植物蛋白质SUMO化修饰体外高效检测系统

蛋白质SUMO化修饰是一种调控蛋白命运的关键修饰方式, 广泛参与植物生长发育及逆境胁迫响应。SUMO化修饰过程主要由激活酶(E1)-结合酶(E2)-连接酶(E3)组成的级联酶促反应催化, 其关键酶组分将SUMO分子缀合至底物蛋白的赖氨酸残基, 形成共价异肽键以完成SUMO化修饰过程。该文报道了1种植物蛋白质SUMO化修饰体外高效检测系统, 通过在大肠杆菌(Escherichia coli)中构建拟南芥(Arabidopsis thaliana) SUMO化修饰的关键通路实现对底物蛋白的SUMO化修饰, 结果可通过免疫印迹进行检测。该系统可以简化植物蛋白质SUMO化修饰的检测流程, 为植物细胞SUMO化修饰的功能研究提供了有力工具。     

Fic蛋白家族的研究进展

过去的研究发现了一个具有相同保守结构域的Fic(filamentation induced by cAMP)蛋白家族。虽然在原核生物中发现超过3 000种以上含有Fic结构域的不同蛋白质,但到目前为止,在包括人在内的真核生物中仅发现一种Fic蛋白。Fic结构域主要通过含有磷酸基团的化合物在转录中起作用,目前被人类关注的功能是单酰磷酸化(AMPylation, AMP化),一种类似磷酸化的蛋白质调控机制,是以ATP为底物将一磷酸腺苷(AMP)特异地转移至靶标氨基酸残基。该机制主要在细菌侵袭宿主、侵袭后增殖、致病的过程中发挥作用。真核细胞中的单磷酸腺苷化可以调控内质网的稳定性。本文主要对Fic蛋白的特征性结构和作用以及几种主要的Fic蛋白的结构、作用和研究方法进行综述。     

编者按 解析泛素化修饰调控的“密码”

<正>泛素(ubiquitin)是真核生物中高度保守的一种由76个氨基酸组成的蛋白质,其与底物蛋白的赖氨酸残基共价结合的过程称作泛素化。泛素化作为一种功能多样的翻译后修饰,几乎参与所有细胞生命活动,其调控异常与肿瘤等重大疾病密切相关^[1-3]。泛素化主要由泛素活化酶(E1)、泛素结合酶(E2)、泛素连接酶(E3)和去泛素化酶(DUB)介导的多酶级联反应实现,     

病原菌效应蛋白翻译后修饰宿主免疫防御通路

病原菌效应蛋白破坏宿主细胞的正常信号转导是病原菌和宿主相互作用的重要体现.效应蛋白往往具有独特的生化活性,针对宿主细胞内与抗细菌感染相关的重要通路进行阻断.近年来,在病原菌效应蛋白作用机制的研究中,人们发现了几种由效应蛋白介导的全新的蛋白质翻译后修饰.OspF(outer Shigella protein F)效应蛋白家族具有磷酸化苏氨酸裂合酶活性,通过"消去"修饰和失活宿主MAPK激酶.NleE(non-LEE encoded effector E)效应蛋白则通过半胱氨酸甲基化修饰来抑制感染诱导NF-κB炎症通路的激活.NleB(non-LEEencoded effectorB)蛋白抑制宿主的死亡信号通路,则依赖于其N-乙酰葡萄糖胺转移酶活性介导的对死亡结构域蛋白的精氨酸糖基化修饰.而VopS(Vibrio outer protein S)和IbpA(Immunoglobulin-binding protein A)等含有Fic结构域的蛋白,则可以将AMP基团转移到Rho家族小G蛋白的保守苏氨酸或酪氨酸上,导致小G蛋白的失活和肌动蛋白细胞骨架的紊乱,从而引起细胞毒性.以上效应蛋白作用机制及生化活性的阐明,有助于全方位了解病原菌的致病毒力机制,也开辟了蛋白质翻译后修饰介导病原-宿主相互作用研究的新方向,同时对真核生物的信号转导研究也具有重要指导意义.     

乙酰化修饰在嗜肺军团菌致病过程中的作用

乙酰化修饰是由乙酰基转移酶、去乙酰化酶介导的可逆的蛋白质翻译后修饰。其中,乙酰基转移酶将乙酰辅酶A的乙酰基团转移至底物蛋白的氨基酸残基,而乙酰基团的去除由去乙酰化酶完成。乙酰化修饰参与许多基本生物学过程的调节作用,越来越多的研究表明,蛋白质乙酰化修饰在病原菌的致病过程中具有重要作用。病原菌,如引起非典型性肺炎的嗜肺军团菌,可以通过分泌具有乙酰基转移酶活性的效应蛋白靶向宿主细胞信号通路的关键蛋白质因子,干扰宿主细胞信号通路及免疫反应。本文主要从嗜肺军团菌的致病机制、乙酰化修饰及乙酰化修饰在病原体致病过程中的调控作用进行综述,突出已知的乙酰化毒力蛋白的例子,并讨论它们如何影响与宿主的相互作用,为理解乙酰化修饰在嗜肺军团菌致病过程中的作用机制提供参考。     

蛋白质UFM化修饰

泛素折叠修饰因子1(ubiquitin-fold modifier 1,UFM1)是类泛素蛋白(ubiquitin-like modifier,UBL)家族的一员,存在于几乎所有的真核细胞中。UFM1对底物的修饰过程与泛素相似,即依次通过UBA5、UFC1和UFL1催化,共价接合在底物的赖氨酸残基上。而UFSP则负责切割UFM1的C端使之成熟,以及去除底物的UFM1修饰。UFM化修饰参与了内质网应激介导的细胞凋亡过程,对其具体作用机制的阐明需要鉴定到UFM1的修饰底物,但目前已经鉴定到UFM1的底物很少。大量研究尚聚焦于UFM修饰酶上。通过对UFM修饰酶和少量修饰底物的研究发现,UFM化修饰参与非酒精性肝病、细胞生成障碍性贫血、髋关节发育不良和神经系统疾病等的发生,以及乳腺癌细胞的增殖与转移和寄生虫的生长发育。本文将对UFM化修饰相关酶和修饰底物进行综述,总结UFM化修饰的生物学功能和在疾病发生发展中的作用。     

ISG15类泛素化修饰:宿主细胞固有的抗病毒的新机制

干扰素刺激基因15(The interferon-stimulatedgene 15,ISG15)是最早被发现的类泛素蛋白。它能够通过与泛素类似的方式对底物蛋白进行翻译后修饰。对于ISG15共价修饰的生物学功能目前还知之甚少。干扰素(interferon,IFN)刺激和病毒感染均可以强烈诱导ISG15及其修饰系统的表达,暗示ISG15共价修饰在机体抗病毒固有免疫反应中发挥重要作用。本文综合近年来的研究成果,总结ISG15共价修饰对底物蛋白功能的影响,并重点讨论ISG15及其修饰在抗病毒固有免疫相关过程中的作用。     

病原菌调节宿主细胞泛素化途径的研究进展

泛素化是真核生物特有的蛋白质翻译后修饰,广泛地参与宿主细胞各种信号通路和生理过程.病原菌常通过分泌毒性效应蛋白,对泛素和泛素结合酶进行独特的共价修饰,或者利用泛素连接酶和去泛素化酶的酶学活性,调节宿主泛素化过程,从而干扰宿主细胞的信号转导,促进细菌的感染和生存.本文概述了病原菌效应蛋白调节宿主泛素化途径的主要研究进展和最新发现.     

酪氨酰蛋白磺基转移酶与植物蛋白质硫酸化修饰

蛋白质硫酸化是一种翻译后修饰,该修饰使分泌蛋白或膜蛋白具有成熟的生物学功能,在植物的生长发育中发挥重要的作用。催化这一修饰的酶是酪氨酰蛋白磺基转移酶（tyrosylprotein sulfotransferase, TPST）,它将底物3′-磷酸腺苷-5′磷酰硫酸（PAPS）的磺酸基团转移到蛋白质的酪氨酸残基上。近年来,随着植物中TPST的克隆,已有3个家族的植物多肽被发现存在硫酸化修饰。本文综述了植物TPST的生化特性与功能,介绍了植物TPST的3个底物多肽家族及其参与的分子信号途径。     

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。     

疾病及发育中多肽:N-乙酰氨基半乳糖转移酶ppGalNAc-T的重要性

蛋白质的O-GalNAc糖基化是生物体内广泛存在的一种重要的蛋白质翻译后修饰,参与了众多生命活动过程。多肽:N-乙酰氨基半乳糖转移酶(ppGalNAc-T酶)是调控蛋白质O-GalNAc糖基化修饰的起始糖基转移酶,它催化N-乙酰氨基半乳糖(GalNAc)共价结合到蛋白质丝氨酸或苏氨酸的侧链羟基上,形成Tn糖链抗原结构。人体内ppGalNAc-T酶家族共有20个成员,各成员在不同的组织和细胞中的表达具有时空特异性,同时对其修饰的底物蛋白存在选择性。ppGalNAc-T酶的异常表达与组织器官发育,以及肿瘤、家族性钙质沉积、冠心病、阿尔兹海默症、先天性心脏病等复杂性疾病的发生发展密切相关。该文总结了近年来关于ppGalNAc-T酶在组织器官发育过程以及复杂性疾病发生发展中的研究概况,为深入理解ppGalNAc-T酶及O-糖基化的功能及其生物学意义提供参考。     

疾病及发育中多肽:N-乙酰氨基半乳糖转移酶ppGalNAc-T的重要性

蛋白质的O-GalNAc糖基化是生物体内广泛存在的一种重要的蛋白质翻译后修饰,参与了众多生命活动过程。多肽:N-乙酰氨基半乳糖转移酶(ppGalNAc-T酶)是调控蛋白质O-GalNAc糖基化修饰的起始糖基转移酶,它催化N-乙酰氨基半乳糖(GalNAc)共价结合到蛋白质丝氨酸或苏氨酸的侧链羟基上,形成Tn糖链抗原结构。人体内ppGalNAc-T酶家族共有20个成员,各成员在不同的组织和细胞中的表达具有时空特异性,同时对其修饰的底物蛋白存在选择性。ppGalNAc-T酶的异常表达与组织器官发育,以及肿瘤、家族性钙质沉积、冠心病、阿尔兹海默症、先天性心脏病等复杂性疾病的发生发展密切相关。该文总结了近年来关于ppGalNAc-T酶在组织器官发育过程以及复杂性疾病发生发展中的研究概况,为深入理解ppGalNAc-T酶和O-糖基化的功能及其生物学意义提供参考。     

蛋白质翻译后修饰研究进展

蛋白质是执行细胞功能的基本功能单元,其表达受基因组和表观遗传学的调控。通常,蛋白质在表达以后还需要经过不同程度的修饰才能发挥所需要的功能。这种翻译后修饰过程受到一系列修饰酶和去修饰酶的严格调控,使得在某一瞬间细胞中蛋白质表现出某种稳定或动态的特定功能。最新的研究表明,真核细胞中存在着各种各样的蛋白质修饰过程,其中大约70%目前还无法解释。有理由认为,这种经过了特定修饰的蛋白质,更客观地反映了细胞的各种生理以及病理过程。因此,除了基因组所编码的＂裸＂蛋白质组的表达以外,更需要对经过翻译后修饰的蛋白质及蛋白质组的调控过程进行深入的研究。该文对常见翻译后修饰以及研究方法进行了综述。     

蛋白质棕榈酰化修饰及其研究方法

蛋白质棕榈酰化是蛋白质翻译后脂质共价修饰的一种重要形式,对象主要是胞质蛋白质,对蛋白质功能产生多重影响。近年来由于相关新技术引入,对蛋白质棕榈酰化主要修饰酶及其对靶蛋白功能调节方面的研究已渐成为新热点。本文主要对近几年来蛋白质棕榈酰化修饰及其研究方法作了综述。     

小泛素相关修饰物SUMO研究进展

蛋白质翻译后修饰对改变蛋白功能、活性或定位都起着非常重要的作用,泛素及其相似蛋白的修饰是其中一种重要形式。与其他诸如磷酸化、乙酰化、糖基化等不同的是,泛素及其相似蛋白的修饰基团本身即是一个小的多肽,通过异肽键与靶蛋白Lys侧链ε-NH2相连,其中小泛素相关修饰物(small ubiquitin—related modifier,SUMO)与蛋白的共价连接是一种新的广泛存在的翻译后修饰形式。SUMO是广泛存在于真核生物中高度保守的蛋白家族,在脊椎动物中有三个SUMO基因,称为SUMO-1,-2,-3,与泛素在二级结构上极其相似,且催化修饰过程的酶体系也具有很高的同源性。然而,与泛素化介导的蛋白酶降解途径不同,SUMO化修饰发挥着更为广泛的功能,如核质转运、细胞周期调控、信号转导、转录活性调控等。     

S-谷胱甘肽化修饰的研究进展

S-谷胱甘肽化(S-glutathionylation)是谷胱甘肽和靶蛋白半胱氨酸残基之间形成混合二硫化物的过程.由于其能调节靶蛋白功能,因此也属于蛋白质翻译后修饰.与其相对应,蛋白质的去谷胱甘肽化可由谷氧还蛋白(Grx)催化.因此,S-谷胱甘肽化修饰也被认为是一种防止蛋白质半胱氨酸巯基发生不可逆修饰的保护机制.由于该修饰还会改变含有巯基的氧化还原敏感型蛋白的结构与功能,因此也属于蛋白质功能调节的重要方式.哺乳动物细胞中S-谷胱甘肽化水平的改变与许多病理机制有关,但S-谷胱甘肽化在植物中的研究还处于起步阶段.本文综述了蛋白质的S-谷胱甘肽化的反应机制、检测方法、生理作用的相关研究进展,最后还提出今后研究中要解决的重要问题.     

蛋白质SUMO化修饰及其调控

SUMO化修饰是一种由SUMO特异性的活化酶(E1)、结合酶(E2)和连接酶(E3)共同催化完成的类泛素化修饰。同时,它又是一个动态且可逆的过程,介导去SUMO化的则是SUMO特异性蛋白酶(SENP)家族。SUMO化修饰的靶蛋白存在于细胞的各个部位,通过loss of function和gain of function机制,SUMO化修饰可调控蛋白质的活性与功能。SENPs介导的去SUMO化是决定靶蛋白SUMO化修饰水平的主要因素之一,同时SENPs也是调节蛋白SUMO化修饰的一个主要环节,因此SENPs在调控靶蛋白所参与的信号通路中发挥着重要作用。     

细菌效应蛋白对宿主细胞Rho小G蛋白信号通路的调节作用

病原体细菌通过自身分泌系统分泌效应蛋白并注入宿主体内,修饰宿主的信号转导系统,破坏宿主细胞中天然免疫有关信号通路,发挥毒性作用使宿主产生疾病。吞噬作用在天然免疫系统中发挥重要作用,这个过程涉及肌动蛋白细胞骨架的重排。Rho(Ras homolog family)小G蛋白家族成员作为细胞骨架结构的重要调控蛋白可调节这一过程,其相关信号通路成为细菌效应蛋白的作用靶点。细菌效应蛋白可以模仿Rho的调节因子破坏信号通路,可以通过剪切Rho C-端的尾部结构使其从细胞膜解离并失去活性,可以直接模仿Rho发挥调控功能,可以影响Rho上游的调控事件影响其活性,也可通过对Rho进行直接的翻译后修饰使其失活,形成有利于细菌生存、繁殖、毒力释放的环境。由此导致的Rho信号通路功能紊乱使宿主产生智力缺陷、免疫功能障碍、癌症等多种疾病。     

SUMO化和磷酸化的相互作用和共同修饰

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。     

蛋白质乙酰化修饰在细胞自噬中的作用进展

蛋白质翻译后修饰与细胞自噬的关系是近几年来的研究热点.自噬的发生需要多类蛋白质协同完成.在此过程中,蛋白质的乙酰化修饰对细胞自噬起着十分重要的调节作用.本文就近年来的研究从两个角度进行了总结:一方面总结了蛋白质乙酰化修饰与自噬关系的功能性研究,主要涉及组蛋白、转录因子以及与乙酰辅酶A代谢过程中相关酶的研究进展;另一方面概括了细胞自噬过程中蛋白质乙酰化修饰组学的研究进展.乙酰化酶/去乙酰化酶是蛋白质乙酰化修饰水平的主要调控者,阐明酶与底物的关系将是深入探讨乙酰化修饰与细胞自噬关系的关键所在.这些研究结果必将为揭开细胞自噬机制提供理论基础.