蛋白质组学在去泛素化酶研究中的应用

泛素-蛋白酶体系统是细胞内蛋白质特异性降解的主要途径,参与并调控细胞周期、免疫应答、信号传递和DNA修复等真核生物体内几乎所有的生命活动。去泛素酶的存在使泛素化修饰成为可逆过程,保证了泛素系统及其相关生理过程的动态平衡,其表达紊乱也是诱发多种疾病的主要原因。对去泛素化酶进行系统、全面的研究是理解其作用机制并将其作为治疗药物靶点的前提。蛋白质组学技术的快速发展为系统深入研究去泛素化酶提供了条件,特别是在去泛素化酶的相互作用网络和底物特异性研究等方面发挥了独特的作用。因此,文中结合课题组研究工作,对去泛素化酶的分类及功能进行介绍并总结了蛋白质组学在去泛素化酶研究中的应用进展。     

泛素、泛素链和蛋白质泛素化研究进展

蛋白质泛素化是以泛素单体和泛素链作为信号分子,共价修饰细胞内其他蛋白质的一种翻译后修饰形式。不同蛋白质底物、同一底物的不同氨基酸修饰位点以及同一位点上泛素链连接方式的不同均可导致细胞效应的差异。蛋白质泛素化在真核细胞内广泛存在,除了介导蛋白质的26S蛋白酶体降解途径之外,还广泛参与了基因转录、蛋白质翻译、信号传导、细胞周期控制以及生长发育等几乎所有的生命活动过程。泛素链的形成及其修饰过程的任何失调均可导致生物体内环境的紊乱,从而产生严重的疾病。文中结合实验室研究,综述了泛素的发现历史、基因特点、晶体结构,特别是泛素链的组装过程、结构、功能以及与人类相关疾病关系的新进展,可为这些疾病的治疗靶点和药物靶标的研究提供思路。     

p62蛋白的分子功能及其在疾病中的研究进展

螯合体1(SQSTM1/p62)是一种选择性自噬接头蛋白,在清除待降解蛋白、维持细胞内蛋白质稳态中发挥重要的调控作用。p62蛋白具有多个功能结构域,介导与多种蛋白质发生相互作用进而精确调节特定的信号通路,从而将p62蛋白与氧化防御系统、炎症反应和营养感知等重要生命过程联系起来。研究表明p62的突变或者表达异常与多种疾病的发生发展过程密切相关,包括神经退行性疾病、肿瘤、感染性疾病、遗传性疾病以及慢性疾病等。本文综述了p62蛋白的结构特征、分子功能,并系统介绍其在蛋白质稳态和信号通路调控中的多种功能,总结了p62在疾病发生发展中的复杂性与多面性,以期为p62蛋白的功能与相关疾病研究提供参考。     

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。     

K27泛素化修饰研究进展

泛素化修饰作为最普遍存在的翻译后修饰形式之一,介导了生物体内蛋白质稳态调控等功能。泛素分子的7个赖氨酸和N端甲硫氨酸可以继续被泛素分子修饰,进而形成8种类型的泛素链。其中,K48和K63泛素链由于丰度高且功能研究相对清楚被称为经典泛素链,而其他6种泛素链被称为非经典泛素链。在非经典泛素链中,K27泛素链是在泛素分子的Lys27 (K27)位点上继续发生泛素化形成的,具有紧密的空间结构。近些年,K27泛素链在固有免疫、蛋白稳态和DNA损伤修复等方面的功能逐渐被报道,但K27泛素链的合成、修剪过程及其下游招募特定蛋白质的分子调控机制还所知甚少。文中结合实验室研究,综述了K27泛素链结构特征、结合方式和生物学功能,为未来K27泛素链结构和生物学功能的深入研究提供参考。     

K6非典型泛素化修饰研究进展

泛素化是一种存在于真核生物内的蛋白质翻译后修饰,介导了蛋白质的特异性降解与信号转导,参与了诸多生命过程的调控进而影响着机体方方面面的功能。泛素化网络的紊乱和失衡是导致人类严重疾病的重要原因。泛素分子可以形成8种不同拓扑结构的同质泛素链,其丰度和功能差别巨大。目前,丰度较高的K48及K63经典泛素链的修饰底物较多、功能研究相对充分,而其他非典型泛素链的含量低、研究相对较少,但是诸多证据表明非典型泛素链在细胞内发挥着重要的调节功能。K6泛素链是一种重要的非典型泛素链,与K48链相似,具有紧密的空间结构。目前研究发现K6泛素链在DNA损伤修复、线粒体质量控制等过程中发挥重要调节功能,在肿瘤发生、发展以及帕金森疾病的致病过程中有着重要的作用。目前,由于缺乏特异性的K6泛素链抗体和有效的富集手段,导致K6泛素链修饰的底物、调控机制研究相对较少,诸多调控过程和功能有待进一步深入研究。本文系统综述了K6非典型泛素链的结构特征、调控机制以及相关的生物学功能与疾病,为K6泛素链的功能研究提供参考。     

中国蛋白质组学研究进展——以人类肝脏蛋白质组计划和蛋白质组学技术发展为主题

蛋白质组学是对细胞或生物体全部蛋白质的系统鉴定、定量并阐释其生物学功能的学科.自21世纪初期开始,随着高精度、高灵敏度和快速扫描质谱仪的出现和快速发展以及微量蛋白质组样品高效分离技术的进步,蛋白质组学获得了快速发展,并在生理过程与病理机制研究等几乎所有生命科学研究领域得到了广泛的应用.过去10年,中国蛋白质组学研究在政府的支持和广大蛋白质组学研究人员的努力下呈现出腾飞式的发展态势.本文综述了人类肝脏蛋白质组计划和2010~2013年中国蛋白质组学技术的发展.     

定量蛋白质组学揭示酵母去泛素化酶Ubp14生物学功能

泛素化是一种动态可逆的蛋白质翻译后修饰,泛素分子在泛素激活酶、泛素结合酶和泛素连接酶的级联酶促反应催化下共价连接到底物蛋白上。去泛素化酶将泛素分子从底物上移除,动态可逆地调控泛素化修饰,在成熟泛素的生成、泛素链的移除与修剪、游离泛素链的回收等过程中发挥着关键的调控作用。本文的研究对象是酵母中泛素特异性蛋白酶（ubiquitin specific protease,USP）家族成员Ubp14,负责回收细胞内游离的泛素链。本研究定量比较了酵母细胞中Ubp14缺失对全蛋白质组的影响,进而找出其潜在的调控通路和分子功能。首先,通过同源重组技术构建了ubp14Δ菌株,发现其生长速度低于野生型酵母。利用稳定同位素氨基酸代谢标记技术结合深度覆盖的蛋白质组学分析技术,系统比较了ubp14Δ菌株相对于野生型菌株的差异蛋白,共计鉴定3 685个蛋白,通过统计学分析筛选得到109个差异蛋白。基因本体论分析发现,Ubp14缺失引起的差异蛋白主要参与了包括氨基酸代谢、氧化还原和热应激等生物学过程。本研究为深入探究去泛素化酶Ubp14的生物学功能,进而深刻理解游离泛素的稳态平衡与生物学过程调控提供了高可信的蛋白质组学数据信息。     

泛素化修饰组学技术及其在疾病研究中的应用

泛素化修饰作为真核细胞内主要的蛋白质翻译后修饰之一，通过泛素-蛋白酶体系统(UPS)介导了细胞内的蛋白质特异性降解，同时广泛参与并调控细胞内基因转录、信号传导、DNA损伤与修复、细胞周期调控、应激反应甚至个体的免疫应答等几乎所有的生命活动过程。泛素-蛋白酶体系统的精确调控构成了稳定而复杂的泛素化信号网络，而其失调通常会造成癌症、神经退行性疾病、代谢性疾病等多种疾病的发生发展。近年来，基于质谱(MS)的蛋白质组学逐渐成熟，并极大促进了泛素化修饰研究的深度与广度。依托于泛素化蛋白质/肽段富集技术的发展以及高通量、高覆盖度和高灵敏度的质谱检测技术平台，蛋白质泛素化修饰组学也得以快速发展，并逐渐应用于人类生理、病理状态的泛素化蛋白质组研究和疾病发生发展的机制探索。本文主要综述了泛素化修饰组学研究中的泛素化蛋白质/肽段富集方法、质谱鉴定技术、定量标记技术和数据处理方法，同时对泛素化修饰组学技术在疾病研究中的应用也进行了系统分析，理清了当前存在的问题与挑战，为泛素化修饰蛋白质的发现与鉴定提供参考，为相关疾病治疗靶点的筛选和药物研发提供思路。