L' ubiquitinazione (o ubiquitinazione) è una modificazione biochimica post-traduzionale che richiede diversi passaggi per provocare in ultima analisi l'attaccamento covalente di una o più proteine dell'ubiquitina (8 kDa ) su uno o più accettori di lisina della proteina substrato. Queste modificazioni biochimiche hanno diverse funzioni, la più nota delle quali è la degradazione della proteina ubiquitinata da parte del proteasoma . Questa modifica è stata scoperta negli anni '80 da Aaron Ciechanover , Avram Hershko e Irwin Rose , che nel 2004 è valso loro il Premio Nobel per la chimica .
L'ubiquitinazione coinvolge successivamente tre classi principali di enzimi chiamati ligasi E1, E2 ed E3. C'è solo un E1 (sebbene si sospetti che altre due proteine abbiano attività E1-ligasi), che attiverà principalmente l'ubiquitina in un processo dipendente dall'ATP. Ci sono circa 36 E2-ligasi e più di 700 E3-ligasi: la specificità dell'ubiquitinazione è quindi prevalentemente dovuta alla ligasi E3 che determina la proteina bersaglio. Ubiquitin Specific Peptidase (USP) catalizza la reazione inversa e consente la deubiquitinazione delle proteine nonché il riciclaggio dei monomeri dell'ubiquitina.
In tutti i casi, l'ubiquitina appena legata è vincolata dalla sua glicina C-terminale.
Sebbene generalmente l'ubiquitinazione venga eseguita su un residuo di lisina , è stato dimostrato che è potenzialmente possibile ubiquitinare alcuni residui di cisteina , serina e treonina , ma questo rimane relativamente aneddotico. Allo stesso modo, alcune proteine senza lisine possono essere ubiquitinate in virtù del gruppo NH2 del primo amminoacido all'N-terminale (questo è in particolare il caso della proteina p16): questa è "ubiquitinazione NH2". La "regola N", un'altra forma di ubiquitinazione atipica, utilizza anche l'estremità NH2 per il riconoscimento del substrato da parte della ligasi E3, ma quest'ultima ubiquita bene la proteina su una lisina interna.
La poli-ubiquitinazione tramite lisina 48 (K48) consiste nella polimerizzazione, su una proteina bersaglio, di una catena di molecole di ubiquitina legate tra loro sulle loro lisine 48. La poli-ubiquitinazione K48 ha come risultato il targeting della proteina modificata a livello del proteasoma per la degradazione . Questo è il processo di ubiquitinazione più classico e conosciuto.
La mono-ubiquitinazione consiste nel legame covalente di un'ubiquitina con una proteina. Questa è una modifica post-traduzionale molto simile alla sumoilazione o alla neddilazione . È coinvolto in particolare nella segnalazione cellulare , nella riparazione del DNA , nell'etichettatura epigenetica della cromatina o nella regolazione della localizzazione di alcune proteine.
Esempi di proteine mono-ubiquitinate:
Esistono catene di ubiquitina di diversa topologia, collegate tra loro da altre lisine (K6, K11, K27, K29, K33 e soprattutto K63), così come catene composite Ub / SUMO. Queste modifiche hanno vari ruoli che sono ancora poco definiti.