. OBJECTIVE: The purpose of this work is to mechanistically investigate the effects of glutathiolation on the susceptibility of proteins to degradation by the ubiquitinproteasome pathway (UPP). METHODS AND RESULTS: The data show that γC-crystallin and carbonic anhydrase III were barely degraded by the UPP without modifications, but both were rapidly degraded by the UPP after glutathiolation. Modifications of sulfhydryls by other thiol-modification reagents, such as iodoacetamide, also increased the degradation of γC-crystallin, but not as effectively as glutathiolation. Biophysical analysis showed that glutathiolation caused reversible conformational changes of these proteins, including a significant increase in protein surface hydrophobicity and a decrease in thermal stability. The modified protein regained its native conformation and its resistance to degradation upon removal of the glutathione moiety. A cataract-causing T5P mutant γC-crystallin shares many biophysical characteristics as glutathiolated γC-crystallin, including increased surface hydrophobicity and decreased thermal stability. T5P mutant γC-crystallin was also rapidly degraded. Comparison of the conformational changes and the susceptibility to degradation of glutathiolated γC-crystallin with other forms of modified γC-crystallin suggests that the glutathiolation-induced exposure of hydrophobic patches, rather than the modification per se, serves as the signal for degradation by the UPP. Consistent with this hypothesis, masking the surface hydrophobicity of glutathiolated and T5P mutant γC-crystallins significantly reduced their susceptibility to degradation by the UPP. CONCLUSION: This work demonstrates that glutathiolation is a novel mechanism for the UPP to recognize substrates in response to oxidative stress.