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dc.contributor.advisor 이병훈 -
dc.contributor.author Ji Yeong Shin -
dc.date.accessioned 2022-07-07T02:29:08Z -
dc.date.available 2022-07-07T02:29:08Z -
dc.date.issued 2021 -
dc.identifier.uri http://dgist.dcollection.net/common/orgView/200000363110 en_US
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/20.500.11750/16673 -
dc.description.abstract The 26S proteasome is the most complex protease that degrades most of intracellular proteins in eukaryotes. Although proteasome can be activated as the ubiquitinated substrates bind, this macromolecular machinery is dynamically checked through a variety of regulatory mechanisms. Three classes of deubiquitinating enzymes (USP14, RPN11, and UCH37) are associated with the deubiquitination reactions that regulates the proteolysis of human proteasome. Recent biochemical and structural studies have revealed that these enzymes have a dynamic impact on proteasome output depending on various cellular conditions, leading to different proteolysis outcomes. Among them, USP14 has been best known as a critical inhibitory component on the proteasome. USP14’s inhibitory activity relies on a unique multi-chain specific and en bloc cleavage mechanism. In contrast, USP14 was also reported to regulate opening of the core particle gate within the proteasome through a non-catalytic effect. By employing the fluorescent peptide substrates, here we show that the presence of USP14 can enhance the proteasome’s gate opening and peptide hydrolysis. A catalytically inactive USP14 C114A or Ub aldehyde treatment also stimulate peptide hydrolysis of proteasome. Furthermore, IU1 series, which are specific inhibitors of proteasome-bound form of USP14, significantly increased the proteasome’s peptidase activity in the presence of USP14 WT or C114A. Interestingly, IU2-6, which inhibits both proteasome-bound form and free form of USP14, does not induce gate opening. These results demonstrate that peptide entry is dependent on USP14’s allosteric regulation of proteasome, but not on the enzyme’s catalytic activity. This also indicates that distinct binding mode of USP14 inhibitors may exert differential effects on gate opening. Given that the deubiquitination activity of USP14 was known to rescue the substrate from proteasomal degradation, our data reveal another unexpected aspect of USP14 on proteolytic regulation. We further employed chemical inhibitors of different proteasome-associated deubiquitinating enzymes to further dissect the contribution of each deubiquitinating activity to the gate opening. Our results indicate that USP14 and IU1-specific USP14 inhibition, but not other proteasome-associated deubiquitinating activities, can influence the gate opening of the proteasome through allosteric regulation. We are currently investigating the hypothesis that proteasome-associated USP14 may communicate with proteasome’s catalytic activities through a long-range interaction in a bidirectional manner. Importantly, USP14 and its inhibitors could be applied to stimulate the proteasome activity in a dynamic context of proteasome and substrate, which might have potential therapeutic effects on clearance of disease-causing proteins. -
dc.description.statementofresponsibility N -
dc.description.tableofcontents Ⅰ. Introduction 1
Ⅱ. Materials and Methods 6
Ⅲ. Results 10
Ⅳ. Discussion 21

References 24
Summary in Korea 29
-
dc.format.extent 29 -
dc.language eng -
dc.publisher DGIST -
dc.subject Proteasome, Deubiquitinating enzyme, USP14, CP gate, DUB inhibitor, Allosteric regulation, 프로테아좀, 탈유비퀴틴화 효소, USP14, 코어 입자 게이트, 탈유비퀴틴화 효소 억제제, 알로스테릭 조절 -
dc.title Allosteric regulation of proteasome gate opening by deubiquitinating enzymes -
dc.title.alternative 탈유비퀴틴화 효소에 의한 프로테아좀 게이트 개방의 알로스테릭 조절 -
dc.type Thesis -
dc.identifier.doi 10.22677/thesis.200000363110 -
dc.description.alternativeAbstract 26S 프로테아좀은 진핵 생물에서 대부분의 세포 내 단백질을 분해하는 가장 복잡한 단백질 가수분해 효소이다. 이 거대 분자 기계는 유비퀴틴화된 기질이 결합함에 따라 활성화될 수 있지만, 다양한 규제 기전을 통해 동적으로 조절된다. 인간 프로테아좀 상에 존재하는 세 종류의 탈유비퀴틴화 효소 (USP14, RPN11 및 UCH37)는 프로테아좀에 의한 단백질 분해를 조절하는 탈유비퀴틴화 반응을 담당하고 있다. 최근의 생화학 및 구조 연구에 따르면 이 효소들은 다양한 세포 조건에 따라 프로테아좀 출력에 다이나믹한 영향을 주며, 이는 서로 다른 단백질 분해 결과로 나타난다. 세 가지 탈유비퀴틴화 효소 중 USP14는 프로테아좀의 중요한 억제 인자로서 가장 잘 연구되어 있다. USP14의 프로테아좀 활성 억제 방식은 탈유비퀴틴화 작용에 의한 다중 사슬 특이적 절단 및 일괄 절단에 의존한다. 이와는 대조적으로, USP14는 프로테아좀 내의 코어 입자 게이트의 개방을 비촉매 효과를 통해 조절할 수 있다고 보고되어 있다. 형광 펩티드 기질을 사용한 연구에서, 우리는 USP14의 존재가 프로테아좀의 게이트 개방과 펩티드 분해를 촉진시킬 수 있음을 관찰하였다. 촉매 비활성인 USP14 C114A 및 유비퀴틴 알데히드 처리 또한 펩티드 가수 분해를 자극한다. 이와 더불어, 프로테아좀에 결합하는 USP14만 특이적으로 억제하는 IU1 시리즈는 USP14 WT 또는 C114A 존재 하에서 모두 프로테아좀의 펩티드 분해 활성을 크게 증가시켰다. 흥미롭게도, USP14의 프로테아좀 결합형과 비결합형 모두를 억제하는 IU2-6 화합물은 게이트 개방을 유도하지 않는 결과를 보였다. 이러한 결과는 게이트 개방에 의한 펩티드 분해가 USP14의 활성 저해가 아닌 알로스테릭한 프로테아좀 조절 효과에 의존한다는 것을 증명한다. 이러한 결과는 또한 서로 다른 방식의 USP14 화합물 억제제 결합 작용이 알로스테리를 통해 프로테아좀 게이트 개방에 차별적인 영향을 미칠 수 있음을 나타낸다. USP14의 탈유비퀴틴화 활성이 프로테아좀에 의한 분해로부터 기질을 구제하는 것으로 알려져 있기 때문에, 우리의 데이터는 단백질 분해 조절에 대한 USP14의 예상치 못한 또 다른 기능을 보여준다. 우리는 게이트 개방에 대한 각 탈유비퀴틴화 활성의 기여를 명확하게 해부하기 위해 다른 프로테아좀 관련 탈유비퀴틴화 효소의 화학적 억제제를 추가로 테스트하였다. 이 결과에서 우리는 다른 프로테자좀 결합 탈유비퀴틴화 효소가 아닌, USP14 또는 USP14 특이적인 IU1 저해제가 알로스테릭 효과를 통해 프로테아좀의 게이트 개방에 영향을 미칠 수 있음을 밝혀냈다. 현재 우리는 프로테아좀-관련 탈유비퀴틴화 효소가 프로테아좀과의 장거리 상호 작용을 통해 서로 간에 영향을 미칠 수 있을 것이라는 가설을 증명하기 위한 실험들을 수행하고 있다. 중요하게도 USP14 및 그 억제제를 활용하여 프로테아좀과 기질의 다이나믹한 맥락에서 프로테아좀 활성을 자극할 수 있기 때문에, 이러한 연구를 통해 질병 유발 단백질 제거를 위한 잠재적 치료 효과를 기대해 볼 수 있다. -
dc.description.degree Master -
dc.contributor.department New Biology -
dc.contributor.coadvisor Jin Hae Kim -
dc.date.awarded 2021/02 -
dc.publisher.location Daegu -
dc.description.database dCollection -
dc.citation XT.NM 신78 202102 -
dc.contributor.alternativeDepartment 뉴바이올로지전공 -
dc.embargo.liftdate 2025-02-28 -
dc.contributor.affiliatedAuthor Ji Yeong Shin -
dc.contributor.affiliatedAuthor Byung-Hoon Lee -
dc.contributor.affiliatedAuthor Jin Hae Kim -
dc.contributor.alternativeName 신지영 -
dc.contributor.alternativeName Byung-Hoon Lee -
dc.contributor.alternativeName 김진해 -
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Department of New Biology Theses Master

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