植物泛素/26S蛋白酶体途径的研究进展

泛素/26S蛋白酶体途径（ubiquitin/26S proteasome pathway,UPP）是目前已知最有效的、最具特异性的蛋白质降解途径。该途径介导了真核生物80%-85%的蛋白质降解,参与了细胞多项生命活动过程,对于维持细胞正常生理功能具有重要意义。研究结果表明,植物生长发育的诸多方面以及干旱胁迫响应等过程都受到该途径的调控。概述了泛素/26S蛋白酶体途径及其在植物生长发育过程中的作用,并着重阐述了由泛素-蛋白连接酶E3介导的植物干旱胁迫响应及其作用机制的研究进展。     

泛素化在植物抗病中的作用

泛素化作为植物体内一种广泛存在的调控细胞反应的机制,参与调控植物抗病反应。本文综述了泛素化系统在植物抗病反应中的功能及作用机制,重点介绍了CRLs型E3泛素连接酶和RING/U-box型E3泛素连接酶如何参与调控植物抗病信号途径,以及病原物通过效应蛋白和毒性因子调控植物抗病性的分子机理,为阐明植物抗病机理和植物病害防治方法提供参考。     

泛素化修饰调控脱落酸介导的信号途径

泛素化修饰是一种重要的蛋白质翻译后修饰,通过调节蛋白的活性和稳定性等影响其功能的发挥,在真核生物的生命过程中具有非常重要的作用。泛素化修饰通过精细地调控植物激素脱落酸(abscisic acid, ABA)的合成和信号转导过程的关键因子,影响植物对ABA的响应,参与植物生长发育过程及对干旱、盐和冷胁迫等不良环境的应答。本文概述了植物中泛素化修饰的相关组分(包括泛素连接酶E3、泛素结合酶E2、26S蛋白酶体)和内膜运输相关蛋白,以及这些蛋白调控ABA合成和信号转导过程的最新研究进展,提出该研究领域需要解决的新问题,以期为相关领域的科研人员进一步了解翻译后修饰如何调控激素信号的转导途径提供参考。     

泛素连接酶E3

蛋白质的泛素化修饰具有高度的特异性,它参与调节细胞内许多的生理活动。蛋白质的泛素化修饰涉及一系列的酶参与反应,包括泛素激活酶E1、结合酶E2以及连接酶E3。而其中泛素连接酶E3对靶蛋白的特异性识别起关键作用。泛素连接酶E3主要由HECT结构域家族、RING结构域家族和U-box结构域家族组成。现对泛素连接酶E3的分类、结构及其对靶蛋白的识别机制等进行综述。     

植物E3泛素连接酶的分类与功能

蛋白质泛素化作为一种重要的翻译后修饰,通过介导特定蛋白质的降解,广泛地参与到植物生长发育、胁迫响应、信号转导等一系列生命活动过程中,在植物的生命周期中具有重要意义。E3泛素连接酶能够特异性地识别靶蛋白,在泛素化途径中起决定性作用。因此,研究植物E3泛素连接酶的功能及其作用机理具有重要的意义。该文介绍了目前E3泛素连接酶分类与功能方面的研究进展,为深入探讨E3泛素连接酶在植物生命活动过程中的调控机制提供借鉴。     

牵牛胁迫应答基因PnLOG2的克隆及功能验证

RING型E3泛素连接酶在植物应答非生物胁迫过程中发挥着重要功能。该研究从圆叶牵牛中克隆出RING型E3泛素连接酶基因PnLOG2,该基因序列号为XM_019321049.1。利用ORF Finder预测PnLOG2基因编码开放阅读框长度为912 bp (51~992 bp),编码313个氨基酸,蛋白分子质量34.38 kD,理论等电点为5.14。系统发育分析表明,PnLOG2基因与番茄亲缘关系最近。组织特异性分析表明,PnLOG2基因在牵牛不同组织均有表达,在老茎和新叶中表达量较高。qRT PCR分析结果表明,PnLOG2基因在圆叶牵牛根和叶中受干旱、盐碱胁迫诱导显著上调表达。通过异源表达PnLOG2基因于酵母细胞中,发现干旱、盐碱胁迫下PnLOG2基因提高了重组酵母的耐盐和耐旱能力,但降低了对碱的耐受性。该研究初步阐明了PnLOG2基因在干旱、盐碱胁迫下的功能,为进一步研究RING型E3泛素连接酶在非生物胁迫中的机理提供了理论依据。     

植物泛素结合酶E2功能研究进展

泛素-26S蛋白酶体途径是细胞内蛋白质选择性降解的重要途径,广泛参与植物生长发育相关过程。该途径中关键酶主要包括泛素活化酶(E1)、泛素结合酶(E2)和泛素连接酶(E3),对靶蛋白泛素化起重要作用。在简单概述泛素化过程的基础上,主要对近年来植物E2蛋白在DNA修复、光周期和维管分化调控,缺素及抗逆胁迫响应中的功能进行综述,为今后该蛋白功能的深入研究及木本植物中该功能基因的发掘奠定基础。     

泛素/26S蛋白酶体途径及其在植物生长发育中的功能

泛素/26S蛋白酶体途径是一种蛋白高效降解途径,主要负责真核细胞内蛋白的选择性降解.泛素分子主要通过泛素活化酶E1、泛素结合酶E2和泛素-蛋白连接酶E3将靶蛋白泛素化,泛素化的蛋白最后被26S蛋白酶体识别和降解.本文介绍了泛素/26S蛋白体介导的特异性蛋白质降解途经,并对其在植物激素信号、光形态建成、植物衰老、自交不亲和反应、细胞周期调控、花的发育、生物钟节律和非生物胁迫响应中的功能最新研究进展进行了综述.     

快速高效检测植物体内蛋白泛素化修饰研究方法

UPS参与植物中绝大多数的信号转导通路。其中, 一些激素的受体本身就是E3泛素连接酶, 如茉莉酸(JA)受体COI1和生长素(auxin)受体TIR1都是F-box蛋白, 它们通过特异性介导相应转录抑制子的泛素化降解来传递激素信号, 但对于整个UPS体系而言, 由于技术的限制, 迄今为止仅见少量泛素连接酶与特异性底物间生化机制的报道。用大肠杆菌(Escherichia coli)表达蛋白实施泛素连接酶泛素化修饰底物的体外实验是验证泛素连接酶/底物对的常用方法, 但由于体外实验缺乏某些蛋白必需的转录后修饰, 导致实验结果有时存在假阴性。利用农杆菌注射烟草(Nicotiana benthamiana)瞬时表达蛋白的方法, 建立高效的植物体内检测蛋白泛素化系统, 可以快速检测蛋白泛素化, 包括检测泛素连接酶和底物的特异性相互作用、底物蛋白的自身泛素化、泛素连接酶对底物降解的促进作用、26S蛋白酶体抑制剂MG132对底物降解的抑制作用以及用植物内源表达蛋白进行体外泛素化反应。     

快速高效检测植物体内蛋白泛素化修饰研究方法

UPS参与植物中绝大多数的信号转导通路。其中, 一些激素的受体本身就是E3泛素连接酶, 如茉莉酸(JA)受体COI1和生长素(auxin)受体TIR1都是F-box蛋白, 它们通过特异性介导相应转录抑制子的泛素化降解来传递激素信号, 但对于整个UPS体系而言, 由于技术的限制, 迄今为止仅见少量泛素连接酶与特异性底物间生化机制的报道。用大肠杆菌(Escherichia coli)表达蛋白实施泛素连接酶泛素化修饰底物的体外实验是验证泛素连接酶/底物对的常用方法, 但由于体外实验缺乏某些蛋白必需的转录后修饰, 导致实验结果有时存在假阴性。利用农杆菌注射烟草(Nicotiana benthamiana)瞬时表达蛋白的方法, 建立高效的植物体内检测蛋白泛素化系统, 可以快速检测蛋白泛素化, 包括检测泛素连接酶和底物的特异性相互作用、底物蛋白的自身泛素化、泛素连接酶对底物降解的促进作用、26S蛋白酶体抑制剂MG132对底物降解的抑制作用以及用植物内源表达蛋白进行体外泛素化反应。     

U-box泛素连接酶调控植物抗逆和生长发育

泛素化是真核生物蛋白质转录后修饰的重要方式之一。泛素连接酶决定了泛素化过程底物的特异性, 在植物抗病、抗旱、耐盐、抗寒和生长发育各个阶段都发挥重要作用。泛素连接酶包括RING、U-box、HECT和F-box四大类。该文对U-box泛素连接酶在植物抗逆和生长发育过程中的作用进行了总结, 并对今后的研究提出了建议, 以期为进一步了解植物泛素化调控通路提供依据。     

Arabidopsis U‐box E3 ubiquitin ligase PUB11 negatively regulates drought tolerance by degrading the receptor‐like protein kinases LRR1 and KIN7

Both plant receptor‐like protein kinases (RLKs) and ubiquitin‐mediated proteolysis play crucial roles in plant responses to drought stress. However, the mechanism by which E3 ubiquitin ligases modulate RLKs is poorly understood. In this study, we showed that Arabidopsis PLANT U‐BOX PROTEIN 11 (PUB11), an E3 ubiquitin ligase, negatively regulates abscisic acid (ABA)‐mediated drought responses. PUB11 interacts with and ubiquitinates two receptor‐like protein kinases, LEUCINE RICH REPEAT PROTEIN 1 (LRR1) and KINASE 7 (KIN7), and mediates their degradation during plant responses to drought stress in vitro and in vivo. pub11 mutants were more tolerant, whereas lrr1 and kin7 mutants were more sensitive, to drought stress than the wild type. Genetic analyses show that the pub11 lrr1 kin7 triple mutant exhibited similar drought sensitivity as the lrr1 kin7 double mutant, placing PUB11 upstream of the two RLKs. Abscisic acid and drought treatment promoted the accumulation of PUB11, which likely accelerates LRR1 and KIN7 degradation. Together, our results reveal that PUB11 negatively regulates plant responses to drought stress by destabilizing the LRR1 and KIN7 RLKs.     

植物蛋白的体外泛素化检测方法

泛素激活酶(E1)、泛素耦联酶(E2)和泛素连接酶(E3)是蛋白质泛素化修饰的关键酶。在真核基因组上有大量基因编码这些泛素化相关的酶类或蛋白。检测这些泛素化修饰酶及其底物蛋白的生化特性和特异性是分析其生物学功能的重要内容。该文提供了一种简便快速检测体外泛素化反应的方法, 不仅可通过检测对DTT敏感的硫酯键的形成来判断E2的活性、检测E3的体外泛素化活性, 而且可以检测E2-E3和E3-底物的特异性。所用蛋白主要来源于拟南芥(Arabidopsis thaliana), 包括分属于绝大多数E2亚家族的成员, 可用于不同RING类型E3的活性检测。该方法不仅可以采用多种E2进行E3活性分析, 而且可以分析不同组合的E2-RING E3、RING E3-底物的泛素化活性等, 亦可应用于真核生物蛋白质尤其是植物蛋白的体外泛素化活性分析。     

Redefining the catalytic HECT domain boundaries for the HECT E3 ubiquitin ligase family

There are 28 unique human members of the homologous to E6AP C-terminus (HECT) E3 ubiquitin ligase family. Each member of the HECT E3 ubiquitin ligases contains a conserved bilobal HECT domain of approximately 350 residues found near their C-termini that is responsible for their respective ubiquitylation activities. Recent studies have begun to elucidate specific roles that each HECT E3 ubiquitin ligase has in various cancers, age-induced neurodegeneration, and neurological disorders. New structural models have been recently released for some of the HECT E3 ubiquitin ligases, but many HECT domain structures have yet to be examined due to chronic insolubility and/or protein folding issues. Building on these recently published structural studies coupled with our in-house experiments discussed in the present study, we suggest that the addition of ∼50 conserved residues preceding the N-terminal to the current UniProt defined boundaries of the HECT domain are required for isolating soluble, stable, and active HECT domains. We show using in silico bioinformatic analyses coupled with secondary structural prediction software that this predicted N-terminal α-helix found in all 28 human HECT E3 ubiquitin ligases forms an obligate amphipathic α-helix that binds to a hydrophobic pocket found within the HECT N-terminal lobe. The present study brings forth the proposal to redefine the residue boundaries of the HECT domain to include this N-terminal extension that will likely be critical for future biochemical, structural, and therapeutic studies on the HECT E3 ubiquitin ligase family.     

A plant‐specific in vitro ubiquitination analysis system

Protein ubiquitination requires the concerted action of three enzymes: ubiquitin‐activating enzyme (E1), ubiquitin‐conjugating enzyme (E2) and ubiquitin ligase (E3). These ubiquitination enzymes belong to an abundant protein family that is encoded in all eukaryotic genomes. Describing their biochemical characteristics is an important part of their functional analysis. It has been recognized that various E2/E3 specificities exist, and that detection of E3 ubiquitination activity in vitro may depend on the recruitment of E2s. Here, we describe the development of an in vitro ubiquitination system based on proteins encoded by genes from Arabidopsis. It includes most varieties of Arabidopsis E2 proteins, which are tested with several RING‐finger type E3 ligases. This system permits determination of E3 activity in combination with most of the E2 sub‐groups that have been identified in the Arabidopsis genome. At the same time, E2/E3 specificities have also been explored. The components used in this system are all from plants, particularly Arabidopsis, making it very suitable for ubiquitination assays of plant proteins. Some E2 proteins that are not easily expressed in Escherichia coli were transiently expressed and purified from plants before use in ubiquitination assays. This system is also adaptable to proteins of species other than plants. In this system, we also analyzed two mutated forms of ubiquitin, K48R and K63R, to detect various types of ubiquitin conjugation.     

泛素蛋白酶体途径及其对植物生长发育的调控

泛素蛋白酶体途径主要由泛素活化酶、泛素结合酶、泛素蛋白连接酶和26S蛋白酶体组成。泛素活化酶首先激活泛素分子,然后把泛素转移到泛素结合酶上。泛素结合酶结合泛素蛋白连接酶并把泛素转移到底物蛋白上使底物泛素化,或把泛素转移到泛素蛋白连接酶再使底物泛素化。泛素化的蛋白通常通过26S蛋白酶体进行降解。初步的研究结果表明,植物生长发育的很多方面受泛素蛋白酶体介导的蛋白降解途径的调控。     

植物蛋白的体外泛素化检测方法

泛素激活酶(E1)、泛素耦联酶(E2)和泛素连接酶(E3)是蛋白质泛素化修饰的关键酶。在真核基因组上有大量基因编码这些泛素化相关的酶类或蛋白。检测这些泛素化修饰酶及其底物蛋白的生化特性和特异性是分析其生物学功能的重要内容。该文提供了一种简便快速检测体外泛素化反应的方法, 不仅可通过检测对DTT敏感的硫酯键的形成来判断E2的活性、检测E3的体外泛素化活性, 而且可以检测E2-E3和E3-底物的特异性。所用蛋白主要来源于拟南芥(Arabidopsis thaliana), 包括分属于绝大多数E2亚家族的成员, 可用于不同RING类型E3的活性检测。该方法不仅可以采用多种E2进行E3活性分析, 而且可以分析不同组合的E2-RING E3、RING E3-底物的泛素化活性等, 亦可应用于真核生物蛋白质尤其是植物蛋白的体外泛素化活性分析。