预测和鉴定蛋白质翻译后修饰的生物信息方法

蛋白质翻译后修饰对蛋白质成熟、结构和功能多样性有决定性的作用。但蛋白质翻译后修饰的多样性、普遍性、动态性,使传统的生物化学方法在全局水平上理解翻译后修饰非常有限,对它们的研究、特别是大规模的研究长期发展缓慢。现在,在实验研究基础上,借助多方面的生物信息学方法,可以快速高通量的预测和鉴定蛋白质翻译后修饰。一方面,可以从序列角度出发,基于酶识别底物的特异性,用位点权重矩阵、支持向量机等算法,从底物蛋白质序列提取修饰相关的保守序列,并用于预测翻译后修饰位点。这种方法相对成熟,能够取得较理想的预测准确性,但不能反映不同时间不同细胞的翻译后修饰状态。另一方面,可从质谱数据分析出发,有望捕获细胞内翻译后修饰的动态特性。质谱分析的高灵敏度、高准确度和高通量的能力已使建立在质谱基础上的蛋白质组学成为研究翻译后修饰的重要工具,生物信息学方法和质谱蛋白质组学的结合则更可以加速研究翻译后修饰的进程。本文从序列和质谱分析两个角度总结评价了各种翻译后修饰相关生物信息学方法的研究近况,重点讨论利用质谱数据鉴定翻译后修饰的新思路。     

翻译后修饰蛋白质组学研究的技术策略

 蛋白质组学早期研究的绝大部分工作是在关注细胞不同生长时期或是疾病、分裂素刺激下的蛋白质表达水平变化.然而,许多至关重要的生命进程不仅由蛋白质的相对丰度控制,更重要的是被那些时空特异分布的可逆翻译后修饰控制的,揭示翻译后修饰发生规律是理解蛋白质复杂多样的生物功能的一个重要前提.由于翻译后修饰蛋白质在样本中含量低且动态范围广,其相关研究极具挑战性,亲和富集、多维分离等技术与生物质谱的结合为翻译后修饰蛋白质组学的发展提供了契机,目前,已进行规模化研究的蛋白质翻译后修饰主要有四大类,其中磷酸化和糖基化研究较多.本文针对大规模翻译后的修饰蛋白质的分析策略和技术路线,如蛋白质的磷酸化修饰, 糖基化修饰, 泛素化修饰,基于蛋白质氧化还原状态进行的氧化还原修饰和其它修饰像乙酰化、甲基化、脂基化修饰等进行了综述.     

蓝藻的蛋白质翻译后修饰研究进展

蛋白质翻译后修饰系统几乎参与了细胞所有的正常生命活动过程,并发挥着重要的调控作用。目前,基于生物质谱技术进行蛋白质翻译后修饰的规模化分析鉴定,已经成为蛋白质组学研究的核心内容之一。近年来的研究表明,蓝藻细胞中存在着复杂的蛋白质翻译后修饰系统,如磷酸化,乙酰化,甲基化,糖基化,氧化等,这些翻译后修饰在蓝藻细胞的代谢过程中可能发挥着重要的调控作用。本文主要针对蓝藻细胞中蛋白质翻译后修饰的发现与鉴定,以及翻译后修饰潜在的生物学功能展开简要综述。     

细菌中常见的蛋白翻译后修饰

蛋白质的翻译后修饰在生物体生命活动中发挥着重要作用,大部分蛋白质都会经历翻译后修饰。对这些修饰的了解和掌握非常重要,因为这些修饰可能会改变蛋白质的物理及化学性质,如折叠、构象、稳定性及活性,从而改变蛋白的功能。此外,修饰基团本身也可能具有某些功能。因此,分析研究蛋白质翻译后修饰具有重要意义。细菌中常见的翻译后修饰过程有糖基化、磷酸化和乙酰化,我们简要综述了这几种修饰过程。     

超氧化物歧化酶翻译后修饰的研究进展

超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)是生物体内存在的一种抗氧化金属酶,它能够催化超氧阴离子自由基歧化生成氧(O₂)和过氧化氢(H₂O₂),在机体氧化与抗氧化平衡中起到至关重要的作用,且与很多疾病的发生、发展密不可分。对SOD的活性调节一直是研究热点,大多数研究都集中在转录水平(基因表达)和翻译水平(酶蛋白合成)两个方面。随着研究的深入,发现蛋白质翻译后修饰(PTM)对SOD的酶活性有重要影响。近年来,研究蛋白质翻译后修饰对SOD的酶活性的影响越来越受到重视。总结了硝基化、磷酸化、S-谷胱甘肽化、糖基化、乙酰化、次磺酸化、亚磺酸化、SUMO化等几种SOD翻译后的修饰方式,讨论了修饰后对SOD酶活性的影响和生理意义,并对SOD翻译后修饰的发展及面临的挑战进行了展望,为相关疾病的研究、治疗及靶向药物的研制提供了理论基础。     

有丝分裂期间蛋白质的翻译后修饰及其功能

有丝分裂期间蛋白质的翻译后修饰对于有丝分裂顺利完成以及细胞功能发挥具有重要的调控作用。常见的修饰类型包括磷酸化修饰、糖基化修饰、SUMO化修饰、乙酰化修饰、甲基化修饰。这些翻译后修饰可以维持染色体结构、促进后期染色体分离、协助末期核膜重新形成。本文对有丝分裂过程中相关蛋白质翻译后修饰的最新类型和功能进行了系统总结,以期能为肿瘤基础研究提供新的方向。     

蛋白质磷酸化修饰的研究进展

蛋白质磷酸化是最常见、最重要的一种蛋白质翻译后修饰方式,它参与和调控生物体内的许多生命活动。通过蛋白质的磷酸化与去磷酸化,调控信号转导、基因表达、细胞周期等诸多细胞过程。随着蛋白质组学技术的发展和应用,蛋白质磷酸化的研究越来越受到广泛的重视。我们介绍了蛋白质磷酸化修饰的主要类型与功能、磷酸化蛋白质分析样品的富集及制备、磷酸化蛋白的鉴定及磷酸化位点的预测、蛋白分离后磷酸化蛋白的检测,及蛋白质磷酸化的分子机制,并综述了近年来国内外的主要相关研究进展。     

蛋白质泛素化修饰的生物信息学研究进展

泛素-蛋白酶体系统(Ubiquitin-proteasome system, UPS)介导了真核生物80%~85%的蛋白质降解, 该蛋白质降解途径具有依赖ATP、高效、高度选择性的特点。除参与蛋白质降解之外, 泛素化修饰还可以直接影响蛋白质的活性和定位。由于泛素化修饰底物蛋白在细胞中的广泛存在, 泛素化修饰可以调控包括细胞周期、细胞凋亡、转录调控、DNA损伤修复以及免疫应答等在内的多种细胞活动。近年来, 泛素-蛋白酶体系统相关的蛋白质组学数据不断产出, 有效地管理、组织并合理分析这些数据显得尤为必要。文章综述了当前世界范围内针对蛋白质泛素化修饰展开的生物信息学研究, 总结了前人的工作结果, 包括UPS相关蛋白质数据的收录、泛素化修饰网络的构建和分析、泛素化修饰位点的预测及泛素化修饰motif的研究等方面内容, 并对该领域未来的发展方向进行了讨论。     

SUMO化修饰与DNA损伤修复

蛋白质的翻译后修饰在很大程度上决定了蛋白质的活性、细胞定位、稳定性及蛋白质之间的相互作用.而在DNA损伤修复过程中,通过调控不同修复蛋白的翻译后修饰来影响他们的活性及细胞定位,进而导致DNA损伤修复途径的不同和修复结果的差异.新近研究表明,蛋白质的SUMO化修饰在DNA损伤修复和基因组稳定性的维护方面发挥重要作用.本文将对SUMO化修饰对DNA损伤修复的调控的最新研究进展做一综述.     

精子发生过程中翻译后修饰的蛋白质组学研究进展

精子发生由一系列多阶段、复杂的生物学事件所组成,受到多因素的调控。精子发生过程存在翻译延迟的现象,因此转录和蛋白表达水平变化不完全一致。蛋白质的翻译后修饰作为蛋白质功能的重要调控方式,在精子发生过程中起着重要调控作用。近年来,蛋白质组学(proteomics)的发展促进了蛋白质翻译后修饰的解析和功能研究。本文综述了精子发生过程中多种翻译后修饰的蛋白质组学研究进展,并讨论了它们在精子发生、精子功能和男性生育能力中的作用以及它们在未来临床诊疗中的价值。     

组蛋白翻译后修饰技术研究进展

翻译后修饰调控着真核生物大部分蛋白质的活性,这些修饰的解读对研究生物功能是必不可少的。组蛋白翻译后修饰是蛋白质翻译后修饰中研究的较好一类小分子碱性蛋白,易被各种生物大分子修饰,尤其易发生在N-末端的尾部。不同组合式修饰构成了"组蛋白密码",在细胞的发育、生长、分化和动态平衡中,组蛋白密码影响着染色体的结构状态,进而调控基因的表达状态。组蛋白翻译后修饰的研究可作为一种模式来解析蛋白质复杂的修饰状态及研究其分子功能。翻译后修饰分析技术的发展对组蛋白密码的解析是至关重要的。重点讨论组蛋白修饰分析技术的发展和应用。     

非限制翻译后修饰鉴定方法的研究进展

蛋白质翻译后修饰在真核生物细胞内广泛存在,对蛋白质的结构和功能有着十分重要的影响.串联质谱技术的快速发展为翻译后修饰鉴定提供了高通量、高灵敏度和高分辨率的分析平台,但传统搜索引擎鉴定修饰的方法无法满足数据分析的需求,非限制翻译后修饰鉴定已成为目前蛋白质组修饰分析的重要手段之一.非限制翻译后修饰鉴定不需要在分析前指定修饰类型,可以直接从样品中找出大量已知或未知的修饰,对提高质谱图谱解析率以及揭示蛋白质的生物学功能具有十分重要的意义.本文首先介绍了非限制翻译后修饰鉴定的定义和发展历程,然后从序列匹配和谱图匹配两个方面详细综述了目前非限制翻译后修饰鉴定的主流算法,分析了非限制翻译后修饰鉴定的质量控制问题,最后结合非限制翻译后修饰鉴定的实际应用讨论了修饰鉴定算法的不足和发展方向.     

“自顶向下(top-down)”的蛋白质组学——蛋白质变体的规模化鉴定

高分辨率质谱技术的快速发展使得"自顶向下"的蛋白质组学(top-down proteomics)研究逐渐成熟起来.在完整蛋白质水平上研究蛋白质组可以提供更精准、更丰富的生物学信息,特别是对于蛋白质上发生了多种关联性的翻译后修饰的情况.另外,由于基因突变、RNA可变剪接和大量蛋白质翻译后修饰的存在,同一个基因往往最终会产生多个"蛋白质变体"(proteoform),而要准确地鉴定这些蛋白质变体,也离不开"自顶向下"的蛋白质组学.在蛋白质水平上的分离技术、质谱技术与生物信息学技术是完整蛋白质鉴定最关键的三项技术.高效的分离技术是实现规模化蛋白质变体鉴定的前提,有效的质谱碎裂是提供可靠鉴定的核心,而快速准确的质谱鉴定算法则是数据分析效率的保障.本文对这三项技术进行了详细总结,重点集中在生物信息学相关技术上,包括对完整蛋白质的质谱数据预处理、数据库搜索鉴定以及翻译后修饰定位等几个计算问题的讨论.     

翻译后修饰调控TRPV亚家族通道功能的研究进展

瞬时受体势(transient receptor potential,TRP)通道广泛分布于神经和非神经系统中,响应温度、化学和机械等多种刺激,在机体对外界环境的精确感知中发挥重要功能.根据蛋白质序列的相似性,哺乳动物中TRP通道家族的27个成员分属TRPA、TRPC、TRPM、TRPML、TRPP和TRPV 6个亚家族.其中TRPV亚家族包含了6个成员,分别为温度敏感型的TRPV1~4通道,以及对Ca2+具有高选择通透能力的TRPV5和TRPV6通道.研究结果表明,TRPV亚家族通道参与调控细胞内的离子稳态和信号传导,在温度感知和血管扩张等生理过程中发挥作用,并与癌症、心血管等多种疾病的发生和发展密切相关.翻译后修饰(post-translational modifications,PTMs)是翻译中或者翻译后在蛋白质特定氨基酸上添加或删减修饰官能团的过程.越来越多的研究结果表明,TRPV亚家族通道同样可以发生翻译后修饰,并对通道功能产生重要影响.本文综述了目前已报道的磷酸化、糖基化、泛素化、SUMO化和共价修饰等多种翻译后修饰调控TRPV亚家族成员功能的主要研究进展,以期为进一步研究翻译后修饰对TRPV通道的功能调节提供参考,丰富我们对蛋白质翻译后修饰与生理或病理活动相关性的认识.     

生物信息学在蛋白质组学研究中的应用进展

生物信息学是运用数学和信息学方法阐明和解释海量生物学数据所蕴含的生物学意义的重要手段和工具。随着蛋白质组学研究的不断发展和深入,大量的蛋白序列、结构、功能以及互作数据不断产生。面对海量蛋白质组数据的获取、处理、存储以及蛋白质组数据信息的挖掘,生物信息学已成为蛋白组学研究中不可或缺的组成部分。本文结合蛋白质组学的发展历程,简要综述了生物信息学技术在蛋白质谱数据处理、蛋白质鉴定和蛋白质翻译后修饰等方面的应用进展,并初步展望了其未来发展趋势。     

蛋白质的甲基化研究进展

蛋白质翻译后修饰是调控蛋白质生物学功能的重要步骤之一。甲基化修饰作为蛋白质翻译后修饰的一种重要形式,参与了真核生物和原核生物的多种细胞进程。本文综述了目前蛋白质甲基化的研究进展,包括真核生物、原核生物,组蛋白和非组蛋白,以及多种氨基酸位点的甲基化修饰。这些发现丰富了人们对蛋白质甲基化修饰的认识,对深入了解蛋白质翻译后修饰的功能具有重要意义。     

蛋白质亚磺酰化修饰及其在生理和病理过程中的作用

细胞正常生理或病理过程中均伴随着活性氧(ROS)和活性氮(RNS)的产生，引起蛋白质半胱氨酸发生氧化翻译后修饰。亚磺酰化是氧化翻译后修饰中的一种，指ROS将蛋白质的巯基氧化成亚磺酰基(R-SOH)的过程，广泛存在于多种物种中。亚磺酰化修饰蛋白质的捕获、富集和修饰位点的确定目前仍极具挑战性。半胱氨酸亚磺酰化的检测方法主要包括基于转录因子Yap1和基于小分子化合物dimedone或bicyclo[6.1.0]nonyne的分子探针。在此基础上，研究人员通过偶联生物素等标签分子又设计出了更多便于富集亚磺酰化蛋白质的衍生物探针。将亚磺酰化蛋白质捕获和富集后，与LC-MS/MS等质谱分析技术联用，则可确定发生亚磺酰化修饰的半胱氨酸位点。近几年的研究表明，细胞信号通路中的许多蛋白质或酶都会发生亚磺酰化修饰，调控蛋白质功能、稳定性或催化活性，从而引起下游信号通路或代谢过程的变化，进而影响机体生理或病理状态。随着对蛋白质亚磺酰化修饰的深入研究，越来越多疾病的发生发展新机制被发现，靶向该修饰有望为疾病治疗提供新的策略。本文从蛋白质氧化修饰的过程和亚磺酰化修饰检测的方法入手进行阐述，总结了近几年亚磺酰化修...     

综述: 非组蛋白甲基化修饰的研究进展

非组蛋白的赖氨酸和精氨酸残基上的甲基化修饰已经被证明是一种普遍的蛋白质翻译后修饰方式,在生命活动中发挥重要作用．甲基化修饰方式的多样性以及它们与其他修饰之间的交互作用(crosstalk)复杂但精细地调控了基因表达、蛋白质活性及稳定性、DNA复制及基因组稳定性、RNA加工等多种功能．本文将对非组蛋白的甲基化修饰特征进行总结,归纳近些年来已报道的甲基化修饰酶、修饰位点及这些位点的生物学功能,并将特别阐述不同蛋白质修饰之间的交互作用,概述鉴定非组蛋白甲基化修饰的方法．     

SUMO化和磷酸化的相互作用与共同修饰

翻译后修饰如磷酸化、乙酰化、甲基化、泛素化和SUMO化调节不同蛋白质的不同功能。磷酸化可能是最常见的修饰之一,蛋白质磷酸化通过一系列的激酶和磷酸酶催化,从而改变蛋白质功能。SUMO修饰是一种类泛素化修饰。SUMO修饰包括活化、结合、连接和解离,涉及多个酶多个步骤的催化过程。SUMO化可调节蛋白质相互作用、亚细胞定位、蛋白质稳定性和转录活性。关于磷酸化和SUMO化的蛋白质翻译后修饰,已有广泛研究报道。但很少关注于磷酸化和SUMO化之间的相互作用,以及它们对蛋白质的共同修饰。本文综述了蛋白质磷酸化和SUMO化之间的相互作用,以及共同修饰对细胞生理和肿瘤的影响。     

O-GlcNAc修饰蛋白质的生理功能和研究方法

氧连N-乙酰葡糖胺（O-GlcNAc）修饰是与磷酸化相类似的蛋白质翻译后修饰方式,它主要发生在细胞核和细胞质中的蛋白质上．与细胞信号通路密切相关,成为近年来的研究热点。该文主要从O-GlcNAc修饰蛋白质的生理功能和研究方法两方面介绍该领域近年来的研究成果。