蛋白酶体相关翻译后修饰的研究进展

蛋白酶体是具有多种蛋白水解酶活性的蛋白质降解系统,由于细胞内许多关键信号调控分子都是蛋白酶体的降解底物,因此蛋白酶体在细胞周期调控、基因表达、炎症反应等各种关键的生物学活动中都发挥着极其重要的调节作用。蛋白酶体的降解活性也同时受多种机制的调控,其中的翻译后修饰是蛋白酶体降解途径中一个不可忽视的方面。着重阐述蛋白酶体自身及其底物的几种重要的翻译后修饰,探讨最新的进展及其生物学意义。     

泛素融合降解蛋白UFD1的结构与功能

泛素-蛋白酶体途径是细胞内蛋白质选择性降解的主要途径,参与多种真核生物细胞生理过程,与细胞的生理功能和病理状态有着密切的关系。该途径中UFD1作为泛素识别因子介导泛素化的靶蛋白至26S蛋白酶体降解。该文在概述泛素-蛋白酶体途径作用机制的基础上,对哺乳动物和酵母UFD1蛋白的结构及其在细胞周期调控、转录调控、内质网相关蛋白降解中的功能进行了综述。     

非泛素依赖地降解蛋白质研究进展

如何识别和选择性降解蛋白质是细胞生命过程中非常重要的环节,泛素-蛋白酶体需能降解途径的发现,揭示了蛋白质在细胞内选择性降解的普遍方式,成为研究焦点.然而,很少关注蛋白酶体以非泛素依赖方式降解蛋白质的可能性.近年来,已发现不少蛋白质被蛋白酶体以非泛素依赖方式降解.该途径涉及降解某些短寿命的调节蛋白、错误折叠蛋白、衰老蛋白和氧化蛋白,以及新合成蛋白的"质量控制",并涉及病理过程如癌症、神经退行性疾病,所以具有非常重要的生理和病理作用.总结了近一二十年来发现的一些具有代表性的被蛋白酶体以非泛素依赖方式降解的蛋白质,并重点论述了其作用的分子机制,以期以点带面地展示这一领域的研究概况.     

PA200蛋白酶体介导蛋白质降解的功能及作用机制

蛋白酶体是一种由几十个亚基组成的庞大蛋白质复合物,负责细胞内大多数蛋白质及时、高效和不可逆地降解,因而调控众多关键的生命活动.同时,蛋白酶体也是重要的药物靶点,目前已经有多种蛋白酶体抑制剂用于治疗多发性骨髓癌和套细胞淋巴癌.迄今已发现三种蛋白酶体,分别为26S蛋白酶体、PA28蛋白酶体和PA200蛋白酶体.其中,最主要的类型是降解泛素化底物蛋白的26S蛋白酶体.作为免疫蛋白酶体的PA28蛋白酶体主要在抗原提呈中起着关键作用,而PA200蛋白酶体则可通过依赖于底物乙酰化的方式降解核心组蛋白.核心组蛋白的翻译后修饰模式可能作为表观遗传密码而指导基因表达的表观遗传调控.在睾丸中, PA200蛋白酶体因含有特异的α4s亚基而特化为生精蛋白酶体,为精子发生所必需.本文综述了PA200蛋白酶体分布、结构和组装机制,重点总结在核心组蛋白降解、精子发生、DNA损伤修复、衰老及表观遗传调控中的最新研究进展.这些对于PA200蛋白酶体的认识将为生殖、发育、衰老生理机制的解析,为男性不育、老年性相关疾病和癌症等疾病的诊断和治疗提供基础.     

细菌体内的蛋白质降解

摘要:为了适应多变的外界环境,细菌利用蛋白降解来清除体内不需要的蛋白质。AAA+蛋白酶降解机制在细菌蛋白质质量控制系统中发挥重要作用,而在放线菌中发现的蛋白酶体揭示了原核生物体内一个崭新的蛋白质降解机制。蛋白酶只识别携带降解决定子的底物,确保了蛋白质降解的特异性,除此之外细菌还通过一些其他方式调控蛋白质的降解与否。随着真核生物体内泛素依赖的蛋白酶体降解途径的发现,蛋白质降解过程参与调控机体生理活动的功能也逐渐为人所知。研究发现,蛋白质降解参与调控细菌的生长、分化,并与细菌的应激反应以及毒力等相关。本文将对细菌中存在的AAA + 蛋白质降解机制,包括其结构、对底物的降解过程及其生理功能等进行阐述。     

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。     

O-GlcNAc修饰对蛋白质泛素化降解途径的影响

O-GlcNAc修饰是一种特殊的糖基化修饰,几乎参与生物体内所有细胞过程的调控。该修饰与泛素化作为两种重要的蛋白质翻译后修饰形式,都与2型糖尿病、神经退行性疾病、癌症等疾病密切相关。O-GlcNAc修饰对蛋白质泛素化降解途径的影响主要体现在4个方面:(1)O-GlcNAc修饰能够抑制26S蛋白酶体的ATPase活性;(2)O-GlcNAc修饰会减少某些底物蛋白的泛素化降解;(3)O-GlcNAc修饰泛素化相关酶并调节其功能;(4)某些蛋白质(包括调控因子)发生O-GlcNAc修饰后间接影响蛋白质泛素化。     

E3泛素连接酶接头蛋白Keap1的研究进展

Kelch样ECH关联蛋白1(Kelch-like ECH-associated protein 1,Keap1)是E3泛素连接酶的底物识别亚单位,在蛋白质的泛素化修饰中起重要作用.蛋白质的泛素化修饰作为一种重要且复杂的蛋白质翻译后修饰,在自噬和蛋白酶体系统中作为降解信号而被利用.野生型Keap1能够识别、结合多种底物...     

泛素化和SUMO化对DEC1的拮抗调控作用

分化的胚软骨表达蛋白1(differentiated embryo-chondrocyte expressed gene 1,DEC1)作为一种时钟蛋白,除了在周期节律的调控中发挥转录抑制作用外,还在能量代谢以及多种肿瘤相关的信号通路的调控中发挥重要作用。此外,蛋白质的翻译后修饰是实现蛋白质功能精细调控的一种重要方式。目前发现,DEC1主要可被两种翻译后修饰,即泛素化和SUMO化修饰。尽管泛素化和SUMO化是两种过程非常类似的蛋白质翻译后修饰方式,但是它们对目的蛋白功能的调控却截然不同。由于泛素化和SUMO化与底物的作用靶点都是赖氨酸(Lys),因此在多数情况下,泛素化和SUMO化以拮抗性的方式调控底物蛋白的功能。鉴于此,该文旨在阐述泛素化和SUMO化修饰对DEC1功能的拮抗调节过程,为了解时钟蛋白DEC1对多种信号通路的调控过程中的分子机制提供新的思路。     

E3泛素连接酶Smurf家族在骨形态发生蛋白和转化生长因子信号转导中的作用

泛素-蛋白酶体降解系统广泛存在于各种真核细胞中,参与调控细胞多种生理进程.作为该系统中行使调控降解功能的核心成员,E3泛素连接酶的重要作用已经越来越引起人们的重视.BMP和TGF-β是骨组织中调控成骨细胞和软骨细胞增殖、分化和凋亡的关键分子,通过不同的信号通路体系调控骨生理代谢,参与骨组织的多种生理进程.最近的研究表明,泛素-蛋白酶体降解系统在骨细胞和骨组织中具有十分重要的作用,E3泛素连接酶Smurf作为这一系统的核心,参与调控骨组织中BMP和TGF-β两个家族的分子信号转导过程.在前期成果的基础上,结合最新的研究进展,系统阐述了骨组织中E3泛素连接酶的发现,及其调控BMP和TGF-β信号通路的机制以及其对成骨细胞和软骨细胞增殖和分化的影响.     

F-box蛋白在植物生长发育中的功能研究进展

在真核生物中,由泛素介导的蛋白降解途径与植物生长发育密切相关。F-box蛋白家族是一类含有Fbox基序(motif),在泛素介导的蛋白质水解过程中具有底物识别特性的蛋白质家族。目前,从各种植物中已鉴定出大量的F-box蛋白质,这类蛋白质在植物激素的信号转导、光信号转导、自交不亲和以及花器官发育等许多生理过程中都具有重要功能。研究发现F-box蛋白在调控植物生长发育过程中所发挥的功能与其结构及泛素蛋白酶体途径密切相关。     

泛素化修饰对维甲酸诱导基因I样受体家族(RLRs)信号通路分子调控作用的研究进展

维甲酸诱导基因I样受体家族(retinoid acid-inducible gene-I-like receptors, RLRs)信号通路作为众多抗感染免疫信号通路之一，在诱导促炎细胞因子、趋化因子和I型干扰素产生等方面发挥重要的调控作用。作为蛋白质翻译后修饰之一的泛素化(ubiquitination)，是由泛素蛋白(ubiquitin)与目标蛋白上不同的氨基酸位点产生结合来调控蛋白的命运，如启动蛋白酶体途径降解蛋白或激活转运等功能。而RLRs信号通路分子的泛素化修饰既是调控多种效应因子的方式之一，也是病毒经此诱发动物重要疾病以及自身免疫病、慢性炎症的经典路径之一。本文主要综述RLRs信号通路中重要的效应器分子的典型结构特征、泛素化修饰类型和功能，探讨泛素化修饰调控RLRs信号通路关键分子的作用，为相关疾病的干预或治疗提供参考。     

泛素/26S蛋白酶体途径与植物的生长发育

泛素/26S蛋白酶体途径在植物蛋白降解系统中起重要作用,泛素分子主要通过泛素活化酶(E1)、泛素结合酶(E2)和泛素连接酶(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。泛素蛋白酶体途径参与植物体内的多种生理过程,如花和胚的发育、光形态建成、植物生长物质等几乎所有的生长发育过程,本文主要对泛素/26S蛋白酶体途径及其在植物生长发育过程中的精确调控作用进行综述。     

蛋白质SUMO化和泛素化修饰的关系

泛素化和SUMO化是蛋白质翻译后修饰的重要方式,广泛参与调节蛋白质功能和细胞生命活动各个环节。多聚泛素化降解蛋白质,而SUMO化主要调节蛋白质的相互作用和定位等。在不同情况下,SUMO化和泛素化既可协同调节蛋白质功能,也可相互拮抗。最近研究发现,某些底物的SUMO化能够激活体内一类新发现的SUMO依赖的泛素连接酶,启动泛素-蛋白酶体途径降解底物,导致蛋白质SUMO化和汔素化的关系进一步精细化和复杂化。     

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。     

泛素信号途径、自噬受体与细胞选择性自噬

蛋白质泛素化是真核生物细胞内蛋白质合成后最重要和最普遍的修饰方式之一。发生在蛋白质底物上的泛素化,由于其泛素化方式及形成泛素链的连接形式的多样性,又统称为泛素信号途径。研究表明,泛素信号途径对蛋白质的调节作用分为降解相关和非相关的两种。细胞内蛋白质的降解主要通过泛素-蛋白酶体或溶酶体-自噬途径来完成。一般认为,通过泛素-蛋白酶体降解的蛋白质具有很强的选择性,而通过溶酶体-自噬途径降解的蛋白质一般选择性较差。然而,近年来,细胞自噬受体如p62等的发现则表明细胞自噬同样具有很强的选择性,这一类由细胞自噬受体介导的细胞自噬被称为细胞选择性自噬(Selective autophagy)。蛋白质泛素化及降解调控几乎所有类型的细胞活动;与之对应的是,蛋白质泛素化及降解异常与包括肿瘤在内的多种人类疾病的发生发展密切相关。本文综述了泛素信号途径调控蛋白质通过蛋白酶体或自噬途径降解的基本过程和部分最新进展,并结合本实验室的研究成果介绍泛素化修饰细胞自噬受体调控细胞选择性自噬的新机制。     

RhoA的泛素化降解机制及功能

Rho小G蛋白(Ras homology frowth-related,Rho G)家族作为分子开关(molecular switch)在GTP结合的激活形式和GDP结合的非激活形式之间转换,发挥着重要的生物学功能,细胞内Rho小G蛋白的含量可由泛素–蛋白酶体系统(ubiquitin-proteasome system,UPS)降解途径来调控。Rho A(Ras homolog gene family member A,Rho A)是Rho小G蛋白家族成员,其功能涉及细胞极性、细胞迁移、细胞周期调控、神经系统发育等,通过UPS途径对该蛋白在细胞内的含量进行调控,可保证细胞的相关正常生理功能。在Rho A泛素化降解过程中,不同的泛素连接酶(ubiquintin ligases,E3)发挥了重要的作用。该文将简单介绍UPS的过程和Rho A蛋白质的结构、功能,详细论述Rho A泛素化降解过程的分子机制和生物学功能。     

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。     

降解的智慧

蛋白质的"泛素—蛋白酶体"降解途径是生物体最基本的生命过程之一,它保证了细胞内各种蛋白的稳态和氨基酸的循环利用。Ci蛋白作为Hedgehog信号通路中的关键转录因子,能通过蛋白酶体发生完全降解和部分降解,而其中的分子机制一直未知。基于此,中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所赵允课题组利用多种生物化学和果蝇遗传学手段,最终发现Ter94复合物和K11连接形式泛素化修饰共同参与了蛋白酶体的选择性降解。该发现一方面揭示了Hedgehog信号通路中Ci蛋白的调控机制,为未来相关癌症的治疗提供了参考;另一方面揭示了Ter94和K11泛素化修饰的新功能,为蛋白酶体降解领域的研究提供了新的思路。     

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。