组蛋白的泛素化与去泛素化修饰

泛素在真核生物体内广泛存在,泛素化修饰是转录后的修饰方式之一;组蛋白是染色质的主要成分之一,与基因的表达有密切关系。组蛋白的泛素化修饰与经典的蛋白质的泛素调节途径不同,不会导致蛋白质的降解,但是能够招募核小体到染色体、参与X染色体的失活、影响组蛋白的甲基化和基因的转录。组蛋白的去泛素化修饰同样与染色质的结构及基因表达密切相关。组蛋白的泛素化和磷酸化、乙酰化、甲基化修饰之间还存在协同和级联效应。     

泛素化介导的非蛋白质降解功能

泛素因标记被26 S蛋白酶体降解的蛋白质而著名．然而近几年发现,泛素作用远不止此,不仅具有参与蛋白质降解这一重要“传统作用”,还起着比先前想象更多变的、更精美的细胞调控作用,是非常重要的细胞过程的多层面调节因子,具有许多重要的非蛋白质降解功能,包括DNA损伤修复、DNA复制、信号传导、转录调节、膜运输、胞吞、蛋白激酶活化、染色质重塑和病毒芽殖．这些功能涉及多聚泛素化和单泛素化及多泛素化．因此,泛素化异常可能涉及疾病的发生和发展．对这些功能的了解可以拓展人们对泛素的认识,有助于对多种细胞过程的深入理解,也有助于相关新药的研发．     

非经典泛素化的研究进展

泛素化是真核生物最普遍最重要的翻译后修饰之一,控制基因转录表达、细胞生长死亡、分子运输、代谢、发育和免疫反应等大多数生理过程。经典泛素系统的通路和机制越来越明晰,同时非经典的泛素化也逐渐被发现。本文将对经典泛素系统进行简单回顾,并且对非蛋白底物泛素化、非赖氨酸位点泛素化、非经典E3泛素连接酶等最新非经典泛素化进行阐述。     

泛素连接酶和去泛素化酶在帕金森病中的作用

中脑黑质多巴胺能神经元特异性损伤和α突触核蛋白聚集的分子机制是帕金森病（Parkinson’s disease,PD）研究领域亟待解决的问题。蛋白质异常聚集很大程度上是由于泛素-蛋白酶体系统（ubiquitin-proteasome system,UPS）功能障碍引起的。蛋白质泛素化由一系列泛素化酶级联反应促进，并受去泛素化酶（deubiquitylases,DUBs）的反向调节。泛素化和去泛素化过程异常导致蛋白质异常聚集和包涵体形成，进而损伤神经元。近来研究报道，蛋白质的泛素化和去泛素化修饰在PD的发病机制中发挥重要作用。E3泛素连接酶促进蛋白质的泛素化，有利于α突触核蛋白的清除、促进多巴胺能神经元的存活、维持线粒体的功能等。DUBs可以去掉底物蛋白质的泛素化修饰，抑制α突触核蛋白的降解，调控线粒体的功能和神经元内铁的稳态。本文以E3泛素连接酶和DUBs为切入点，综述了蛋白质泛素化和去泛素化修饰参与多巴胺能神经元损伤机制的最新研究进展。     

蛋白质泛素化系统

泛素化是单个或多个泛素在泛素激活酶,泛素结合酶及泛素蛋白质连接酶的作用下共价修饰底物蛋白质的过程,近年来的研究发现,许多含环指的蛋白质本身是蛋白质泛素连接酶,或是多亚基连接酶中的重要成分。由于细胞内可表达200以上的环指蛋白,并且多亚基连接酶可利用同一环指蛋白但不同的底物识别蛋白。这些研究极大地丰富了对泛素化系统酶的认识,也使进一步调节和干预连接酶与底物的相互作用成为可能,新近的研究还发现,泛素化不仅可导致蛋白质的降解,还可直接影响蛋白质的活性和细胞内定位,是调节细胞内蛋白质功能和水平的主要机制之一。     

针对泛素化与去泛素化酶的化学探针

蛋白质泛素化对真核细胞内几乎所有生理过程都具备调控作用。新的泛素化与去泛素化酶的发现、功能机制研究及相关化学分子干预是该领域的重要科学命题。针对泛素化与去泛素化酶的化学探针开发促进了人们对于蛋白质泛素化的形成、募集、信号传导及脱除过程中所涉及生化事件的理解。本文总结了近年来针对泛素化与去泛素化酶化学探针的发展，归纳了不同类型探针的化学结构及合成方法，并讨论了它们的各类应用，包括筛查泛素依赖的信号传导系统、监控泛素相关酶活性、辅助泛素相关的识别和催化过程的分子机制解析等。     

泛素化和磷酸化协同作用调控蛋白质降解

在真核细胞中,泛素化和磷酸化是2种常见的蛋白质修饰方式。泛素在蛋白酶体降解途径中发挥重要的靶向作用,细胞外信号严格调控着目的蛋白的泛素化。在很多情况下,这种调控依赖于蛋白质的磷酸化。由磷酸化影响的调控步骤可能与E3泛素连接酶对底物的识别有关,也可能与实际的交联反应有关。这种调控是通过对底物或E3连接酶本身的磷酸化实现的。     

ARIH2抑制LUBAC的线性泛素化连接酶活性

线性泛素化修饰在肿瘤及免疫系统中均发挥着重要作用。线性泛素链组装复合体(linear ubiquitin chain assembly complex, LUBAC)是目前已知的唯一能够催化合成线性泛素链的泛素连接酶。本研究发现,泛素连接酶2(ariadne homolog 2,ARIH2)作为LUBAC新的相互作用蛋白质,能够抑制LUBAC对底物的线性泛素化修饰水平。通过免疫共沉淀实验发现,ARIH2与HOIP存在相互作用,且GST pull-down结果说明,HOIP通过ZF-NZF结构域与ARIH2发生相互作用。进一步的免疫沉淀结果证明,LUBAC并不能线性泛素化修饰ARIH2。反之,ARIH2能够抑制LUBAC对底物的线性泛素化修饰水平,其机制可能是ARIH2影响了SHARPIN的泛素化水平,从而影响LUBAC酶活性,进而导致LUBAC对底物的线性泛素化水平减弱。     

组蛋白泛素化与去泛素化对染色质和基因表达的研究进展

组蛋白或转录因子或辅助因子进行泛素化和去泛素化,能够介导某些生理和病理过程。泛素化和去泛素化的动态平衡确保染色质处于健康的稳定状态。组蛋白泛素化酶和去泛素化酶通过识别DNA损伤位点、传导信号和招募修复因子等方式参与维持染色质稳态。组蛋白泛素化修饰和去泛素化修饰通过抑制(多数)或促进(少数)基因转录,从而影响基因表达。本综述主要关注组蛋白泛素化修饰和去泛素化修饰与染色质稳态和基因转录的关系,探讨这些过程在发育调控和在某些疾病中的作用,为相关疾病的治疗提供理论依据。     

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。