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。     

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。     

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。     

线性泛素化修饰研究进展

蛋白质泛素化修饰过程在调节各种细胞生物学功能的过程中发挥了非常重要的作用,如细胞周期进程、DNA损伤修复、信号转导和各种蛋白质膜定位等。泛素化修饰可分为多聚泛素化修饰和单泛素化修饰。多聚泛素化修饰系统可以通过对底物连接不同类型的多泛素化链调节蛋白质的功能。多聚泛素化修饰中已知7种泛素链连接方式均为泛素内赖氨酸连接方式。近几年发现了第8种类型的泛素链连接形式即线性泛素化,其泛素链的连接方式是由泛素甲硫氨酸的氨基基团与另一泛素甘氨酸的羧基基团相连形成泛素链标记。目前研究表明线性泛素化修饰在先天性免疫和炎症反应等多个过程中发挥着非常重要的作用。募集线性泛素链的泛素连接酶E3被称为LUBAC复合体,其组成底物以及其活性调控机制和功能所知甚少。本文综述了募集线性泛素化链的泛素连接酶、去泛素化酶、底物等活性调控机制及其在先天性免疫等多个领域中的功能,分析了后续研究方向,以期为相关研究提供参考。     

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。     

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,     

类泛素化修饰Neddylation的功能和调控机制研究进展

NEDD8 (neural precursor cell-expressed developmentally downregulated 8) 分子是一类结构上与泛素相似的分子,参与蛋白质翻译后修饰,这一过程被称为Neddylation．Neddylation的发生机制与泛素化相似,需要E1、E2、E3介导的一系列酶促反应．Neddylation修饰在Cullin-Roc类泛素连接酶的活性调控中具有至关重要的作用,与泛素化研究相比,在真核细胞内仅发现了很少的能被Neddylation修饰的底物,Neddylation的生理功能也有待深入研究．     

E3泛素连接酶基因CG4911敲除和功能的初步研究

蛋白质的泛素化是一种重要的翻译后修饰过程,参与调控细胞周期、基因转录、信号转导、炎症反应和干细胞的维持等过程。泛素连接酶E3（ubiqutin ligase）是泛素化过程中关键酶。但许多E3基因在发育中的功能和作用机制还不明确。该研究以黑腹果蝇为模式动物,研究泛素连接酶家族一个重要基因CG4911的功能及分子机制。获得CG4911基因敲除果蝇,CG4911敲除果蝇纯合子可活。原位杂交结果显示,CG4911在胚胎发育早期表达。通过构建CG4911-pUAST-3HA重组子转染Hela细胞,确定CG4911定位于细胞质中,其表达并无修饰作用,并且过表达基因CG4911可导致背板发育缺陷。该研究首次获得了CG4911基因敲除果蝇和CG4911转基因果蝇,并初步探索了F-box基因CG4911的功能,为进一步阐明泛素连接酶的功能及分子机制提供了科学依据。     

泛素连接酶的结构与功能研究进展

泛素化是体内蛋白质翻译后重要修饰之一,是蛋白质降解的信号.泛素连接酶E3是泛素化过程中的关键酶之一,介导活化的泛素从结合酶E2转移到底物,不同的泛素连接酶作用于不同的底物蛋白,决定了泛素化修饰的特异性.根据结构与功能机制的不同,可将泛素连接酶E3分为HECT (homologousto E6AP C terminus)家族和RING-finger家族,前者含有HECT结构域,可直接与泛素连接再将其传递给底物.RING-finger家族的E3发现较晚,庞大且功能复杂,是近年来研究的热点,此家族均包含相似的E2结合结构域和特异的底物结合部分,作为桥梁将活化的泛素从E2直接转移到靶蛋白,其本身并不与泛素发生作用.总结了这2种E3连接酶家族成员的三维结构及功能机制研究的最新进展.     

人泛素连接酶AREL1催化结构域的晶体结构

泛素化是一种重要的翻译后修饰,几乎调控着生命活动的所有方面.泛素连接酶是泛素化过程中唯一对底物蛋白质有特异性识别能力的一类酶,它们在泛素化过程中是不可或缺的,起到非常关键的作用.人抗凋亡E3泛素连接酶(AREL1)是HECT泛素连接酶家族成员之一,它能够泛素化促凋亡蛋白SMAC、HtrA2和ARTS,并通过蛋白酶体将它们降解,从而发挥抵抗细胞凋亡的作用.本文解析了3.2?分辨率的人AREL1蛋白催化结构域(AREL1HECT)的晶体结构,并将其与HECT家族中其他成员的结构进行了比对.尺寸排阻色谱和X射线小角散射的结果表明,AREL1HECT在溶液中是以多种聚集状态形式存在的,小角散射的3D模型进一步表明AREL1HECT在溶液中会发生二聚化.这些结果将为AREL1HECT与泛素复合物结构的解析及功能的分析提供坚实的结构基础,为揭示AREL1泛素化底物蛋白质的分子机制提供重要的依据.     

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。     

去泛素化酶活性的调控

泛素化是一种非常重要的蛋白质翻译后修饰方式,在细胞生命活动的各个方面发挥作用。泛素化修饰是可逆的过程,去泛素化酶通过催化去除底物蛋白质上的泛素从而逆转该过程。去泛素化酶是一类数量众多的蛋白水解酶家族,近年来不断有新的去泛素化酶被发现和报道。鉴于其在细胞功能中的重要作用,去泛素化酶活性受到严格的调控。目前的研究表明,影响去泛素化酶活性的因素很多。本文主要从转录水平的调控、翻译后修饰、蛋白质定位和蛋白质相互作用等调控方式进行论述,以期为研究和利用去泛素化酶治疗疾病提供新思路。     

泛素链修饰类型研究进展

泛素化修饰的蛋白质底物广泛参与蛋白质降解、胞内蛋白质转运、细胞信号转导、自噬和DNA损伤修复等重要的生物学过程。泛素化修饰包括单泛素化修饰和多泛素化修饰。因泛素分子含有7个赖氨酸残基和1个N端甲硫氨酸残基,多泛素化修饰又可分为同型或异型的多聚泛素化修饰。此外,泛素分子的乙酰化修饰和磷酸化修饰大大增加了泛素链的复杂性。不同泛素链的形成往往依赖泛素连接酶或者去泛素化酶。现综述不同类型的泛素链修饰类型的编辑、识别、去除机制及其生物学功能,并讨论泛素分子自身的乙酰化和磷酸化修饰。     

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。     

去泛素化酶与肿瘤

泛素化修饰(ubiquitination modification)广泛存在于真核生物,通过26S蛋白酶体降解途径或信号传递等,改变蛋白质稳定性、定位和活性等功能,参与细胞的周期、转录、炎症、肿瘤和免疫等各项功能,是一类复杂的动态调控系统.泛素化调节是一个可逆过程,被泛素连接酶(ubiquitin ligase,E3)...     

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。     

泛素连接酶-底物选择关系的研究进展

泛素是一种包含76个氨基酸的小分子蛋白。泛素共价结合到底物的过程称为泛素化修饰。泛素化修饰过程是一个由级联的泛素激活酶、泛素结合酶和泛素连接酶所介导的复杂过程,泛素化修饰具有高效、ATP依赖、高度特异的特点。泛素化修饰与细胞周期调控、细胞凋亡、转录调控、DNA损伤修复等一系列生物学过程密切相关。在泛素化修饰过程中,泛素连接酶对底物的识别,是决定泛素化修饰特异性的关键环节。泛素连接酶底物识别的相关机制研究不断被报道,鉴定泛素连接酶底物的高通量方法也在不断的改进和发展。随着实验研究的不断深入,实验数据的不断产出,利用生物信息学进行泛素连接酶底物的研究也开始受到关注。对泛素连接酶识别底物的相关机制、高通量泛素连接酶底物的鉴定方法、泛素连接酶底物的生物信息学研究和生物信息学在泛素连接酶底物研究中的发展方向进行讨论。     

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。