泛素样蛋白ISG15在抗病毒天然免疫中的作用

干扰素刺激基因15(ISG15)编码的蛋白是抗病毒天然免疫通路中的重要调节因子,病毒感染和干扰素刺激均可强烈诱导ISG15的表达。ISG15是最早发现的泛素样蛋白,可对细胞内多种蛋白进行修饰并调节蛋白功能,但不介导蛋白质的降解,在机体抗病毒天然免疫反应中发挥重要作用,其机制尚未完全明确。近几年对ISG15的研究有所突破,发现了ISG15在抗病毒天然免疫反应中的新功能。我们简要概述了泛素样蛋白ISG15的概况、修饰酶系统及ISG15在抗病毒天然免疫反应中功能的研究进展。     

类泛素蛋白ISG15及其在先天免疫中的作用

病毒感染和干扰素刺激高等动物细胞,均可以强烈地诱导表达干扰素刺激基因15编码的蛋白ISG15,它是最早发现的类泛素修饰蛋白.虽然针对泛素及其修饰功能已进行了广泛而深入地研究,但对于ISG15共价修饰以及它的生物学功能了解甚少,有待进一步探讨.该领域的研究近几年有所突破,发现了有关ISG15修饰的酶系统,ISG15及其修饰系统在先天免疫以及干扰素信号调节中的重要作用.简要介绍ISG15的发现历史、生化性质、基因调控特点以及ISG15修饰系统中所涉及的酶,总结目前研究ISG15及其修饰与调节先天性免疫相关过程的一些最新进展.     

类泛素修饰蛋白质ISG15及其修饰酶系的功能

受干扰素诱导表达的干扰素刺激基因15编码蛋白质(ISG15)是第1个被鉴定的类泛素修饰蛋白质.目前已在病毒感染细胞和肿瘤细胞中发现了多种ISG15的作用靶蛋白,提示ISG15可能在免疫调节和肿瘤发生等方面发挥重要作用.本文介绍ISG15的结构与生化特点,探讨ISG15在相关酶系作用下修饰目标蛋白质的机制,总结ISG15及其修饰酶系的抗病毒和抗肿瘤作用及其相关机制.     

类泛素修饰蛋白bISG15抗血清在体外修饰系统中的应用

ISG15由干扰素刺激基因15编码,是最早被发现的类泛素修饰分子.病毒感染以及干扰素刺激可以强烈诱导其表达.与泛素类似,ISG15可以共价连接到其他蛋白分子上进行修饰,但ISG15及其连接修饰的功能作用还有很多尚未知.最近的研究表明,ISG15及其修饰作用在先天免疫中起着重要的作用.将牛类ISG15基因克隆进入pET28a(+)原核表达载体,并且表达了可溶的融合有His-tag标签的bISG15融合蛋白.使用Ni-NTA葡聚糖进行纯化浓缩.纯化蛋白免疫Balb/c小鼠并获得抗血清.Western印迹实验显示,抗血清可以特异地识别在真核细胞中表达的bISG15.浓缩的bISG15以及制备的抗血清用于建立bISG15的体外修饰系统.实验证明,使用该系统bISG15可以连接到细胞蛋白上进行修饰.     

泛素样蛋白ISG15抗病毒机制研究进展

ISG15(Interferon stimulated gene 15,ISG15)蛋白是由干扰素诱导产生的一种泛素样蛋白分子,分子量大小约为15kD。ISG15同泛素分子相类似可以被共价结合于其他蛋白分子上,这种现象称为ISG化(ISGylation)现象。ISG化系统包括ISG15、UBE1L、UBCH8和HERC5四类蛋白分子,协同完成ISG化过程。ISG15及ISG化系统在抗病毒反应中具有重要作用。近几年对于ISG15的抗病毒作用和机制的研究已经有了很大的突破,ISG15的抗病毒作用也越来越受到人们重视,了解清楚ISG15抗病毒机制对于研制新的抗病毒药物及提出新的抗病毒策略具有重要意义。本文对ISG15在不同种病毒中的抗病毒机制研究进展进行了简要综述。     

USP18介导的蛋白质去ISG化及其在结核病等传染病中的作用

干扰素诱导基因15 (interferon-stimulated gene 15,isg15)的表达受Ⅰ型干扰素诱导,该基因编码的蛋白ISG15可以分别通过E1、E2和E3酶的作用共价修饰靶蛋白,此过程被称为ISG化(ISGylation)。宿主蛋白的ISG化广泛参与天然免疫例如宿主的抗病毒过程。泛素特异性蛋白酶18 (ubiquitin-specific protease 18,USP18)作为一种去泛素化酶(deubiquitinase,DUB)可以去除靶蛋白偶联的ISG15,并通过抑制Ⅰ型干扰素信号通路来抑制宿主的免疫应答。ISG15介导的ISG化和USP18介导的去ISG化(deISGylation)建立的动态平衡对结核病的发生、发展和转归有重要影响。此外,同ISG15一样,USP18也广泛参与病毒感染和宿主细胞抗病毒反应,多种先天性免疫疾病和免疫信号通路都受到USP18的调节。本文综述了ISG15和USP18相关的研究进展,重点介绍了ISG15介导的ISGylation和USP18介导的去ISG化在结核病及其他重要疾病中的调控作用,以期为靶向宿主蛋白的结核病等重要疾病防治提供...     

类泛素蛋白ISG15及其共价酶修饰系统与肿瘤

干扰素刺激基因15(interferon-stimulated gene 15,ISG15)编码的ISG15蛋白是最早发现的类泛素修饰蛋白。不仅干扰素和病毒感染能诱导该基因的表达,一些抗肿瘤药物也能刺激ISG15的表达。近年来,ISG15及其修饰系统与肿瘤的关系备受关注。研究证实,ISG15的激活酶E1即UBE1L与某些肿瘤的抑制有关,而其他一些成分如ISG15解聚酶UBP43则与肿瘤发生发展有关。此外,ISG15高表达与肿瘤的转移有关,ISG15对化疗药物的敏感性也有影响。本文较为全面地阐述ISG15及其修饰系统在肿瘤抑制或发生发展中的生物学作用,这将增强对ISG15与肿瘤关系的基础性认识,并为发展新的肿瘤靶向性治疗提供理论依据。     

干扰素刺激基因15在人类免疫缺陷病毒感染中作用的研究进展

随着有效的联合抗反转录病毒疗法(combination antiretroviral therapy,cART)的普及,人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV)感染者的生存期逐步延长。这一过程中,HIV感染者自身免疫反应对免疫系统功能的恢复也发挥了至关重要的作用。HIV感染激活干扰素信号通路,诱导干扰素刺激基因(interferon-stimulated gene,ISG)上调表达,从而发挥抗病毒作用。其中,类泛素蛋白ISG15在HIV感染者中显著上调,通过ISG化抑制HIV颗粒的出芽和释放;而HIV的非结构蛋白则通过干扰ISG化过程或结合干扰素信号通路关键分子,逆转ISG15对病毒的抑制作用。本文从ISG15的生物学特性、在不同细胞亚群中的表达、抗病毒功能及病毒逃逸机制等方面进行综述,为进一步解析ISG15在HIV感染中扮演的角色、探索如何获得以抗HIV感染宿主因子为契机的治疗策略提供了思路。     

SARS 冠状病毒非结构蛋白质NSP3突变体构建及其对类泛素分子DUB活性

SARS冠状病毒(SARS-CoV) 非结构蛋白NSP3编码的木瓜蛋白酶样蛋白酶(PLpro)对泛素样分子(Ubl) 具有去泛素化酶(DUB)活性,但目前有关NSP3 DUB活性研究的报道甚少. 本研究构建包含Nsp3基因 N末端不同结构域的突变体,并检测NSP3及其一系列突变体对类泛素分子ISG15和SUMO所修饰蛋白质分子的作用特性. 实验结果表明,NSP3及其突变体NSP3AD,NSP3AE,NSP3AF具有一定的去ISG15活性,而其突变体NSP3AC则没有去ISG15 (DeISGylation) 活性. 研究结果提示,SARS NSP3具有一定的体内去ISG15活性,并且这种活性主要依赖于Nsp3基因编码的PLpro. 但SARS NSP3及其突变体NSP3AC,NSP3AD,NSP3AE和NSP3AF并不具有去SUMO (DeSUMOylation) 活性. SARS冠状病毒NSP3对类泛素样分子作用特性的研究为后续NSP3的生物学特性及其对干扰素通路的调控研究奠定了基础.     

NEDD化修饰系统及其在肿瘤发展中的作用

目前已经鉴定出17种类泛素蛋白（ubiquitin like proteins,UBLs）,这些蛋白与底物的结合方式与泛素相似．根据进化特征,可将UBLs分为9类,分别为：NEDD8、SUMO、ISG15、FUB1、FAT10、Atg8、Atg12、Urm1和UFM1．NEDD8是目前研究最多的UBLs之一,与泛素的氨基酸序列具有高度相似性．NEDD化修饰是一种动态的可逆蛋白质翻译后修饰方式,可以将NEDD8共价结合到靶蛋白之上,也可以将NEDD8从靶蛋白上去除．NEDD化修饰对蛋白功能具有重要的调节作用,如改变蛋白质的空间构象、阻碍底物与其它蛋白质的相互作用和招募与NEDD8相互作用的蛋白等．最新研究表明,NEDD化与肿瘤的发生发展密切相关,但具体的机制还不清楚．本文将就NEDD化修饰在肿瘤发展过程中的作用机制做一综述．     

干扰素的信号传导和抗病毒效应机制

干扰素是一种具有抗病毒、抗增殖和免疫调节功能的细胞因子,它在宿主天然免疫防御中起着重要的作用。干扰素诱导的信号通路除了最初的Jak-Stat途径以外,很多新发现的信号途径对于干扰素反应也是必需的。干扰素反应最终导致抗病毒的效应蛋白通路,包括2′,5′-寡聚腺苷酸合成酶、蛋白激酶、ISG15等途径。这些效应蛋白通过抑制病毒转录、降解病毒RNA、抑制翻译和修饰蛋白的功能来控制病毒复制的过程。     

Deneddylation修饰酶NEDP1的作用机制及研究进展

神经前体表达发育下调蛋白8(neural precursor cell-expressed developmentally downregulated 8,Nedd8)是一种类泛素蛋白,其参与蛋白质修饰的作用机制与泛素高度相似,即通过与底物的赖氨酸残基共价结合,从而对底物进行Neddylation修饰。Neddylation修饰可调控多种重要的生命活动,如细胞周期和免疫应答等。Nedd8蛋白酶1(Nedd8 protease 1, NEDP1)是隶属于小类泛素修饰物特异性蛋白酶家族(small ubiquitin-like modifier specific protease family, Ulp/Senp family)家族的半胱氨酸蛋白酶,可以特异性去除底物与Nedd8的共价结合,例如,NEDP1能够去除p53、鼠双微体蛋白(murine double min-utes 2 protein, Mdm2)、smad泛素化调节因子1(smad ubiquitylation regulatory factor 1, Smurf1)等多个蛋白质的Neddylation修饰,进而调节Neddylation修饰蛋白的生物学功能。临床研究表明,NEDP1与肿瘤的发生发展密切相关,包括肺癌、结肠癌、胶质母细胞瘤等,另外,NEDP1还参与成骨发育异常、神经退行性疾病、血管炎症等病变过程。本文对NEDP1蛋白的结构,调控Neddylation通路的作用模式和NEDP1作用底物的进展进行总结,以期为肿瘤等相关疾病的诊断和治疗提供参考。     

冠状病毒PLpro蛋白酶对泛素样分子的DUB活性

SARS冠状病毒基因组中非结构基因nsp3编码的木瓜样蛋白酶 (PLpro) 在病毒基因组复制及逃避宿主天然免疫中发挥重要作用,是研发抗病毒药物的重要靶标．SARS冠状病毒PLpro是一种病毒编码的去泛素化酶 (DUB)．为深入研究SARS冠状病毒 PLpro对泛素样分子 (ubiquitin-like protein,UBL) 的DUB特性,本研究构建缺失 PLpro N末端泛素样结构域 (Ubl) 和下游跨膜结构域 (TM) 的PLpro构建体（constructs）,并构建3种缺失蛋白酶催化活性的突变体,检测PLpro对泛素样分子干扰素刺激基因15 (ISG15)及SUMO-1的作用．实验结果表明,PLpro和PLpro-TM 在细胞内具有很强的去ISG(DeISGylation) 活性;缺失PLpro N末端泛素样结构域(Ubl) 对PLpro 的去ISG15 活性没有影响;对PLpro蛋白酶活性位点C1651 和 H1812 突变后,PLpro-TM的去ISG15活性消失,而对D1826位点突变后不影响此活性．PLpro 不具有去SUMO (DeSUMOylation)活性,而PLpro-TM具有一定的去SUMO活性;PLpro催化活性相关的3个关键氨基酸残基 Cys-His-Asp突变后对去SUMO活性有一定的影响．研究结果提示,SARS PLpro除了具有DUB的活性,还具有体内去ISG活性和去SUMO活性;PLpro蛋白酶活性与其去ISG活性之间有一定相关性;PLpro去SUMO-1 活性具有TM 依赖性．SARS冠状病毒PLpro 对泛素样分子作用特性的研究为阐明病毒逃避宿主天然免疫机制和开发新型抗病毒药物提供重要的理论依据．     

ISG15过表达抑制THP-1细胞的增殖与吞噬

目的:干扰素刺激基因15蛋白(Interferon-stimulated Gene 15,ISG15)是由I型干扰素诱导产生的类泛素蛋白,在先天免疫中起重要作用,本文旨在阐明ISG15的表达水平对巨噬细胞功能的影响并进一步探究其作用机制。方法:构建ISG15过表达质粒并通过慢病毒感染的方法整合进入THP-1细胞中,通过流式细胞仪分选出单克隆ISG15过表达细胞系,利用Western Blotting的方法验证ISG15在细胞内的过表达效果。在构建成功的细胞系中进行CCK8细胞增殖实验和Latex Beads细胞吞噬实验,最后通过定量蛋白质组学的方法观察细胞内蛋白质水平上变化。结果:Western Blotting的结果验证了ISG15在THP-1巨噬细胞系中的过表达效果,证明了ISG15过表达巨噬细胞系的成功构建。CCK8细胞增殖实验的结果表明,ISG15过表达的细胞系与对照组细胞系相比其增殖能力减弱;Latex beads细胞吞噬实验显示ISG15过表达细胞系的吞噬能力发生下降,并在蛋白质组学数据中找到糖酵解相关酶和膜转运蛋白下调的证据。结论:ISG15过表达能够降低与糖酵解相关的蛋白从而导致增殖能力的下降;同时也引起膜转运相关蛋白下调造成吞噬能力降低。     

SARS冠状病毒PLpro蛋白酶的结构与功能

SARS冠状病毒基因组编码2种病毒蛋白酶,即木瓜样蛋白酶（PLpro）和3C样蛋白酶(3CLpro).其中,PLpro蛋白酶结构与功能研究是近年来冠状病毒分子生物学研究的热点之一. PLpro蛋白酶参与SARS冠状病毒1a(1ab)复制酶多聚蛋白N端部分的切割加工,是SARS冠状病毒复制酶复合体(RC)形成的重要调节蛋白分子;最新研究表明,SARS冠状病毒PLpro蛋白酶是一种病毒编码的去泛素化酶（DUB）,对细胞蛋白具有明显去泛素化作用;而且对泛素(Ub)和泛素样分子ISG15均具有活性. PLpro蛋白酶对宿主抗病毒天然免疫反应具有负调节作用,是SARS冠状病毒的一种重要干扰素拮抗分子.PLpro蛋白酶是一种多功能病毒蛋白酶.本文结合作者课题组研究工作,对SARS冠状病毒PLpro蛋白酶结构和功能研究最新进展进行综述.     

蛋白质UFM化修饰

泛素折叠修饰因子1(ubiquitin-fold modifier 1,UFM1)是类泛素蛋白(ubiquitin-like modifier,UBL)家族的一员,存在于几乎所有的真核细胞中。UFM1对底物的修饰过程与泛素相似,即依次通过UBA5、UFC1和UFL1催化,共价接合在底物的赖氨酸残基上。而UFSP则负责切割UFM1的C端使之成熟,以及去除底物的UFM1修饰。UFM化修饰参与了内质网应激介导的细胞凋亡过程,对其具体作用机制的阐明需要鉴定到UFM1的修饰底物,但目前已经鉴定到UFM1的底物很少。大量研究尚聚焦于UFM修饰酶上。通过对UFM修饰酶和少量修饰底物的研究发现,UFM化修饰参与非酒精性肝病、细胞生成障碍性贫血、髋关节发育不良和神经系统疾病等的发生,以及乳腺癌细胞的增殖与转移和寄生虫的生长发育。本文将对UFM化修饰相关酶和修饰底物进行综述,总结UFM化修饰的生物学功能和在疾病发生发展中的作用。     

泛素蛋白磷酸化修饰的功能与解析

泛素化是存在于真核生物中一种重要的翻译后修饰过程,参与调控包括蛋白质降解在内的多种生命活动。实现这一调控过程需要将一个由76个氨基酸组成的泛素蛋白共价连接到底物蛋白上。同时,泛素本身也存在多种翻译后修饰,包括泛素化、磷酸化、乙酰化等,进一步丰富了泛素的修饰类型,决定了底物蛋白不同的命运。近年来,伴随着第65位丝氨酸磷酸化泛素蛋白参与调控线粒体自噬这一突破性进展,泛素蛋白其余磷酸化位点的功能研究也获得越来越多的关注。本文根据目前已有的国内外研究和报道,总结了泛素蛋白已知的磷酸化修饰位点,梳理了泛素蛋白第12位和66位苏氨酸、第57位和65位丝氨酸等位点的磷酸化修饰对其生物物理特性带来的改变,并对相应修饰位点所涉及的生物学功能调控进行了综述。     

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。     

抗病毒天然免疫通路中IRF-3调控新机制

干扰素调节因子-3(interferon regulatory factor-3,IRF-3)是IRF家族中重要 转录因子之一,在调控干扰素(interferon, IFN)基因表达和抗病毒天然免疫反应中具有重要作 用. 最新发现的MITA (mediator of IRF-3 activation, 又称STING/ERIS)蛋白是宿主抗病 毒天然免疫反应中的一种重要调节分子. 病毒侵染时,MITA与IRF-3相互作用,特异性激活 IRF-3,并募集TANK结合激酶1（TANK binding kinase 1, TBK1）与IFN通路中的线粒体抗 病毒信号蛋白MAVS(mitochondrial anti-viral signaling protein)形成复合物,且MITA可 被TBK1磷酸化,诱导Ⅰ型IFN及IFN刺激基因(interferon stimulate genes, ISG)的表达 ,诱发抗病毒天然免疫反应. 同时还发现,泛素连接酶RNF5（ring finger protein 5）可对MITA 发生泛素化修饰从而抑制其对IRF-3活化,实现对宿主抗病毒天然免疫反应负调节作用. 本 室研究发现,严重性急性呼吸系统综合症冠状病毒(severe acute respiratory syndrome co ronavirus, SARS-CoV）和人类新型冠状病毒（human coronavirus NL63, HCoV-NL63）的 木瓜样蛋白酶（papain-like protease, PLP）利用其特有的去泛素化酶（deubiquitinase, DUB）活性,通过宿主细胞泛素-蛋白酶体信号系统对IRF-3的泛素化等翻译后修饰进行调节 ,从而成为该种病毒逃逸机体抗病毒防御系统主要手段之一.     

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。