蛋白质的翻译后修饰与肿瘤代谢

蛋白质的翻译后修饰(post-translational modifications, PTMs)可改变蛋白质的稳定性、活性或细胞定位,是其功能调控的重要方式。常见的修饰类型包括赖氨酸残基上的乙酰化、泛素化、甲基化以及丝氨酸/苏氨酸残基上的磷酸化、糖基化修饰等。研究发现蛋白质的PTMs与肿瘤的代谢及生长密切相关,而靶向蛋白质PTMs与肿瘤代谢调控的治疗策略或将具有良好的临床应用前景。本文将对蛋白质的PTMs与肿瘤代谢及生长调控间相互作用的研究进展做一阐述。     

磷酸化蛋白质组学的新进展及其在肝脏生理和病理机制中的应用

蛋白质磷酸化是最常见的蛋白质翻译后修饰形式。由于蛋白质的磷酸化形式可以被磷酸酶和磷酸激酶进行可逆的调控,所以在众多的生命活动过程中蛋白质的磷酸化修饰起着重要的调控作用,因此对生物体内蛋白质磷酸化修饰的系统研究对于揭示生命科学的奥秘显得十分重要。近年来,随着质谱技术和生物信息学软件以及磷酸化肽段富集方法的发展,利用质谱对生物体内蛋白质磷酸化修饰研究的技术逐渐成熟。肝脏作为人体最重要的代谢和免疫器官,深入研究肝脏细胞内蛋白质磷酸化修饰形式对于理解其功能具有重要指导意义。目前,迅速发展的磷酸化蛋白质组学技术已经被广泛应用到肝脏功能的生物学研究中。这些研究加深了人们对肝脏的生理及病理状态的分子生物学机制的了解。本文综述了当前磷酸化蛋白质组学的研究进展和磷酸化蛋白质组学在肝脏中的研究。     

表观遗传和蛋白质翻译后修饰在细菌耐药中的作用

日益严重的细菌耐药性有可能使人类重回前抗生素时代。细菌的耐药机理多样,深入研究细菌的耐药性形成机理有助于开发控制耐药细菌感染的新措施。表观遗传和蛋白质翻译后修饰在细胞代谢、信号转导、蛋白质降解、调控DNA复制、应激反应等方面都具有重要作用。近年来研究表明表观遗传和蛋白质翻译后修饰在细菌耐药中也扮演着重要的角色。本文总结了DNA甲基化、调控型RNAs等表观遗传因素和磷酸化、琥珀酰基化等蛋白质翻译后修饰因素在细菌耐药性中的调控作用,以期为抗生素靶标选择和抗生素开发设计提供新思路。     

组蛋白磷酸化修饰与精子发生

组蛋白磷酸化是组蛋白氨基酸残基的磷酸化修饰,是一类重要的翻译后修饰,与有丝分裂和减数分裂的染色质压缩、染色质功能调节、转录的激活与抑制、DNA损伤修复以及物质代谢等多种机制相关。文章对国内外近10年多种代表性生物精子发生(孢子形成)的相关文献进行总结,论述了组蛋白磷酸化在精子发生中调控蛋白质作用因子的结合位点、调控减数分裂过程中的DNA复制与重组、保障正确的染色质重塑、对减数分裂后的成熟精子核的完全包装等重要功能。这些发现加深了人们对于组蛋白及其翻译后修饰在精子发生及分化中作用的理解。     

O-乙酰氨基葡萄糖(O-GlcNAc)修饰及其生物学功能研究进展

O-GlcNAc修饰系发生在蛋白质丝氨酸、苏氨酸羟基末端连接的乙酰氨基葡萄糖上的单糖基修饰。自1984年以来,针对O-GlcNAc糖基化修饰的研究日益升温。O-GlcNAc修饰是动态变化、可调控的,满足蛋白质翻译后修饰参与信号通路的必要条件。在多数情况下,O-GlcNAc修饰与磷酸化修饰发生在蛋白质的相同氨基酸残基上,故两种修饰之间常存在竞争性抑制,亦被称之为"阴阳"制衡。O-GlcNAc修饰参与细胞内多种信号通路的调控,调节着生长、增殖、激素响应等过程,在糖尿病、神经退行性疾病和肿瘤等代谢性疾病中扮演重要角色。探究O-GlcNAc修饰及其在生理、病理状态中的作用具有极为重要的意义。     

哺乳动物精子磷酸化蛋白质组学研究进展

蛋白质的表达、修饰及相互作用的研究已成为后基因组学时代蛋白质组学中的重要内容。蛋白质磷酸化和去磷酸化作为最普遍的翻译后修饰之一,是精子细胞信号转导和酶调控、表达的主要分子机制,亦是精子、卵细胞信号识别及完成受精作用的关键环节。对精子磷酸化蛋白功能的研究有助于深入理解精子的获能、超激活运动的维持、发生顶体反应及精卵结合等受精过程的分子调控机理。对哺乳动物精子磷酸化蛋白质组学的研究进展,包括动物精子磷酸化蛋白质组学研究的技术方法、磷酸化蛋白质种类的鉴定、定量及其功能分析进行了综述,为进一步发掘与受精相关的重要生物标志物,揭示精子发育、繁殖潜能变化及受精分子机理奠定基础。     

基于高覆盖(磷酸化)蛋白质组对人胚胎干细胞干性维持调控网络的解析

目的:对人胚胎干细胞H9的(磷酸化)蛋白质组进行鉴定和深入分析,探讨维持人胚胎干细胞干性的核心调控网络。方法:利用新近发表的TAFT磷酸化肽段富集策略和高精度质谱鉴定技术,采用无标定量方法对H9细胞(磷酸化)蛋白进行定量分析;结合MOTIFX、iGPS、IPA等多种生物信息学分析软件,分析H9细胞的磷酸化基序-激酶、转录因子-靶基因调控网络。结果:获得了目前高度覆盖的H9细胞(磷酸化)蛋白质组数据集,鉴定到8674种蛋白质,其中3898种能够发生磷酸化修饰,包括13 676条磷酸化肽段,高可信度(class 1)磷酸化位点有11 870种。与已有的H9细胞磷酸化蛋白质组数据相比,其中2247种磷酸化蛋白质和10 025种磷酸化位点是本研究新鉴定到的。基于基序和激酶预测分析,推导出与干性维持相关的已知转录调节因子的新的磷酸化修饰基序以及调控其发生磷酸化的激酶。结合多能性转录因子对靶基因的调控信息,构建了多能性调控分子磷酸化修饰及其转录调控的核心网络。此外,还对特定位点的磷酸化修饰水平及其对应蛋白的总体丰度水平进行了比较及功能分析。基于各自的百分位数,比较磷酸化修饰水平与其对应蛋白的总体丰度,发现具有高丰度但低磷酸化修饰水平的蛋白倾向于参与物质转换或物质运输等生物过程,而低丰度但高磷酸化水平的蛋白质倾向于参与信息转导或调控过程。结论:提供了人胚胎干细胞H9高覆盖的(磷酸化)蛋白质组数据,这些数据有助于深入了解蛋白质磷酸化修饰在胚胎干细胞干性维持中所发挥的重要作用,为胚胎干细胞基础和应用研究提供了宝贵的数据资源。     

蛋白质O-GlcNAc糖基化修饰对tau蛋白磷酸化修饰的影响

蛋白质的O位N-乙酰葡萄糖胺(O-GlcNAc)糖基化修饰是一种新近发现的广泛存在于细胞核蛋白与细胞浆蛋白的蛋白质翻译后修饰.其性质与经典的膜蛋白和分泌蛋白的糖基化修饰不同,而与蛋白质磷酸化修饰更相似.O-GlcNAc糖基化和磷酸化均修饰tau蛋白的丝氨酸和苏氨酸残基,通过改变O-GlcNAc糖基化供体底物浓度以及其关键酶活性等方法,改变分化后成神经细胞样的PC12细胞中的蛋白质O-GlcNAc糖基化修饰水平,然后用特异性识别不同位点磷酸化的tau蛋白抗体,进行蛋白质印迹分析来检测tau蛋白磷酸化水平的变化.结果发现细胞内蛋白质O-GlcNAc糖基化对tau蛋白磷酸化的影响,在不同的磷酸化位点其影响不同.增加蛋白质O-GlcNAc糖基化修饰导致tau蛋白大多数磷酸位点的磷酸化水平降低,反之亦然.这些结果说明,tau磷酸化在大多数位点受到O-GlcNAc糖基化修饰的负性调节.这一研究为阐明调节tau蛋白磷酸化水平的机理和阿尔茨海默病脑中tau异常过度磷酸化的分子机制提供了新的线索.     

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。     

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。     

Regulation by S-nitrosylation of protein post-translational modification

Protein post-translational modification by S-nitrosylation conveys a ubiquitous influence of nitric oxide on signal transduction in eukaryotic cells. The wide functional purview of S-nitrosylation reflects in part the regulation by S-nitrosylation of the principal protein post-translational modifications that play a role in cell signaling, including phosphorylation, acetylation, ubiquitylation and related modifications, palmitoylation, and alternative Cys-based redox modifications. In this minireview, we discuss the mechanisms through which S-nitrosylation exerts its broad pleiotropic influence on protein post-translational modification.     

基于质谱的磷酸化蛋白质组学: 富集、检测、鉴定和定量

磷酸化是一种调控生命活动的重要翻译后修饰,调控生物的生长发育、信号转导、以及疾病的发生发展．从上世纪80年代开始,质谱应用于蛋白质磷酸化的检测中,极大地推动了磷酸化蛋白质组学的发展．质谱检测拥有高灵敏度、高通量的特点,更重要的是具有位点分辨率,因此基于质谱的磷酸化蛋白质组检测方法得到不断的发展和推广．常见的磷酸化蛋白质组研究,首先对磷酸化肽段进行富集,然后进行串联质谱分析,最后通过搜索引擎对修饰位点进行鉴定和定量．本文从这个三个基本方面,对磷酸化蛋白质组研究进行综述,并对未来研究发展方向进行讨论．     

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。     

Molecular implementation and physiological roles for histone H3 lysine 4 (H3K4) methylation

Chromosomal surfaces are ornamented with a variety of post-translational modifications of histones, which are required for the regulation of many of the DNA-templated processes. Such histone modifications include acetylation, sumoylation, phosphorylation, ubiquitination, and methylation. Histone modifications can either function by disrupting chromosomal contacts or by regulating non-histone protein interactions with chromatin. In this review, recent findings will be discussed regarding the regulation of the implementation and physiological significance for one such histone modification, histone H3 lysine 4 (H3K4) methylation by the yeast COMPASS and mammalian COMPASS-like complexes.     

Post-translation modification of proteins; methodologies and applications in plant sciences

Proteins have the potential to undergo a variety of post-translational modifications and the different methods available to study these cellular processes has advanced rapidly with the continuing development of proteomic technologies. In this review we aim to detail five major post-translational modifications (phosphorylation, glycosylaion, lipid modification, ubiquitination and redox-related modifications), elaborate on the techniques that have been developed for their analysis and briefly discuss the study of these modifications in selected areas of plant science.     

Applications of Genetic Code Expansion in Studying Protein Post-translational Modification

Various post-translational modifications can naturally occur on proteins, regulating the activity, subcellular localization, interaction, or stability of the proteins. However, it can be challenging to decipher the biological implication or physiological roles of site-specific modifications due to their dynamic and sub-stoichiometric nature. Genetic code expansion method, relying on an orthogonal aminoacyl-tRNA synthetase/tRNA pair, enables site-specific incorporation of non-canonical amino acids. Here we focus on the application of genetic code expansion to study site-specific protein post-translational modification in vitro and in vivo. After a brief introduction, we discuss possibilities of incorporating non-canonical amino acids containing post-translational modifications or their mimics into target proteins. This approach is applicable for Ser/Thr/Tyr phosphorylation, Tyr sulfation/nitration/hydroxylation, Lys acetylation/acylation, Lys/His mono-methylation, as well as Arg citrullination. The next section describes the use of a precursor non-canonical amino acid followed by chemical and/or enzymatic reactions to afford the desired modification, such as Cys/Lys acylation, ubiquitin and ubiquitin-like modifications, as well as Lys/Gln methylation. We also discuss means for functional regulation of enzymes involving in post-translational modifications through genetically incorporated non-canonical amino acids. Lastly, the limitations and perspectives of genetic code expansion in studying protein post-translational modification are described.     

Eukaryote-conserved histone post-translational modification landscape in Giardia duodenalis revealed by mass spectrometry

Diarrheal disease caused by Giardia duodenalis is highly prevalent, causing over 200 million cases globally each year. The processes that drive parasite virulence, host immune evasion and transmission involve coordinated gene expression and have been linked to epigenetic regulation. Epigenetic regulatory systems are eukaryote-conserved, including in deep branching excavates such as Giardia, with several studies already implicating histone post-translational modifications in regulation of its pathogenesis and life cycle. However, further insights into Giardia chromatin dynamics have been hindered by a lack of site-specific knowledge of histone modifications. Using mass spectrometry, we have provided the first known molecular map of histone methylation, acetylation and phosphorylation modifications in Giardia core histones. We have identified over 50 previously unreported histone modifications including sites with established roles in epigenetic regulation, and co-occurring modifications indicative of post-translational modification crosstalk. These demonstrate conserved histone modifications in Giardia which are equivalent to many other eukaryotes, and suggest that similar epigenetic mechanisms are in place in this parasite. Further, we used sequence, domain and structural homology to annotate putative histone enzyme networks in Giardia, highlighting representative chromatin modifiers which appear sufficient for identified sites, particularly those from H3 and H4 variants. This study is to our knowledge the first and most comprehensive, complete and accurate view of Giardia histone post-translational modifications to date, and a substantial step towards understanding their associations in parasite development and virulence.     

长链非编码RNA相关表观遗传修饰在癌症中的进展*

长链非编码RNA(lncRNA)是一类转录本长度大于200 nt的RNA分子,编码蛋白质的功能有限,但其功能多样且复杂。已有研究报道lncRNA与肿瘤的发展进程密切相关,lncRNA可以通过不同方式参与细胞内生物学进程的调控,是潜在的癌症调节因子,其中,调节表观遗传修饰水平是其影响癌症进程的主要手段;癌症发病过程中细胞内存在着不同程度的表观遗传修饰,其主要为包括甲基化、乙酰化、磷酸化、糖基化、泛素化等修饰方式在内的DNA修饰、RNA修饰以及蛋白质的翻译后修饰,在癌症的不同阶段其修饰的异常程度不同,从而影响肿瘤发生的生物学进程。研究表明,lncRNA可以通过自身修饰或参与其他生物大分子的表观遗传修饰进程参与癌症的发生发展。因此,回顾了lncRNA所参与的表观遗传修饰形式和lncRNA在表观遗传修饰方面所起到的作用,并概述了lncRNA通过影响表观遗传修饰水平从而调控癌症进程的方法。旨在总结癌症细胞内表观遗传修饰方面所涉及lncRNA的研究进展,为癌症诊断和治疗提供潜在的靶标和生物学标志物。     

Post-translational modifications of mitochondrial outer membrane proteins

The mitochondrial outer membrane surrounds the entire organelle. It is composed of a phospholipid bilayer with proteins either embedded into or anchored to the bilayer and mediates the interactions between mitochondria and the rest of the cell. Most of the proteins present in the mitochondrial outer membrane are highly hydrophobic with one or more transmembrane segments. These proteins in conjunction with proteins localized in the inner membrane catalyse energy exchange reactions, the flux of small molecules such as ions, the activation and uptake of long chain fatty acids, import of proteins into the mitochondria, and elimination of biogenic amines among others. In addition, some outer membrane proteins serve as docking sites for non-resident enzymes such as hexokinase and other kinases of signal transduction. All these processes require an intact outer membrane and are highly regulated. One level of regulation with physiological/pathophysiological relevance involves post-translational modification of outer membrane proteins, either by phosphorylation, acetylation or other type of reversible covalent modification. Post-translational modification such as nitration and carbonylation becomes significant under disease states that are associated with increased oxidative stress, i.e. inflammation and ischemia. This review examines the different post-translational modifications of mitochondrial outer membrane proteins and discusses the physiological relevance of these modifications.