PCNA泛素化修饰对DNA损伤应答途径的调控

机体细胞在多种化学物质和内外环境不断攻击下会诱发DNA损伤。为了维持基因组的稳定性,细胞内拥有一系列完善而精确的细胞应答机制来保护基因组DNA的完整性。细胞首先通过DNA损伤检测点,然后通过一系列细胞信号转导通路,启动细胞周期阻滞,进而介导细胞修复或凋亡。大量研究表明泛素化作为一种重要的蛋白质翻译后修饰方式,参与调控了多种细胞生理过程。近期研究表明,DNA损伤导致复制应激可诱发PCNA的翻译后泛素化修饰,泛素化修饰的PCNA可能参与了多种DNA损伤应激过程,影响细胞选择不同的DNA损伤应答途径,导致细胞截然不同的转归。因此,更好地了解PCNA泛素化的作用及其影响DNA损伤应答通路可为我们更深入地了解人类细胞如何调控异常的DNA代谢过程和癌症的发生和发展机制提供依据。     

PCNA泛素化修饰对DNA损伤应答途径的调控

机体细胞在多种化学物质和内外环境不断攻击下会诱发DNA损伤。为了维持基因组的稳定性,细胞内拥有一系列完善而精确的细胞应答机制来保护基因组DNA的完整性。细胞首先通过DNA损伤检测点,然后通过一系列细胞信号转导通路,启动细胞周期阻滞,进而介导细胞修复或凋亡。大量研究表明泛素化作为一种重要的蛋白质翻译后修饰方式,参与调控了多种细胞生理过程。近期研究表明,DNA损伤导致复制应激可诱发PCNA的翻译后泛素化修饰,泛素化修饰的PCNA可能参与了多种DNA损伤应激过程,影响细胞选择不同的DNA损伤应答途径,导致细胞截然不同的转归。因此,更好地了解PCNA泛素化的作用及其影响DNA损伤应答通路可为我们更深入地了解人类细胞如何调控异常的DNA代谢过程和癌症的发生和发展机制提供依据。     

组蛋白泛素化修饰及其在DNA损伤应答中的作用

泛素化修饰是真核生物细胞内重要的翻译后修饰类型,通过调节蛋白质活性、稳定性和亚细胞定位广泛参与细胞内各项信号传导与代谢过程,对维持正常生命活动具有重要意义。组蛋白作为染色质中主要的蛋白成分,与DNA复制转录、修复等行为密切相关,是研究翻译后修饰的热点。DNA损伤后,组蛋白泛素化修饰通过调节核小体结构、激活细胞周期检查点、影响修复因子的招募与装配等诸多途径参与损伤应答。同时,组蛋白泛素化修饰还能调节其他位点翻译后修饰,并通过这种串扰(crosstalk)作用调节DNA损伤应答。本文介绍了组蛋白泛素化修饰的主要位点和相关组分(包括E3连接酶、去泛素化酶与效应分子),以及这些修饰作用共同编译形成的信号网络在DNA损伤应答中的作用,最后总结了目前该领域研究所面临的一些问题,以期为科研人员进一步探索组蛋白密码在DNA损伤应答中的作用提供参考。     

翻译后修饰对转录因子NF-E2相关因子2功能的调控

抗氧化反应组件（AREs）普遍存在于编码抗氧化和/或解毒酶基因的启动子区域,为这些基因的转录启动所必需;而这些基因的表达对维持细胞内氧化还原稳态,抵抗活性氧类（ROS）引起的细胞损伤发挥重要作用。转录因子NF E2相关因子2(nuclear factor erythroid 2 related factor 2, NRF2)作为抗氧化反应中的关键转录因子,可以与ARE结合,启动其下游靶基因,在氧化应激及亲电子剂应激中发挥重要的调控作用,广泛参与炎症、增殖、凋亡、细胞分化、组织再生和代谢等过程;因此,激活NRF2有望成为治疗肿瘤及其他与氧化、炎症相关疾病的新策略。蛋白质的翻译后修饰,对蛋白质空间构象、稳定性及其与其他蛋白质间相互作用具有重要作用。因此,探究NRF2的翻译后修饰如磷酸化、乙酰化和泛素化的修饰过程等,对深入了解NRF2的功能及调控机制至关重要,并与某些疾病的发生发展密切相关。本文对近年来翻译后修饰对NRF2的活性及功能的调控进行综述。     

蛋白酶体翻译后修饰功能机制研究

蛋白酶体是真核细胞内介导蛋白质特异性降解的主要复合物,在蛋白质质量控制和细胞稳态维持中发挥关键作用。研究发现,蛋白酶体含量或功能的异常会导致癌症、神经退行性疾病等诸多人类恶性疾病。围绕蛋白酶体的活性调控,已经发展了多种靶向药物,加强对蛋白酶体活性精确调控机制的研究具有重要的学术价值与临床意义。蛋白酶体的含量、组装及其活性的调节受多层次的精细调控,本文简要介绍了蛋白酶体的组成亚基、结构特征、转录调控与组装机制,着重阐述磷酸化、泛素化和乙酰化等翻译后修饰对蛋白酶体的调控机制及其生物学意义,以期为深入揭示蛋白酶体调控机制带来新启发。     

RNA结合蛋白在多能干细胞命运转变中的研究进展

RNA结合蛋白(RNA binding proteins,RBPs)是一类通过其RNA结合结构域与RNA相互作用的蛋白质,在细胞内发挥着非常重要的作用。RBPs参与从RNA代谢(包括RNA的可变剪接、稳定性、翻译)到表观遗传修饰等多种调控途径。已有大量文献报道转录因子、表观遗传修饰和细胞外信号通路参与调控干细胞的多能性维持、分化和体细胞重编程,但对于RBPs在细胞命运转变中作用的研究报道甚少。该文主要综述了RBPs通过调控RNA的可变剪接、mRNA稳定性、翻译水平、microRNA代谢及组蛋白修饰进而调控干细胞多能性维持和体细胞重编程。     

SUMO化修饰在核受体功能调控中的作用

小泛素相关修饰蛋白(small ubiquitin related modifier,SUMO)修饰作用是蛋白质翻译后修饰的重要方式。SUMO化修饰与泛素化作用极为相似,并且在某些靶蛋白上可以与泛素竞争结合位点,从而起到稳定靶蛋白的作用,并参与调节靶蛋白的细胞定位、膜离子通道功能、DNA损伤修复以及转录活性等。核受体是一类在生物体内广泛分布的、配体依赖的转录因子超家族,参与机体生长发育、细胞分化,以及体内许多生理、病理过程中的基因表达调控。最近研究发现,核受体的SU-MO修饰可通过影响核受体的稳定性、转录活性、亚细胞定位等多重途径影响核受体的功能,并影响机体炎症反应及相关疾病的发生发展。本文对核受体的SUMO修饰在核受体功能调控中的作用,以及与机体相关疾病之间的关系做一简要综述。     

蛋白质SUMO化修饰研究进展

SUMO(small ubiquitin-related modifier)是类泛素蛋白家族的重要成员之一,可与多种蛋白结合发挥相应的功能,其分子结构及SUMO化反应途径都与泛素类似,但二者功能完全不同。SUMO化修饰可参与转录调节、核转运、维持基因组完整性及信号转导等多种细胞内活动,是一种重要的多功能的蛋白质翻译后修饰方式。SUMO化修饰功能的失调可能导致某些疾病的发生。     

去泛素化酶活性的调控

泛素化是一种非常重要的蛋白质翻译后修饰方式,在细胞生命活动的各个方面发挥作用。泛素化修饰是可逆的过程,去泛素化酶通过催化去除底物蛋白质上的泛素从而逆转该过程。去泛素化酶是一类数量众多的蛋白水解酶家族,近年来不断有新的去泛素化酶被发现和报道。鉴于其在细胞功能中的重要作用,去泛素化酶活性受到严格的调控。目前的研究表明,影响去泛素化酶活性的因素很多。本文主要从转录水平的调控、翻译后修饰、蛋白质定位和蛋白质相互作用等调控方式进行论述,以期为研究和利用去泛素化酶治疗疾病提供新思路。     

O-GlcNAc修饰对蛋白质泛素化降解途径的影响

O-GlcNAc修饰是一种特殊的糖基化修饰,几乎参与生物体内所有细胞过程的调控。该修饰与泛素化作为两种重要的蛋白质翻译后修饰形式,都与2型糖尿病、神经退行性疾病、癌症等疾病密切相关。O-GlcNAc修饰对蛋白质泛素化降解途径的影响主要体现在4个方面:(1)O-GlcNAc修饰能够抑制26S蛋白酶体的ATPase活性;(2)O-GlcNAc修饰会减少某些底物蛋白的泛素化降解;(3)O-GlcNAc修饰泛素化相关酶并调节其功能;(4)某些蛋白质(包括调控因子)发生O-GlcNAc修饰后间接影响蛋白质泛素化。     

FBXL5:一种维持细胞内铁稳态的泛素连接酶

细胞内铁稳态的维持主要通过铁调节蛋白(ironregulatory protein,IRP)与几种铁代谢基因如转铁蛋白受体和铁蛋白mRNA上铁应答元件结合来实现。铁不足可增加IRP2活性和含量,而铁过载则诱导了IRP2的泛素化和蛋白降解。F-盒蛋白FBXL5是一种铁和氧依赖的E3泛素连接酶,在铁和氧存在的情况下催化IRP2的泛素化,而缺铁或缺氧则造成FBXL5自身被泛素化修饰和随后的蛋白酶体降解。FBXL5铁调节功能的发现使人们对细胞内铁稳态的理解更为清晰。     

The FBXL5-IRP2 axis is integral to control of iron metabolism in vivo

Iron-dependent degradation of iron-regulatory protein 2 (IRP2) is a key event for maintenance of an appropriate intracellular concentration of iron. Although FBXL5 (F box and leucine-rich repeat protein 5) is thought to mediate this degradation, the role of FBXL5 in the control of iron homeostasis in?vivo has been poorly understood. We have now found that mice deficient in FBXL5 died in utero, associated with excessive iron accumulation. This embryonic mortality was prevented by additional ablation of IRP2, suggesting that impaired IRP2 degradation is primarily responsible for the death of Fbxl5(-)(/-) mice. We also found that liver-specific deletion of Fbxl5 resulted in deregulation of both hepatic and systemic iron homeostasis, leading to the development of steatohepatitis. The liver-specific mutant mice died with acute liver failure when fed a high-iron diet. Thus, our results uncover a major role for FBXL5 in ensuring an appropriate supply of iron to cells.     

Redox control of iron regulatory protein 2 stability

Iron regulatory protein 2 (IRP2) is a critical switch for cellular and systemic iron homeostasis. In iron-deficient or hypoxic cells, IRP2 binds to mRNAs containing iron responsive elements (IREs) and regulates their expression. Iron promotes proteasomal degradation of IRP2 via the F-box protein FBXL5. Here, we explored the effects of oxygen and cellular redox status on IRP2 stability. We show that iron-dependent decay of tetracycline-inducible IRP2 proceeds efficiently under mild hypoxic conditions (3% oxygen) but is compromised in severe hypoxia (0.1% oxygen). A treatment of cells with exogenous H(2)O(2) protects IRP2 against iron and increases its IRE-binding activity. IRP2 is also stabilized during menadione-induced oxidative stress. These data demonstrate that the degradation of IRP2 in iron-replete cells is not only oxygen-dependent but also sensitive to redox perturbations.     

Leishmania donovani inhibits ferroportin translation by modulating FBXL5‐IRP2 axis for its growth within host macrophages

Hepcidin mediated ferroportin (Fpn) degradation in macrophages is a well adopted strategy to limit iron availability towards invading pathogens. Leishmania donovani (LD), a protozoan parasite, resides within macrophage and competes with host for availing iron. Using in vitro and in vivo model of infection, we reveal that LD decreases Fpn abundance in host macrophages by hepcidin independent mechanism. Unaffected level of Fpn‐FLAG in LD infected J774 macrophage confirms that Fpn down‐regulation is not due its degradation. While increased Fpn mRNA but decreased protein expression in macrophages suggests blocking of Fpn translation by LD infection that is confirmed by ³⁵S‐methionine labelling assay. We further reveal that LD blocks Fpn translation by induced binding of iron regulatory proteins (IRPs) to the iron responsive element present in its 5′UTR. Supershift analysis provides evidence of involvement of IRP2 particularly during in vivo infection. Accordingly, a significant increase in IRP2 protein expression with simultaneous decrease in its stability regulator F‐box and leucine‐rich repeat Protein 5 (FBXL5) is detected in splenocytes of LD‐infected mice. Increased intracellular growth due to compromised expressions of Fpn and FBXL5 by specific siRNAs reveals that LD uses a novel strategy of manipulating IRP2‐FBXL5 axis to inhibit host Fpn expression.