Identificata per la prima volta nel 1975, l’ubiquitina (Ub) si trova come una proteina isolata nelle animelle di vitello e si presumeva avesse qualcosa a che fare con la maturazione dei globuli bianchi. Trovato in seguito in tutti i tessuti di organismi eucarioti di molte specie, gli fu dato il nome ubiquitina, che deriva dalla parola latina per “ovunque”. È una proteina regolatrice responsabile del riciclaggio delle proteine che svolge le sue responsabilità legandosi alle proteine e contrassegnandole per la distruzione. Questo tag indirizza le proteine etichettate al complesso proteasoma che le degrada e le ricicla, oppure l’etichetta può indirizzare ad altre proteine per la modifica, la riparazione dell’acido desossiribonucleico (DNA) o la trascrizione genica. È considerata la più conservativa di tutte le proteine perché la sua sequenza di 76 amminoacidi differisce leggermente tra tutte le specie, siano esse vegetali, animali o umane.
Il processo mediante il quale questa proteina marca le proteine si avvale di tre enzimi: E1, che attiva l’Ub e lo mette in uno stato reattivo, E2, che poi catalizza l’adesione dell’Ub alle proteine, ed E3, una ubiquitina-ligasi che identifica la proteina . In questa cascata di enzimi, l’Ub è quindi in grado di dissipare le protezioni della proteina contro i proteasomi, in modo che il proteasoma possa rapidamente degradarlo e distruggerlo. Gli accumuli di proteine aberranti all’interno di una cellula spesso derivano da mutazioni del DNA o da traduzioni errate di geni. Poiché queste proteine aberranti possono devastare le funzioni di una cellula, si ritiene che questo caos sia il disagio sottostante che porta a malattie come l’Alzheimer, l’Huntington e il Parkinson. Fare uso della degradazione mediata dal proteasoma è uno dei modi in cui una cellula può ottenere la riparazione e l’espulsione delle proteine aberranti.
Quando l’ubiquitina si lega a una proteina, può attirare anche più molecole di ubiquitina sulla scena da attaccare. Questi interagiscono con esso e talvolta eseguono modifiche come la distruzione degli spermatozoi dopo la fecondazione, regolando la degradazione fino alla distruzione, o l’elaborazione dell’antigene e la trascrizione e riparazione del DNA. Ha una così grande varietà di funzioni all’interno delle proteine di una cellula che ha portato alcuni a credere che abbia un ruolo in quasi tutti i processi cellulari. Ci sono anche molte proteine Ubiquitin-Like (UBL) che hanno ruoli divergenti nelle modifiche delle cellule. Uno è un modificatore del gene stimolante l’interferone, un altro è un downregulator delle cellule neuronali e ancora un altro si occupa degli antigeni F nei leucociti umani.
I reparti di istologia possono utilizzare anticorpi contro questa sostanza per identificare le cellule con accumuli anomali di proteine aberranti nelle cellule e utilizzare questi anticorpi come marcatori di malattia. La ricerca ha sviluppato questo uso dell’antigene per rilevare grovigli neurofibrillari associati all’Alzheimer, inclusioni nelle malattie dei motoneuroni e corpi di mallory nella malattia epatica alcolica. Ci sono alcune malattie genetiche associate all’ubiquitina. Uno è una mutazione di un’ubiquitina-ligasi E3 che porta a un ritardo della crescita autosomico recessivo chiamato sindrome 3M. Un altro è un’errata regolazione e un’interruzione di un gene nella sindrome di Liddle, che causa ipertensione. Si ritiene inoltre che una rottura del gene sia la causa della sindrome di Angelman, ancora una volta riconducibile alla disfunzione dell’ubiquitina-ligasi E3.
Quasi il 50% di tutti i tumori cancerosi è stato scoperto essere carente di una particolare proteina che è stata soprannominata il “guardiano del genoma”. Fintanto che le cellule possono produrre questo particolare gene, il cancro non può svilupparsi in una cellula. L’ubiquitina e la sua ubiquitina-ligasi E3 si lega a questa particolare proteina in una cellula e questo legame produce una riparazione del DNA della proteina e le consente di recuperare la sua vitalità. Il sistema ubiquitina-proteasoma riduce anche la dimensione delle proteine virali per la distruzione per aiutare il sistema immunitario del corpo. Proprio nel maggio 2011, è stato annunciato alla 102a Convenzione dell’Associazione americana per la ricerca sul cancro che i processi enzimatici della proteina sono stati collegati per aiutare il corpo a non rifiutare le chemioterapie nei tumori polmonari non a piccole cellule.