The Hippo signaling pathway plays an essential role in adult tissue homeostasis and organ size control. Abnormal regulation of Hippo signaling can be a cause for multiple types of human cancers. Since the awareness of the importance of the Hippo signaling in a wide range of biological fields has been continually grown, it is also understood that a thorough and well-rounded comprehension of the precise dynamics could provide fundamental insights for therapeutic applications. Several components in the Hippo signaling pathway are known to be targeted for proteasomal degradation via ubiquitination by E3 ligases. ${\beta}-TrCP$ is a well-known E3 ligase of YAP/TAZ, which leads to the reduction of YAP/TAZ levels. The Hippo signaling pathway can also be inhibited by the E3 ligases (such as ITCH) which target LATS1/2 for degradation. Regulation via ubiquitination involves not only complex network of E3 ligases but also deubiquitinating enzymes (DUBs), which remove ubiquitin from its targets. Interestingly, non-degradative ubiquitin modifications are also known to play important roles in the regulation of Hippo signaling. Although there has been much advanced progress in the investigation of ubiquitin modifications acting as regulators of the Hippo signaling pathway, research done to date still remains inadequate due to the sheer complexity and diversity of the subject. Herein, we review and discuss recent developments that implicate ubiquitin-mediated regulatory mechanisms at multiple steps of the Hippo signaling pathway.
The advanced glycation endproducts receptor (AGER) is a multiligand signal transduction receptor. One of its ligands, S100b molecules activates vascular smooth muscle cells and endothelial cells via its receptor, thus triggering activation of signaling cascades and generation of cytokines and proinflammatory molecules. Ubiquitin-conjugating enzyme Ubc9 is an E2 conjugating enzyme that transfers the activated small ubiquitin-related modifier to protein substrates, and thus it plays a critical role in SUR-Mylation-mediated cellular pathways. Previous studies have shown that both AGE-R and Ubc9 play roles in diverse cellular signaling pathways. However, until recently, little attention has been paid to interactions between AGE-R and Ubc9. In this study, sequence database searches allowed us to identify a potential interaction motif between AGE-R and Ubc9. The subsequent biochemical and molecular biological analysis suggested that there may be specificity in AGE-R and Ubc9 complex signaling in atherosclerosis and cancer cells in a cell-type specific manner. Although the determinant for specificity in AGE-R and Ubc9 complex signaling in cancer cells and atherosclerosis is yet to be determined, this study provides the basis to develop a specific therapeutic application of AGE-R, SURM (small ubiquitin-related modifier)-1, and Ubc9 complex activation pathways in atherosclerosis, diabetes, cancer and inflammatory diseases.
Eunju Kim;Hyunchu Cho;Gaeul Lee;Heawon Baek;In Young Lee;Eui-Ju Choi
Molecules and Cells
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제46권7호
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pp.430-440
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2023
Linear ubiquitin chain assembly complex (LUBAC) is a ubiquitin E3 ligase complex composed of HOIP, HOIL-1L, and SHARPIN that catalyzes the formation of linear/M1-linked ubiquitin chain. It has been shown to play a pivotal role in the nuclear factor (NF)-κB signaling induced by proinflammatory stimuli. Here, we found that tumor susceptibility gene (TSG101) physically interacts with HOIP, a catalytic component of LUBAC, and potentiates LUBAC activity. Depletion of TSG101 expression by RNA interference decreased TNFα-induced linear ubiquitination and the formation of TNFα receptor 1 signaling complex (TNF-RSC). Furthermore, TSG101 facilitated the TNFα-induced stimulation of the NF-κB pathway. Thus, we suggest that TSG101 functions as a positive modulator of HOIP that mediates TNFα-induced NF-κB signaling pathway.
Siah acts as an E3 ubiquitin ligase that binds proteins destined for degradation. Extensive homology between siah and Drosophila Siah homologue (sina) suggests their important physiological roles during embryonic development. However, detailed functional studies of Siah in vertebrate development have not been carried out. Here we report that Siah2 specifically augments nodal related gene expression in marginal blastomeres at late blastula through early gastrula stages of zebrafish embryos. Siah2 dependent Nodal signaling augmentation is confirmed by cell-based reporter gene assays using 293T cells and 3TP-luciferase reporter plasmid. We also established a molecular hierarchy of Siah as a upstream regulator of FoxH1/Fast1 transcriptional factor in Nodal signaling. Elevated expression of nodal related genes by overexpression of Siah2 was enough to override the inhibitory effects of atv and lft2 on the Nodal signaling. In particular, E3 ubiquitin ligase activity of Siah2 is critical to limit the duration and/or magnitude of Nodal signaling. Additionally, since the embryos injected with Siah morpholinos mimicked the atv overexpression phenotype at least in part, our data support a model in which Siah is involved in mesendoderm patterning via modulating Nodal signaling.
The Wnt 𝛽-catenin signaling pathway is a highly conserved mechanism that plays a critical role from embryonic development and adult stem cell homeostasis. However, dysregulation of the Wnt pathway has been implicated in various diseases, including cancer. Therefore, multiple layers of regulatory mechanisms tightly control the activation and suppression of the Wnt signal. The E3 ubiquitin ligases RNF43 and ZNRF3, which are known negative regulators of the Wnt pathway, are critical component of Wnt signaling regulation. These E3 ubiquitin ligases control Wnt signaling by targeting the Wnt receptor Frizzled to induce ubiquitination-mediated endo-lysosomal degradation, thus controlling the activation of the Wnt signaling pathway. We also discuss the regulatory mechanisms, interactors, and evolution of RNF43 and ZNRF3. This review article summarizes recent findings on RNF43 and ZNRF3 and their potential implications for the development of therapeutic strategies to target the Wnt signaling pathway in various diseases, including cancer.
The tumor necrosis factor (TNF)-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) initiates the extrinsic apoptotic pathway through formation of the death-inducing signaling complex (DISC), followed by activation of effector caspases. TRAIL receptors are composed of death receptors (DR4 and DR5), decoy receptors (DcR1 and DcR2), and osteoprotegerin. Among them, only DRs activate apoptotic signaling by TRAIL. Since the levels of DR expressions are higher in cancer cells than in normal cells, TRAIL selectively activates apoptotic signaling pathway in cancer cells. However, multiple mechanisms, including down-regulation of DR expression and pro-apoptotic proteins, and up-regulation of anti-apoptotic proteins, make cancer cells TRAIL-resistant. Therefore, many researchers have investigated strategies to overcome TRAIL resistance. In this review, we focus on protein regulation in relation to extrinsic apoptotic signaling pathways via ubiquitination. The ubiquitin proteasome system (UPS) is an important process in control of protein degradation and stabilization, and regulates proliferation and apoptosis in cancer cells. The level of ubiquitination of proteins is determined by the balance of E3 ubiquitin ligases and deubiquitinases (DUBs), which determine protein stability. Regulation of the UPS may be an attractive target for enhancement of TRAIL-induced apoptosis. Our review provides insight to increasing sensitivity to TRAIL-mediated apoptosis through control of post-translational protein expression.
Ubiquitin is relatively modest in size but involves almost entire cellular signaling pathways. The primary role of ubiquitin is maintaining cellular protein homeostasis. Ubiquitination regulates the fate of target proteins using the proteasome- or autophagy-mediated degradation of ubiquitinated substrates, which can be either intracellular or foreign proteins from invading pathogens. Legionella, a gram-negative intracellular pathogen, hinders the host-ubiquitin system by translocating hundreds of effector proteins into the host cell's cytoplasm. In this review, we describe the current understanding of ubiquitin machinery from Legionella. We summarize structural and biochemical differences between the host-ubiquitin system and ubiquitin-related effectors of Legionella. Some of these effectors act much like canonical host-ubiquitin machinery, whereas others have distinctive structures and accomplish non-canonical ubiquitination via novel biochemical mechanisms.
Post-translational covalent modifications by small molecules or peptides remodel target proteins. One such modification, made by ubiquitin or small ubiquitin-related modifier (SUMO), is a rapidly expanding field in cell signaling pathways. Ubiquitin attachment controls the turnover and degradation of target proteins while SUMO conjugation regulates their activity and function. Recent studies report many examples of cross-talk between ubiquitin and SUMO pathways, indicating that the boundary is no longer clear. Here, we review recent progress concerning how ubiquitin and SUMO participate in new regulatory roles in plant cell, and how ubiquitination and sumoylation control plant growth and development.
Park, Su-Hyun;Jung, Eun-Ho;Kim, Geun-Young;Kim, Byung-Chul;Lim, Jae Hyang;Woo, Chang-Hoon
Molecules and Cells
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제38권1호
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pp.20-25
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2015
TGF-${\beta}$ regulates pleiotropic cellular responses including cell growth, differentiation, migration, apoptosis, extracellular matrix production, and many other biological processes. Although non-Smad signaling pathways are being increasingly reported to play many roles in TGF-${\beta}$-mediated biological processes, Smads, especially receptor-regulated Smads (R-Smads), still play a central mediatory role in TGF-${\beta}$ signaling for epithelial-mesenchymal transition. Thus, the biological activities of R-Smads are tightly regulated at multiple points. Inhibitory Smad (I-Smad also called Smad7) acts as a critical endogenous negative feedback regulator of Smad-signaling pathways by inhibiting R-Smad phosphorylation and by inducing activated type I TGF-${\beta}$ receptor degradation. Roles played by Smad7 in health and disease are being increasingly reported, but the molecular mechanisms that regulate Smad7 are not well understood. In this study, we show that E3 ubiquitin ligase Itch acts as a positive regulator of TGF-${\beta}$ signaling and of subsequent EMT-related gene expression. Interestingly, the Itch-mediated positive regulation of TGF-${\beta}$ signaling was found to be dependent on Smad7 ubiquitination and its subsequent degradation. Further study revealed Itch acts as an E3 ubiquitin ligase for Smad7 polyubiquitination, and thus, that Itch is an important regulator of Smad7 activity and a positive regulator of TGF-${\beta}$ signaling and of TGF-${\beta}$-mediated biological processes. Accordingly, the study uncovers a novel regulatory mechanism whereby Smad7 is controlled by Itch.
Hormaechea-Agulla, Daniel;Kim, Youngjo;Song, Min Sup;Song, Su Jung
Molecules and Cells
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제41권3호
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pp.168-178
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2018
Intracellular communication via ubiquitin (Ub) signaling impacts all aspects of cell biology and regulates pathways critical to human development and viability; therefore aberrations or defects in Ub signaling can contribute to the pathogenesis of human diseases. Ubiquitination consists of the addition of Ub to a substrate protein via coordinated action of E1-activating, E2-conjugating and E3-ligating enzymes. Approximately 40 E2s have been identified in humans, and most are thought to be involved in Ub transfer; although little information is available regarding the majority of them, emerging evidence has highlighted their importance to human health and disease. In this review, we focus on recent insights into the pathogenetic roles of E2s (particularly the ubiquitin-conjugating enzyme E2O [UBE2O]) in debilitating diseases and cancer, and discuss the tantalizing prospect that E2s may someday serve as potential therapeutic targets for human diseases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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