Protein quality control in the secretory pathway of eukaryotic cells

Abstract

More than 30 % of the cellular proteome enters the secretory pathway during biogenesis in eukaryotic cells. The secretory pathway then ensures that these proteins are correctly folded, undergo necessary post- translational modifications, and reach their target site in membrane organelles or outside of the cell. Since a significant number of the nascent proteins in the pathway are or become dysfunctional, the cell must possess quality control mechanisms by which to weed them out. As proteins travel through the secretory pathway they may be degraded by various pathways in the endoplasmic reticulum, Golgi apparatus, endosomes, or at the plasma membrane. These degradatory pathways utilize a number of molecules including chaperones, ubiquitin ligases, and many others. They are coordinated by a unifying principle - the unfolded protein response, which acts as a support mechanism in case the degradation pathways are overwhelmed. The study of protein quality control mechanisms is necessary as they help us understand the production of a significant portion of the cellular proteome. Furthermore, defects in these degradation pathways are linked to several human diseases such as cystic fibrosis or some neurodegenerative diseases. These protein degradation pathways have been studied for decades, but thanks to...

Více než 30 % buněčného proteomu vstupuje během biogeneze do sekreční dráhy v eukaryotických buňkách. Sekreční dráha pak zajišťuje, že jsou tyto proteiny správně složeny, projdou nutnými posttranslačními úpravami a jsou dopraveny ke svému cílovému umístění ať už v membránových organelách, nebo vně buňky. Protože ale značné množství proteinů vstupujících do této dráhy je nefunkční, nebo se nefunkční stane, musí buňka disponovat mechanismy pro kontrolu kvality proteinů, pomocí kterých je z buňky odstraňuje. Jak proteiny putují sekreční dráhou, mohou být degradovány několika způsoby jak v endoplasmatickém retikulu, tak v Golgiho aparátu, endosomech nebo na plasmatické membráně. V těchto drahách je využíváno mnoho molekul od chaperonů, přes ubikvitin ligázy a mnoho dalších. Jsou spojeny sjednocujícím principem, který se nazývá "unfolded protein response" (reakce na nesložené proteiny). Ten tyto dráhy podporuje, pokud jsou přehlcené. Studium mechanismů kontroly kvality proteinů je nutností, neboť nám pomáhá osvětlit vznik značného množství buněčného proteomu. Poruchy v této dráze jsou navíc spojeny s řadou lidských onemocnění od cystické fibrózy po některé neurodegenerativní poruchy. Tyto degradační dráhy jsou zkoumány již několik desetiletí, ale díky posunům v technologii se stále vynořují nové...