Polyglutamylation as a Posttranslational Tubulin Modification

Abstract

α-tubulin is an essential protein for every eukaryotic cell. Together with β-tubulin, it polymerises into microtubules and participates thus in creating and maintaining cellular structures and presents a cell-wide interaction platform for a plethora of microtubule associating proteins. Primary sequences of the disordered C-termini of both α- and β-tubulin are the least conserved among tubulin isotypes and their variability is further increased by the presence of various post-translational modifications. The genetically coded, tyrosinated C-terminus of α-tubulin can be either shortened by one, two or three amino acids resulting in detyrosinated, Δ2, or Δ3 variants, respectively or it can be extended by the addition of polyglutamate or polyglycine chains. The tubulin tyrosine ligase-like (TTLL) protein family consists of 14 enzymes that participate in tubulin glutamylation, glycylation, and tyrosination. The glutamylases have two distinct activities, initiation and elongation of the polyglutamate chain. Initiases link the first glutamate residue to the γ-carboxyl group of one of the glutamates of tubulin C-termini to create a fork in the amino acid sequence. Elongases then recognise the branching glutamate and build up the polyglutamate sidechain one residue at the time. TTLL11 is an elongase of...

α-tubulin je nezbytným proteinem pro přežití každé eukaryotické buňky. Společně s β-tubulinem polymerizuje do mikrotubulů, které se následně podílejí na formování a udržování tvaru buňky a ustavení jejích částí. Mikrotubuly vytvářejí komplexní síť, která prochází celým tělem buňky a poskytuje mnoho vazebných míst pro širokou paletu proteinů. Neuspořádané C-konce α- a β-tubulinu představují nejvíce různorodou část mezi izotypy obou molekul. Vždy se nacházejí na povrchu mikrotubulů, kde se účastní vazby proteinů. Post-translační modifikace dotváří variabilitu C-konců. Nemodifikovaný, tj. tyrozinovaný, C-konec α-tubulinu může být zkrácen o jednu aminokyselinu (detyrozinovaná varianta), o dvě (Δ2 varianta) nebo o tři aminokyseliny (Δ3 varianta), nebo může být modifikovaný přidáním polyglutamátového nebo polyglycinového postranního řetězce. Rodina tubulin tyrozin ligáz-podobných proteinů (tubulin tyrosine ligase-like, TTLL) má 14 členů, kteří se podílejí na glutamylaci, glycylaci a tyrozinaci tubulinu. Glutamylázy vykazují dvě odlišné aktivity, iniciaci a elongaci polyglutamátových řetězců. Iniciázy váží první molekulu glutamové kyseliny na γ-karboxylovou skupinu některého z glutamátů, který je součástí neuspořádaného C-konce tubulinu, čímž C-konec rozvětvují. Elongázy rozpoznávají toto rozvětvení a...