Cellulaire machines maken gebruik van verschillende mechanismen om eiwitten te labelen voor afbraak, zodat beschadigde, verkeerd gevouwen of onnodige eiwitten uit de cel worden verwijderd. Twee prominente mechanismen zijn ubiquitinatie en autofagie.

Ubiquitinatie:

Ubiquitinatie is een cruciaal proces waarbij een kleine eiwitmodificator, ubiquitine genaamd, aan het doeleiwit wordt gehecht, waardoor het in wezen wordt gemarkeerd voor afbraak. Dit proces omvat een reeks enzymatische reacties die worden uitgevoerd door ubiquitine-activerende enzymen (E1s), ubiquitine-conjugerende enzymen (E2s) en ubiquitine-ligasen (E3s).

- E1-enzymen activeren ubiquitine door een thioesterbinding te vormen tussen de C-terminus van ubiquitine en een cysteïneresidu op het E1-enzym.

- E2-enzymen dragen het geactiveerde ubiquitine van E1-enzymen en vormen een E2-ubiquitine-thioester-tussenproduct.

- E3-enzymen zijn verantwoordelijk voor de overdracht van ubiquitine van het E2-enzym naar het doeleiwit. E3-enzymen kunnen specifieke afbraaksignalen of motieven binnen het doeleiwit herkennen, zoals de PEST-sequentie of verkeerd gevouwen gebieden.

Zodra het doeleiwit polyubiquitine is, wordt het herkend door het proteasoom, een groot eiwitcomplex dat functioneert als een cellulaire ‘versnipperaar’. Het proteasoom ontvouwt zich en breekt het alomtegenwoordige eiwit af, waardoor de bouwstenen (aminozuren) weer in de cellulaire pool terechtkomen voor recycling.

Autofagie:

Autofagie is een breder cellulair proces dat de afbraak en recycling van verschillende cellulaire componenten omvat, waaronder eiwitten, lipiden en organellen. Er zijn drie hoofdtypen autofagie:macroautofagie, microautofagie en chaperonne-gemedieerde autofagie.

- Macroautofagie:Dit is de meest voorkomende vorm van autofagie. Het omvat de opslag van cytoplasmatische componenten, waaronder eiwitten, in dubbelmembraanblaasjes die autofagosomen worden genoemd. De autofagosomen versmelten vervolgens met lysosomen, waar het ingesloten materiaal wordt afgebroken door lysosomale enzymen.

- Microautofagie:bij dit proces worden delen van het cytoplasma direct verzwolgen en afgebroken door lysosomen zonder de vorming van autofagosomen.

- Chaperonne-gemedieerde autofagie:dit selectieve type autofagie richt zich op specifieke eiwitten die een specifiek herkenningsmotief bevatten. Deze eiwitten worden herkend en aan de lysosomen afgeleverd door chaperonne-eiwitten.

Door deze processen kan de cel op efficiënte wijze beschadigde of onnodige eiwitten verwijderen, de cellulaire homeostase behouden en waardevolle hulpbronnen recyclen. Ontregeling van eiwitafbraakroutes is in verband gebracht met verschillende ziekten bij de mens, wat hun cruciale rol in de cellulaire gezondheid en functie benadrukt.