原核生物のユビキチン様タンパク質

子犬のようなタンパク質ファミリー
3つの原核生物のユビキチン様タンパク質（青）がプロテアソームATPase Mpa（赤）に結合している
識別子
シンボル	子犬
パム	PF05639
インタープロ	著作権
利用可能なタンパク質構造: パム   構造 / ECOD   ＰＤＢ RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBサム 構造の概要 ＰＤＢ 3M91 ​, 3M9D

原核生物のユビキチン様タンパク質(Pup) は、原核生物Mycobacterium tuberculosisに見られるユビキチンの機能的類似体です。^[1]ユビキチンと同様に、Pup はPup-プロテアソームシステム( PPS )でタンパク質をプロテアソームに誘導して分解する働きをします。しかし、ユビキチン化とパピル化の酵素学は、進化の起源が異なるため異なります。ユビキチン化の 3 段階の反応とは対照的に、パピル化には 2 段階しか必要ないため、パピル化には 2 つの酵素のみが関与します。パピル化に関与する酵素はグルタミン合成酵素の子孫です。^[要出典]

ユビキチンと同様に、Pupはイソペプチド結合によって基質タンパク質の特定のリジン残基に付着します。これはパピル化と呼ばれます。その後、PupはMycobacteriumプロテアソームATPase（Mpa）タンパク質によって認識され、Pupの折り畳みを誘導するメカニズムが働きます。^[2] Mpaは基質タンパク質をプロテアソームに送り、ATP加水分解とのカップリングによって分解します。

Pup の発見は、真核生物と同様に、細菌も小さなタンパク質修飾子を使用してタンパク質の安定性を制御する可能性があることを示しています。

Pup遺伝子は、分子量約6.9kDaの64アミノ酸タンパク質をコードしています。^[3]

Pupは本質的に無秩序なタンパク質です。^[4] 2010年にブルックヘブン国立研究所の科学者は、Pupとその送達酵素Mpa 3M9Dとの複合体のX線結晶構造を決定し、PupがMpaに結合すると独特のアルファヘリックスの折り畳みが誘導されることを発見しました。^[2]

2017年、グラム陽性細菌以外の細菌種にPupホモログが存在することが報告されました。^[5] PupホモログはUBact（ユビキチン細菌の略）と名付けられましたが、この区別は系統学的に別の進化的起源によって裏付けられていることが証明されておらず、実験的証拠もありません。^{[5] UBactはPupのホモログであり、}グラム陰性細菌のいくつかの門に見られます（Pupは主にグラム陽性細菌門の放線菌門に見られます）。

細菌性ユビキチン（UBact）は、原核生物のユビキチン様タンパク質（Pup）と相同性のあるタンパク質です。UBactは最近、イスラエルのテクニオンのアーロン・チカノーバー教授のグループによって発見されました。^[5]

ユビキチンは真核生物に遍在することから名付けられましたが、UBact（「細菌性ユビキチン」）は膨大な数の細菌種の中で非常に限られた範囲でしか存在しません。^[5]「細菌性ユビキチン」および「原核生物ユビキチン様タンパク質」という用語は、ユビキチンとUBact/Pupの間にほとんど存在しない分子的類似性を示唆しています。 ^[6]ユビキチンは溶液中で非常に安定した3次元構造をとりますが、^{[7] Pupは}本質的に無秩序なタンパク質のグループに属することが示されている。^{[8] [9]}

UBact という用語の確立は議論の的となっている。なぜなら、現在まで UBact と Pup を区別することを正当化する実験的証拠は提示されていないからである。^[5] UBact という用語が付けられたのは、ニトロスピラ門のいくつかの細菌種（UBact が最初に特定された門、例えばLeptospirillum ferriphilum）が Pup プロテアソームシステム^[10]と、対処する必要があった新しい ORF プロテアソームシステム^[11]の両方を含んでいるためである。そのため、UBact と名付けられた。^{[5]これらのニトロスピラ細菌の UBact と Pup 遺伝子座に隣接する接合プロテアソーム成分は、弱い類似性を示し、おそらく完全に重複しているわけではない。図 2 は、代表的なニトロスピラ細菌}Leptospirillum ferrodiazotrophumのUBact遺伝子座とPup遺伝子座の違いを示している。Leptospirillum ferrodiazotrophumの UBact (Pup ではない) 遺伝子座をさらに解析したところ、図 3 に示すように、その遺伝子座が存在し、いくつかのグラム陰性細菌門にわたって極めてよく保存されていることが明らかになりました。

配列に大きな違いがあるにもかかわらず、UBact は Pup と相同であり、いくつかの特徴を共有しています: (i) Mpa -> Dop -> Pup/UBact -> PrcB -> PrcA -> PafAと相同な遺伝子クラスター内で同じゲノム位置にある、(ii) 細菌種全体でグルタミンまたはグルタミン酸のみで終わる C 末端配列、(iii) サイズが短い (ユビキチンに類似)、(iv) 非常に長い進化距離にわたって配列が高度に保存されている (ユビキチンと共通の特徴でもある)。UBact と Pup の違いは、分類上の分布とアミノ酸配列です。 Pupは主にグラム陽性菌の放線菌門に見られるが、UBactはニトロスピロタ門、ヴェルコミクロビオタ門、アルマティモナドタ門、ニトロスピノタ門、プランクトミセトタ門の5つの門のグラム陰性細菌でのみ同定された。UBactはいくつかのカンジダトゥス属細菌のゲノムでも同定されており、具体的には「酢酸菌門」、「ハンデルスマン細菌門」、「フレーザー細菌門」、「テリー細菌門」、「ポリバクテリア門」、「パルクバクテリア門」、「ヤノフスキー細菌門」の候補部門から同定された。^[5]アミノ酸配列に関しては、Pupやユビキチンとは異なり、UBactはC末端にジグリシンモチーフを含んでおらず、むしろ通常はR[T/S]G[E/Q]の配列で終わる（図3を参照）。

^{2008年にPupが発見されてから[1]}、UBactが特定されるまでにほぼ10年かかりました。これはおそらく、PupとUBactのアミノ酸配列の違いと、UBactが見つかった5つの門の細菌の配列が非常に少ないことが原因です。^[5]

UBactが見つかった門の細菌はヒトと相互作用し^{[12] [13]}、ヒトの腸内細菌叢にも見られます。^[14]海洋システムでは、最も頻繁に遭遇する窒素酸化細菌は、UBactをコードするNitrospina gracilisに関連しています ^。[15] Pup-プロテアソームシステムと、細菌の耐久性と疾患誘発能力におけるその重要性について蓄積された知識から、^{[16] [17]}相同UBact-プロテアソームシステムは、それが見つかったグラム陰性細菌に同様の影響を与えると予想されます。 ヒトに加えて、地中から食べ物を食べたり水中を泳いだりする家畜や魚などの動物は、それぞれ土壌と水中のUBactを含む細菌に絶えずさらされ​​ていると予想されます。

進化論的観点から見ると、グラム陰性細菌におけるUBact-プロテアソーム系の発見は、Pup/UBact-プロテアソーム系が30億年以上前にグラム陽性とグラム陰性系統に分裂する前の細菌で進化したか^{[18] 、またはこれらの系が第3の未知の生物からの}水平遺伝子伝播によって異なる細菌系統によって獲得されたことを示唆している。2番目の可能性を支持するものとして、培養されていない嫌気性メタン酸化古細菌のゲノム中に2つのUBact遺伝子座が発見された（ANME-1;遺伝子座CBH38808.1および遺伝子座CBH39258.1）。他にも可能性は存在する。

最新情報: UBact は、グラム陰性細菌門Gemmatimonadota (例、A0A2E8WA32、A0A2E3J6F7、A0A2E7JSE3) の候補門「ラテシバクテリア」(以前は WS3 として知られていた; 例: A0A3D2RHP4、A0A3D5FTR6、 A0A3D4H075、およびA0A3B8MMW3）、「 Abditibacteriota 」門（以前の候補FBP門、たとえばA0A2S8SU03）、およびCandidatus Bipolaricaulota門（たとえばH5SEU7およびH5SQ95）。

• ユビキチン
• SUMOタンパク質
• ネディレーション

• PupDB は、pupylated タンパク質と pupylation 部位のデータベースです。