W odpowiedzi na różne zewnętrzne i wewnętrzne bodźce stabilność, a zatem ilość, licznych białek regulatorowych podlega w komórkach eukariotycznych "dynamicznej" kontroli, w wyniku precyzyjnej proteolizy. Na ogół białka mające ulec degradacji są w specyficzny sposób wyznakowywane przez skompleksowanie z ubikwityną, małym (76 AA) powszechnie występującym białkiem globularnym. W kaskadowej, zachodzącej przy udziale ATP ubikwitynacji białek uczestniczą co najmniej trzy enzymy: enzym aktywujący ubikwitynę (E1), enzym łączący się z zaktywowaną ubikwityną (E2) i przenoszący ją na białkowy substrat bądź bezpośrednio, bądź też częściej we współdziałaniu z ligazą ubikwitynową (E3). Ligazy ubikwitynowe stanowią kompleksy kilku (kilkunastu?) białek uczestniczących w precyzyjnym rozpoznawaniu i wiązaniu białkowych substratów i ich translokacji do proteasomu 26S, w którym ulegają degradacji do krótkich peptydów. W ostatnich latach "odkrywane" są coraz to nowe białka, którym przypisuje się funkcje ligaz ubikwitynowych, a dzięki poznaniu struktury i działania poszczególnych podjednostek staje się możliwe wysuwanie wniosków co do ich homologii w określonych ligazach. Degradacja większości białek biorących udział w kontroli przebiegu kolejnych faz cyklu komórkowego następuje przede wszystkim w proteasomie 26S. W szczególności dotyczy to cyklin, białkowych inhibitorów kinaz cyklinozależnych (kinaz cdk), białek odpowiedzialnych za rozpoczęcie syntezy DNA, czy też za precyzyjną segregację chromatyd podczas mitozy, a także białek kodowanych przez liczne geny supresorowe i protoonkogeny, których działanie jest również niezmiernie istotne dla prawidłowego przebiegu cyklu komórkowego. Ostatni etap ubikwitynacji białek bezpośrednio regulujących przebieg cyklu komórkowego przeprowadzają dwa wieloskładnikowe kompleksy ligaz ubikwitynowych - SCF ( Skp1-Cullin-Fbp) i APC/C ( Anaphase-Promoting-Complex-Cyclosome). Ligaza SCF działa od połowy fazy G1 poprzez fazę S do połowy fazy G2. W komórkach ludzkich ubikwitynuje ona cykliny fazy g! (cykliny D i E) i białkowe inhibitory kinaz cyklinozależnych (przede wszystkim p27, p21), a także czynnik transkrypcyjny E2F-1 regulujący ekspresję genów kodujących białka konieczne do rozpoczęcia w komórkach syntezy DNA czy też białko Cdc6 (DNA replication factor) wiążące się z miejscem rozpoczęcia transkrypcji. Podstawowymi podjednostkami ligazy SCF są: białko Skp1, kullina (pomost, na którym dochodzi do współdziałania poszczególnych podjednostek), jedno z białek z motywem F-box odpowiedzialne za rozpoznanie i związanie białka mającego ulec ubikwitacji oraz białko Rbx1/Hit 1/Roc 1 charakteryzujące się obecnością motywu RING-finger i pośredniczące w interakcji kulliny z enzymem E2. Większość białkowych substratów ligazy SCF przed ubikwitynacją jest fosforylowana przez różne kinazy. Ligaza APC/C aktywna jest od połowy fazy G2, w mitozie i na początku fazy G1. Dołącza ona ubikwitynę przede wszystkim do cyklin mitotycznych (cyklin A i B, podjednostek regulatorowych kinaz cdk1 i cdk2 działających podczas mitozy), do tzw. sekuryn, białek będących inhibitorami rozdziału chromatyd i anafazy, do własnych białek regulatorowych (np. Cdc20), do kinazy Polo/dc5 fosforylującej między innymi fosfatazę Cdc25 oraz podjednostki APC, a także do białka Ase wiążącego się z mikrotubulami wrzeciona mitotycznego czy też gemininy regulującej rozpoczęcie syntezy DNA w fazie S przez hamowanie formowania kompleksu prereplikacyjnego (pre-RC). Stałymi składnikami kompleksu APC/C (złożonego z kilkunastu białek) są białka APC@ i APC11, homologiczne z kulliną oraz białkiem Rbx1/Roc1 w omawianej już ligazie SCF. Białko APC2 jest jednostką podstawową, do której dołączają się inne podjednostki, białko APC11 (z motywem RING-finger) pośredniczy zaś, jak się sądzi, w interakcjach z odpowiednim enzymem E2. Regulacja funkcjonowania ligazy APC następuje przede wszystkim przez dołączanie do kompleksu określonych podjednostek regulatorowych - białka Cdc20/Fizzy lub białka Cdh1/Hct1/Fizzy-related, uczestniczących, podobnie jak białka z motywem F-box, w rozpoznawaniu i wiązaniu białkowych substratów. Ufosforylowanie zarówno kompleksu APC/C, jak i podjednostek regulatorowych jest istotne dla działania ligazy APC/C. Fosforylacji dokonują kinazy cdk aktywne w mitozie, kinazy Polo, a także kinaza A, przy czym fosforylacja może zarówno aktywować, jak i hamować działanie ligazy APC/C. Co więcej, ligaza APC/C pozostaje również pod wpływem białek punktu kontrolnego wrzeciona mitotycznego, które są odpowiedzialne za precyzyjną kontrolę prawidłowości rozdziału chromatyd, przebiegu anafazy i zakończenia mitozy. Białka z rodzin MAD i BUB tworzą, po uaktywnieniu punktu kontrolnego wrzeciona, przejściowe kompleksy z białkiem Cdc20, regulatorem aktywności ligazy APC/C, inaktywując w ten sposób jej działanie i zatrzymując komórki w metafazie. W ostatnich latach poznano także mechanizm odpowiedzialny za inaktywację ligazy APC/C w interfazie. Zidentyfikowano bowiem białko Emi1/Rca1 działające jako inhibitor ligazy APC/C, którego syntezę reguluje czynnik transkrypcyjny E2F, a degradację poprzedza ubikwitynacja przeprowadzana przez ligazę SCF. Białka będące substratami ligazy APC/C charakteryzuje na ogół obecność tzw. boksu destrukcyjnego (D-box), sekwencji aminokwasowej opisanej po raz pierwszy w cyklinach mitotycznych, niezbędnej do rozpoznania substratu przez ligazę i odpowiedni enzym E2. Mutacje w boksie destrukcyjnym lub też brak tej sekwencji aminokwasowej wywołują stabilizację białek i zatrzymanie procesów, w których uczestniczą. Wydaje się także, że sekwencja KEN występująca w niektórych białkach może być również konieczna do ich rozpoznania i ubikwitynacji przez ligazę APC/C skompleksowaną z białkiem regulatorowym Cdh1. Ostatnio wykazano, że ligazą ubikwitynową jest także białko Chfr działające w punkcie kontrolnym występującym w profazie podziału mitotycznego i monitorujące kondensację chromosomów i ruch centrosomów ku biegunom komórki. Charakteryzuje je obecność domeny FHA (Forkhead-Associated) i motywu RING-finger, znajdowanego w białkach Rbx1/Roc1 i APC11 omawianych wcześniej ligaz. Ligaza Chfr katalizuje in vitro swoją własną ubikwitynację, a przede wszystkim ubikwitynuje i skierowuje na drogę proteolizy kinazę Polo1 (Plk1), której udział w regulacji cyklu staje się coraz bardziej doceniany i zrozumiały. Jest ona bowiem w znacznym stopniu odpowiedzialna za odpowiedni stan ufosforylowania, a tym samym aktywności, fosfatazy Cdc25, aktywującej kinazy cdk i kinazy wee, która je hamuje. Rezultatem obniżonego poziomu kinazy Plk1 jest opóźnienie aktywacji fosfatazy Cdc25 i inaktywacji kinazy wee, czego efektem są zakłócenia procesów przebiegających z udziałem kinaz cdk przed rozpoczęciem metafazy. Należy jednakże pamiętać, że oprócz kinazy Plk1 i inne kinazy białkowe fosforylują powyższe enzymy. Zarówno fosfataza Cdc25, jak i kinaza wee są degradowane w układzie ubikwityna-proteasom, a ich ubikwitynację przeprowadza prawdopodobnie ligaza SCF. Motyw RING-finger występuje także w białku MDM2, które jest ligazą ubikwitynującą białko supresorowe p53, degradowane następnie w proteasomie 26S. Wewnątrzkomórkowy poziom MDM2 jest ściśle regulowany na poziomie transkrypcji, a także bardzo efektywnie poprzez kompleksowanie z różnymi białkami komórkowymi i wirusowymi. Mutanty p53, a także pokrewne p53 białka p73 i p63, nie są rozpoznawane i ubikwitynowane przez ligazę MDM2. O możliwości utworzenia kompleksu p53-MDM2 decyduje wewnątrzkomórkowa lokalizacja tych białek oraz fosforylacja w każdym z nich określonych reszt aminokwasowych. Drugim, ostatnio zidentyfikowanym substratem ligazy MDM2, okazał się receptor androgenowy. Jego ubikwitynacja przez ligazę MDM2 w znacznym stopniu zależy od aktywności kinazy Akt. Chociaż ani p53, ani receptor androgenowy nie biorą bezpośredniego udziału w poszczególnych etapach cyklu, to jednak ich precyzyjnie kontrolowana proteoliza jest bardzo istotna ze względu na wpływ tych czynników transkrypcyjnych na ekspresję wielu białek bezpośrednio zaangażowanych w regulację przebiegu cyklu komórkowego, a także apoptozy. Degradowane w proteasomie 26S są również błonowe receptory (o aktywności kinaz tyrozynowych) wielu czynników wzrostu, takich jak np. FGF, PDGF czy też HGF. Ich ubikwitynacji dokonuje ligaza Cbl, oddziałująca poprzez motyw RING-finger z odpowiednim białkiem E2 przenoszącym ubikwitynę. Poza wymienionymi białkami również wiele innych białek istotnych dla przebiegu cyklu jest degradowanych proteolitycznie i to nie tylko przy udziale układu ubikwityna-proteasom. Przykładem takich białek są c-Myc i pRb, degradowane zarówno w proteasomie (nieznana dotąd ligaza ubikwitynowa), jak i przez zależną od jonów wapnia proteazę cysteinową - kalpainę (c-Myc) oraz kaspazy (pRb). W powyższym opracowaniu skoncentrowano się na omówieniu ubikwitynacji białek regulujących cykl komórkowy. Należy zdawać sobie sprawę, że równie istotny, chociaż mniej poznany jest proces ich deubikwitynacji w sytuacjach nieprawidłowego wyznakowania ubikwityną. Przeprowadzają go liczne (>90 dotąd poznanych) proteazy cysteinowe, których rola w regulacji cyklu komórkowego zaczyna obecnie być doceniana. Jak pokazano, w proteolizie białkowych regulatorów cyklu uczestniczy bardzo wiele białek. Należy sobie zdawać sprawę, że również ich wewnątrzkomórkowy poziom może zmieniać się pod wpływem różnych czynników, czego efektem może być bądź niepożądana w danym momencie stabilizacja białka regulatorowego, bądź też jego przyspieszony rozkład. Jak już obecnie wiadomo, zaburzenia ubikwitynacji i deubikwitynacji białek leżą u podłoża wielu schorzeń, zwłaszcza proliferacyjnych, autoimmunologicznych i neurologicznych. Dotychczasowy stan wiedzy na temat przebiegu podstawowych szlaków ubikwitynacji i degradacji białek sprawia, że w ostatnich latach mogły się już rozpocząć badania ukierunkowane na farmakologiczną kontrolę proteolizy białek regulatorowych cyklu.