ตระกูลโปรตีนคล้ายลูกสุนัข
โปรตีนคล้ายยูบิควิตินของแบคทีเรีย 3 ชนิด (สีน้ำเงิน) จับกับโปรตีเอโซมอล ATPase Mpa (สีแดง)
ตัวระบุ
เครื่องหมาย	ลูกสุนัข
พีแฟม	PF05639
อินเตอร์โปร	IPR008515
โครงสร้างโปรตีนที่มีอยู่: พีดีบี   3M91 ​, 3M9DI ​IPR008515 PF05639 ( ECOD ; PDBsum )   อัลฟาโฟลด์ IPR008515 PF05639

โปรตีนคล้ายยูบิควิตินของโปรคาริโอต (Pup) เป็นอะนาล็อกเชิงฟังก์ชันของยูบิควิตินที่พบในโปรคาริโอตMycobacterium tuberculosis [ ^{1 ] เช่น}เดียวกับยูบิควิติน Pup ทำหน้าที่นำโปรตีนไปยังโปรตีเอโซมเพื่อการย่อยสลายในระบบ Pup-โปรตีเอโซม ( PPS ) อย่างไรก็ตาม เอนไซม์วิทยาของ การยูบิควิติ นิเลชันและการพูพิเลชันนั้นแตกต่างกัน เนื่องมาจากต้นกำเนิดทางวิวัฒนาการที่แตกต่างกัน ในทางตรงกันข้ามกับปฏิกิริยาสามขั้นตอนของการยูบิควิตินิเลชัน การพูพิเลชันต้องการเพียงสองขั้นตอน ดังนั้นจึง มี เอนไซม์ เพียงสองชนิด ที่เกี่ยวข้องกับการพูพิเลชัน เอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการพูพิเลชันสืบเชื้อสายมาจากกลูตามีนซินเทส

เช่นเดียวกับยูบิควิติน Pup จะยึดติดกับ หมู่ ไลซีน เฉพาะ ของโปรตีนที่เป็นสารตั้งต้นด้วยพันธะไอโซเปปไทด์ซึ่งเรียกว่าการพิวไพเลชันจากนั้นโปรตีน Mycobacterium proteasomal ATPase (Mpa) จะจดจำ Pup ได้ผ่านกลไกที่กระตุ้นให้ Pup พับตัว^{[ 2 ]} Mpa จะส่งโปรตีนที่เป็นสารตั้งต้นไปยังโปรตีเอโซมเพื่อการย่อยสลายโดยการเชื่อมโยงการไฮโดรไลซิสของ ATP

การค้นพบ Pup บ่งชี้ว่า เช่นเดียวกับยูคาริโอตแบคทีเรียอาจใช้ตัวดัดแปลงโปรตีนขนาดเล็กเพื่อควบคุมความเสถียรของโปรตีน

ยีน Pup เข้ารหัสโปรตีนที่ มีกรดอะมิโน 64 ตัว โดยมีขนาดโมเลกุลประมาณ6.9 kDa ^{[ 3 ]}

Pup เป็นโปรตีนที่มีโครงสร้างไม่เป็นระเบียบโดยเนื้อแท้ [ ^{4 ] ใน}ปี 2010 นักวิทยาศาสตร์ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติบรูคเฮเวนได้กำหนดโครงสร้างผลึกเอกซ์เรย์ของคอมเพล็กซ์ระหว่าง Pup และเอนไซม์ส่งมอบ Mpa 3M9Dและพบว่าการจับกันระหว่าง Pup กับ Mpa ทำให้เกิดการพับตัวของอัลฟาเฮลิกซ์ที่ไม่เหมือนใคร^{[ 2 ]}

ในปี 2017 มีรายงานการพบโฮโมล็อกของ Pup ในสายพันธุ์แบคทีเรียที่อยู่นอกกลุ่ม แบคทีเรีย แกรมบวก^{[ 5 ]}โฮโมล็อกของ Pup ถูกเรียกว่าUBact (ย่อมาจาก Ubiquitin Bacterial) แม้ว่าความแตกต่างนี้จะไม่ได้รับการพิสูจน์ว่าได้รับการสนับสนุนทางวิวัฒนาการจากต้นกำเนิดที่แยกจากกันและไม่มีหลักฐานเชิงทดลอง^{[ 5 ]} UBact เป็นโฮโมล็อกของ Pup และพบในไฟลัมแบคทีเรียแกรมลบหลายไฟลัม (Pup พบได้ส่วนใหญ่ในไฟลัมแบคทีเรียแกรมบวกActinomycetota )

ยูบิควิตินแบคทีเรีย (UBact) เป็นโปรตีนที่มีความคล้ายคลึงกับโปรตีนคล้ายยูบิควิตินของโปรคาริโอต (Pup) UBact ได้รับการอธิบายเมื่อเร็ว ๆ นี้โดยกลุ่มของศาสตราจารย์^Aaron Ciechanoverที่Technionประเทศอิสราเอล [ ^{5 ]}

ยูบิควิตินได้รับการตั้งชื่อตามการมีอยู่ทั่วไปในยูคาริโอตในขณะที่ยูแบค ('ยูบิควิตินแบคทีเรีย') มีการเกิดขึ้นอย่างจำกัดมากในแบคทีเรียหลายชนิด^{[ 5 ]}คำว่า 'ยูบิควิตินแบคทีเรีย' และ 'โปรตีนคล้ายยูบิควิตินของโปรคาริโอต' บ่งชี้ถึงความคล้ายคลึงกันทางโมเลกุลระหว่างยูบิควิตินและยูแบค/พัพ ซึ่งส่วนใหญ่ไม่มีอยู่จริง^{[ 6 ]}ในขณะที่ยูบิควิตินมีโครงสร้างสามมิติที่เสถียรมากในสารละลาย^{[ 7 ] พพัพได้รับการพิสูจน์ แล้ว}ว่าอยู่ในกลุ่มของโปรตีนที่ไม่มีระเบียบโดยเนื้อแท้ [ ^{8 ] [ 9 ]}

การกำหนดคำว่า UBact นั้นเป็นที่ถกเถียงกัน เนื่องจากจนถึงปัจจุบันยังไม่มีหลักฐานเชิงทดลองใด ๆ ที่นำเสนอเพื่อพิสูจน์ความแตกต่างของ UBact จาก Pup ^{[ 5 ]}คำว่า UBact ถูกกำหนดขึ้นเนื่องจากแบคทีเรียหลายชนิดจากไฟลัม Nitrospirae (ซึ่ง UBact ถูกระบุครั้งแรก เช่นLeptospirillum ferriphilum ) มีทั้งระบบโปรตีเอโซม Pup ^{[ 10 ]}และระบบโปรตีเอโซม ORF ใหม่ที่ต้องได้รับการจัดการ^{[ 11 ]}ดังนั้นจึงถูกกำหนดให้เป็น UBact ^{[ 5 ]}ส่วนประกอบของโปรตีเอโซมที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายทอดยีนซึ่งอยู่ใกล้กับตำแหน่ง UBact และ Pup ในแบคทีเรีย Nitrospirae เหล่านี้แสดงความคล้ายคลึงกันเพียงเล็กน้อยและอาจจะไม่ซ้ำซ้อนกันทั้งหมด รูปที่ 2 แสดงความแตกต่างระหว่าง ตำแหน่ง UBactและPupในแบคทีเรีย Nitrospirae ตัวแทนLeptospirillum ferrodiazotrophum การวิเคราะห์เพิ่มเติมของตำแหน่ง UBact (และไม่ใช่ Pup) ในLeptospirillum ferrodiazotrophumเผยให้เห็นการมีอยู่และการอนุรักษ์อย่างมากของยีนนี้ในไฟลัมแบคทีเรียแกรมลบหลายไฟลัม ดังแสดงในรูปที่ 3

ถึงแม้ว่าลำดับของ UBact จะแตกต่างกันมาก แต่ก็เป็นโฮโมล็อกกับ Pup และมีลักษณะร่วมกันหลายประการ ได้แก่ (i) ตำแหน่งในจีโนมเดียวกันภายในกลุ่มยีนที่เป็นโฮโมล็อกกับMpa -> Dop -> Pup/UBact -> PrcB -> PrcA -> PafA (ii) ลำดับปลาย C-terminal ที่ลงท้ายด้วยกลูตามีนหรือกลูตาเมตเท่านั้นในแบคทีเรียหลายสายพันธุ์ (iii) ขนาดเล็ก (คล้ายกับยูบิควิติน) และ (iv) การอนุรักษ์ลำดับสูงในระยะวิวัฒนาการที่ยาวนาน (ซึ่งเป็นลักษณะที่พบได้ทั่วไปในยูบิควิติน) ความแตกต่างระหว่าง UBact และ Pup คือการกระจายตัวทางอนุกรมวิธานและลำดับกรดอะมิโน ในขณะที่ Pup พบได้เป็นส่วนใหญ่ในไฟ ลัม Actinomycetota ซึ่งเป็นแบคทีเรีย แกรมบวกแต่ UBact พบเฉพาะใน แบคทีเรีย แกรมลบจากไฟลัมต่อไปนี้ 5 ไฟลัม ได้แก่Nitrospirota , Verrucomicrobiota , Armatimonadota , NitrospinotaและPlanctomycetota นอกจากนี้ UBact ยังพบในจีโนมของ แบคทีเรีย candidatus หลายชนิด และโดยเฉพาะอย่างยิ่งจากกลุ่มแบคทีเรียที่คาดว่าจะเป็น"Acetothermia", "Handelsmanbacteria", "Fraserbacteria " , " Terrybacteria " , " Poribacteria " , " Parcubacteria " และ " Yanofskybacteria " ^{[ 5 ]}ในส่วนของลำดับกรดอะมิโนนั้น แตกต่างจาก Pup และUbiquitinตรงที่ UBact ไม่มีโมทีฟไดไกลซีนที่ปลาย C-terminus แต่โดยทั่วไปแล้วจะลงท้ายด้วยลำดับ R[T/S]G[E/Q] (ดูรูปที่ 3)

ต้องใช้เวลาเกือบสิบปีนับตั้งแต่การค้นพบ Pup ในปี 2551 ^{[ 1 ]}เพื่อระบุ UBact ซึ่งอาจเป็นเพราะความแตกต่างระหว่างลำดับกรดอะมิโนของ Pup และ UBact และเนื่องจากมีแบคทีเรียเพียงไม่กี่ชนิดจากไฟลัมทั้งห้าที่พบ UBact ที่ได้รับการจัดลำดับ^{[ 5 ]}

แบคทีเรียจากไฟลัมที่พบ UBact มีปฏิสัมพันธ์กับมนุษย์^{[ 12 ] [ 13 ]}และพบได้ในจุลินทรีย์ในลำไส้ของมนุษย์^{[ 14 ]} ในระบบทางทะเล แบคทีเรียที่ออกซิไดซ์ไนโตรเจนที่พบได้บ่อยที่สุดมีความเกี่ยวข้องกับ Nitrospina gracilis ที่เข้ารหัส UBact ^{[ 15 ]}จากความรู้ที่สะสมเกี่ยวกับระบบ Pup-proteasome และความสำคัญของระบบนี้ต่อความทนทานของแบคทีเรียและความสามารถในการก่อโรค^{[ 16 ] [ 17 ]}คาดว่าระบบ UBact-proteasome ที่เป็นโฮโมล็อกจะมีผลกระทบที่คล้ายคลึงกันต่อแบคทีเรียแกรมลบที่พบ นอกจากมนุษย์แล้ว สัตว์ต่างๆ เช่น ปศุสัตว์และปลาที่กินจากพื้นดินหรือว่ายน้ำในน้ำ คาดว่าจะสัมผัสกับแบคทีเรียที่มี UBact ในดินและน้ำอย่างต่อเนื่องตามลำดับ

จากมุมมองเชิงวิวัฒนาการ การค้นพบระบบ UBact-proteasome ในแบคทีเรียแกรมลบแสดงให้เห็นว่าระบบ Pup/UBact-proteasome วิวัฒนาการในแบคทีเรียก่อนที่จะแยกออกเป็นกลุ่มแกรมบวกและแกรมลบเมื่อกว่า 3,000 ล้านปีก่อน^{[ 18 ]}หรือระบบเหล่านี้ถูกรับมาโดยสายพันธุ์แบคทีเรียที่แตกต่างกันผ่านการถ่ายโอนยีนในแนวนอนจากสิ่งมีชีวิตที่สามซึ่งยังไม่ทราบ ในการสนับสนุนความเป็นไปได้ที่สอง พบตำแหน่ง UBact สองตำแหน่งในจีโนมของอาร์เคียเมทาโนโทรฟิกแบบไม่ใช้ออกซิเจนที่ไม่สามารถเพาะเลี้ยงได้ (ANME-1; ตำแหน่งCBH38808.1และตำแหน่งCBH39258.1 ) ยังมีความเป็นไปได้อื่นๆ อีก

อัปเดต: UBact ยังพบได้ในไฟลัมแบคทีเรียแกรมลบGemmatimonadota (เช่นA0A2E8WA32 , A0A2E3J6F7 , A0A2E7JSE3 ) ในไฟลัมผู้สมัคร " Latescibacteria " (ก่อนหน้านี้รู้จักกันในชื่อ WS3 เช่นA0A3D2RHP4 , A0A3D5FTR6 , A0A3D4H075และA0A3B8MMW3 ) ในไฟลัม " Abditibacteriota " (ก่อนหน้านี้คือไฟลัม FBP ที่เป็นผู้สมัคร เช่นA0A2S8SU03 ) และในไฟลัม Candidatus Bipolaricaulota (เช่นH5SEU7และH5SQ95 )

• ยูบิควิติน
• โปรตีนซูโม
• เนดดิเลชัน

• PupDBคือฐานข้อมูลของโปรตีนที่ถูกพูพิเลชันและตำแหน่งการพูพิเลชัน