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。     

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.     

核糖体蛋白rpS6在核仁中的定位与其磷酸化无关

核糖体蛋白S6(rpS6)是核糖体小亚基40S的一个组成成分。在该研究中,利用免疫荧光和邻位连接技术证明rpS6不仅是核糖体小亚基的组成成分,而且还可与核仁中的U3核蛋白复合体的标志性蛋白Mpp10共定位并且存在相互作用。rpS6蛋白的C端有5个丝氨酸磷酸化位点,为了研究rpS6蛋白在核仁中的分布是否与其磷酸化有关,构建了rpS6蛋白的两个突变体rpS6A和rpS6D分别与EGFP和HA的融合蛋白。rpS6A是将C端的5个丝氨酸位点全部突变为丙氨酸;rpS6D是将C端的5个丝氨酸位点全部突变为天冬氨酸。研究表明:rpS6、rpS6A和rpS6D与EGFP和HA的融合蛋白均可分布在核仁中,与内源性rpS6蛋白的分布情况一致,说明rpS6蛋白在核仁中的定位与其磷酸化无关,为探索rpS6蛋白在核仁中的功能奠定了良好的基础。     

环境变化和时序衰老过程中酵母蛋白激酶Sch9磷酸化的调控

出芽酵母(Saccharomyces cerevisiae)蛋白激酶Sch9与哺乳动物蛋白激酶S6K1同源.S6K1是哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)和磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)的底物,且与很多人类疾病相关,包括肥胖症、糖尿病和癌症.Sch9和S6K1都对不同营养条件和环境胁迫条件下的细胞生长调控很重要.Sch9激活环内的磷酸化位点570位苏氨酸残基也被称为PDK1位点,而737位苏氨酸位点也被称为PDK2位点,这两个位点的磷酸化对Sch9的活性非常重要.蛋白激酶Pkh1/2磷酸化Sch9的PDK1位点,而雷帕霉素靶蛋白复合体1(TORC1)磷酸化PDK2位点.为了深入了解Sch9在细胞中的功能,阐明不同环境条件下及时序衰老过程中Sch9的PDK1和PDK2位点磷酸化的调控就显得尤为重要.利用特异性识别570位苏氨酸残基磷酸化的Sch9蛋白和特异性识别737位苏氨酸残基磷酸化的Sch9蛋白的两种抗体,对不同环境条件下和时序衰老过程中Sch9的两个位点的磷酸化调控进行了研究.研究结果揭示了Sch9的两个磷酸化位点在营养感受、胁迫应答、热量限制和时序衰老过程中的调控方式.揭示Sch9的PDK1位点磷酸化的调控与热量限制延长出芽酵母时序寿命密切相关.     

弗氏志贺菌磷酸化蛋白的检测

目的:检测弗氏志贺菌全菌蛋白中被磷酸化修饰的蛋白。方法:制取弗氏2a志贺菌2457T野生株全菌磷酸化蛋白样品时加入磷酸化酶抑制剂,随后对样品进行双向电泳,以抗磷酸丝氨酸/苏氨酸/酪氨酸抗体为免疫探针,通过Western印迹找到被磷酸化的蛋白,并进行胶内酶解及MALDI-TOF质谱分析。结果与结论:共检测到13个磷酸化蛋白,其中9个为代谢途径中的酶。     

人朊蛋白不同N-糖基化修饰突变体的构建及其在哺乳动物细胞中表达

构建并表达人朊蛋白N-糖基化修饰位点突变的真核表达载体,有助于进一步研究朊蛋白N-糖基化修饰的生物学功能。定点突变野生型人朊蛋白基因PRNP,将获得的突变体亚克隆至真核表达载体pcDNA3.1中,并在人宫颈癌细胞株HeLa中瞬时表达各种朊蛋白糖基化修饰位点突变体,利用免疫印迹和糖苷酶消化等糖蛋白分析方法鉴定表达产物的糖基化形式。经Western blot鉴定,野生型和突变型朊蛋白表达产物出现不同形式的泳动特征,分别出现特异性糖基化修饰的多个条带,单糖基化修饰的两条条带和无糖基化修饰的一条条带。经PNGase F糖苷酶消化,野生型和糖基化单点突变型表达产物均能被糖苷酶消化,其分子量下移,去糖基化突变型表达产物的分子条带位置不变。通过突变野生型人朊蛋白基因PRNP的N-糖基化修饰位点,获得单糖基化修饰和去N-糖基化修饰的6种人朊蛋白突变体,并能够在HeLa细胞株中瞬时表达单糖基化修饰和去N-糖基化修饰朊蛋白,为进一步研究朊蛋白的相关功能建立良好基础。     

针对人Tudor-SN蛋白T103位点的应激磷酸化抗体制备及分析

目的：针对人Tudor-SN蛋白T103位点（103位苏氨酸,Thr103）制备兔源多克隆磷酸化抗体,并进行应激磷酸化的时相分析。方法：首先人工合成含磷酸化T103（pT103）位点的多肽,4次免疫新西兰大白兔后获取抗血清;然后以AKTA蛋白纯化系统进行纯化,并利用Western blotting和细胞免疫荧光实验对纯化后的抗pT103抗体进行鉴定;最后以In-cell Western法进行Tudor-SN蛋白的应激磷酸化/去磷酸化时相性分析。结果：（1）确定并合成磷酸化多肽“TIENKpTPQGRC”,收集约75 ml兔源抗血清,纯化后获取2.08 mg/ml抗pT103抗体;（2）当HeLa细胞受到氧化应激时,以pT103抗体检测的磷酸化信号增强,可在胞浆中检测到颗粒状信号,与内源性Tudor-SN应激颗粒存在共定位关系;（3）在氧化应激及应激去除后恢复过程中,T103位点的磷酸化水平呈现一定的波动性时相。结论：成功制备针对Tudor-SN蛋白T103位点的兔源多克隆抗pT103抗体,有助于从磷酸化修饰角度进行Tudor-SN在细胞应激方面的机制探讨。     

Endophilin B1 基因及蛋白的生物信息学分析

目的:利用生物信息学方法分析人Endophilin B1基因以及蛋白的结构,为进一步研究其功能和参与的调控机制提供一定的理论依据。方法:通过GenBank搜索Endophilin B1基因及蛋白序列,采用生物信息学方法分析该基因在不同物种中的差异,分析该蛋白的亚细胞定位,二级结构,功能域以及抗原表位。结果:该基因编码一个长度为365个氨基酸的蛋白,具有两个BAR和SH3两个功能域。Endophilin B1蛋白理论分子量为40796.3,理论等电点为5.78。二级结构中α螺旋(H)占56.44%,β折叠(E)占5.48%,无规卷曲占38.08%。Endophilin B1蛋白含有4个可能的N连接糖基化位点,5个潜在的酪蛋白激酶II磷酸化位点,7个豆蔻酰基化位点,3个PKC磷酸化位点以及2个酪氨酸激酶磷酸化位点。并进一步利用DNAstar软件分析了了该蛋白的抗原表位。结论:利用生物信息学预测出的结构和功能信息,能为Endophin B1蛋白的相关研究提供一定的信息基础。     

类泛素化修饰蛋白SUMO1的表达纯化及抗体制备

SUMO是近年发现的类泛素化修饰蛋白,可通过异肽键共价连接到靶蛋白上,影响靶蛋白的细胞内定位、稳定性及与其它生物大分子的相互作用. 为研究蛋白质的SUMO化修饰,本文表达并利用亲和层析的方法纯化了重组的人SUMO1,制备了兔抗hSUMO1的多克隆抗体. 经ELISA和免疫印迹检测,获得了灵敏度高、特异性好的抗体,可用于SUMO化修饰靶蛋白的鉴定及SUMO化修饰的生物学功能研究.     

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。     

生物质谱结合IMAC亲和提取和磷酸酶水解分析蛋白质磷酸化修饰

蛋白质磷酸化是生物体内非常重要的翻译后修饰方式 ,对磷酸化蛋白质的分析及磷酸化位点的确定有助于理解与其相关的生物功能。基质辅助激光解吸 /电离飞行时间质谱和电喷雾 四极杆 飞行时间质谱这两种生物质谱仪在蛋白质鉴定和翻译后修饰分析中发挥着重要作用。固相金属亲和色谱可选择性亲和提取肽混合物中的磷酸肽 ,结合磷酸酶水解实验和基质辅助激光解吸 /电离飞行时间质谱分析可确定肽混合物中的磷酸肽 ,最后用电喷雾 四极杆 飞行时间串联质谱分析磷酸肽的序列 ,结合数据库检索确定磷酸化位点。     

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．     

β肾上腺素受体的结构与功能域

β肾上腺素受体具有视紫红质样结构,包括由膜两侧亲水环相互联结7个疏水性跨膜α螺旋结构,N端无信号序列而含有2个N-糖基化位点,C端富含丝氨酸和苏氨酸残基.7个跨膜结构构成配基结合位点.β受体细胞膜内侧环状序列形成两亲α螺旋结构,与G蛋白相互作用.C端及第3个内侧环的丝氨酸及苏氨酸残基构成受体磷酸化位点,参与受体功能调控.     

心肌肌钙蛋白Ⅰ的磷酸化与非磷酸化调节

由于心肌肌钙蛋白复合体Ⅰ亚基(Troponin Ⅰ,TnⅠ)特殊的分子结构,使其在心肌收缩过程中起"分子开关"的重要作用.心肌TnⅠ具有6个磷酸化位点,第23/24位丝氨酸残基可被蛋白激酶A(PKA)、蛋白激酶D(PKD)和蛋白激酶G(PKG)磷酸化,发挥正性肌力作用;第43/45位丝氨酸残基以及第144位酪氨酸残基可被蛋白激酶C(PKC)磷酸化,可能主要起负性肌力作用;蛋白激活激酶(PAK)磷酸化第149位丝氨酸残基后的作用尚待探明.另外,经蛋白水解酶calpain降解含磷酸化位点的片段,产生去磷酸化作用;亦可通过降解一些特定片段来改变TnⅠ空间构象,引起非磷酸化调节作用.     

CDC25B蛋白亚细胞定位调控小鼠1-细胞期受精卵发育

为探讨小鼠细胞分裂周期25B（CDC25B）蛋白149位丝氨酸磷酸化状态对小鼠1 细胞期受精卵中CDC25B的亚细胞定位和发育的影响,应用定制的CDC25B-pS149位的 磷酸化和非磷酸化抗体检测小鼠1-细胞期受精卵各细胞时期的磷酸化和非磷酸化状 态;应用免疫荧光观察各期受精卵中CDC25B蛋白的定位情况;将质粒pEGFP-CDC25B -WT、pEGFP-CDC25B-S149A和pEGFP-CDC25B-S149D融合质粒及空载体质粒显微注射入 G1期受精卵中,观察不同显微注射组小鼠1-细胞期受精卵中外源性CDC25B蛋白亚细 胞定位．结果显示,CDC25B-S149位丝氨酸在G1和S期被磷酸化,在G2和M期去磷酸化 ．1-细胞期受精卵从G2向M期的转换过程中,发生了CDC25B向细胞核区的移位,到2- 细胞初期,部分CDC25B蛋白又从细胞核回到细胞浆．实验结果提示,小鼠1-细胞期受精卵G2/M期转换过程中,CDC25B 的S149位点磷酸化修饰可能是对CDC25B细胞内定 位及其活性的精确调节方式．     

胰蛋白酶镜像酶LysargiNase的开发及其在蛋白质组学研究中的应用

蛋白质组学是系统鉴定、定量蛋白质及其翻译后修饰形式,并研究这些蛋白质生物学功能的学科。目前,基于质谱的鸟枪法蛋白质组学技术是蛋白质组学研究的主要手段之一,其技术流程是先将蛋白质组样品经位点特异性蛋白酶消化形成肽组,再进行高效液相色谱分离和质谱检测。而位点特异性蛋白酶对蛋白质样品的消化是质谱检测的前提和基础。随着蛋白质组学研究的深入,多种位点特异性蛋白酶被先后开发利用;而切割发生在相应氨基酸的N端,与传统的C端蛋白酶互为镜像的蛋白酶的鉴定、开发、特性研究和广泛使用更是为蛋白质组学研究提供了新的工具。文中对最近发现的胰蛋白酶的镜像酶——赖氨酸精氨酸N端蛋白酶(LysargiNase)的特点及其应用进行综述,为国内外学者更加广泛的使用创造条件。     

葡糖酰胺(O-GlcNAc)修饰:细胞内糖基化的前世今生

糖基化是一种古老的蛋白质翻译后修饰,常见于细胞外的糖被结构和细胞内部的内质网和高尔基体内。近年来,一种细胞内的糖基化修饰逐渐被大家所认识,这就是氧连接的N-乙酰葡糖胺(O-linkedβ-N-acetylglucosamine,O-GlcNAc)。它是唯一发生在细胞内的参与信号转导的糖修饰,一般发生于细胞质和细胞核中。自从20世纪80年代发现O-GlcNAc以来,生物学家和化学家一直在研究它修饰的位点和行使的生物学功能。O-GlcNAc修饰发生在丝氨酸和苏氨酸上,因此可以与磷酸化之间形成阴阳关系并参与信号转导过程。但由于其低丰度易水解的特点导致难以鉴定位点,又使研究人员难以见其真容。本文将回顾O-GlcNAc修饰的发现历史,介绍近年来发展的化学生物学手段对其位点的鉴定,并着重阐释该修饰在细胞周期以及表观遗传等生物过程中的功能。随着学科交叉及质谱技术的发展,古老而弥新的糖基化修饰将绽放出新的花蕾。     

三种隐孢子虫钙依赖蛋白激酶的生物信息学分析

对三种隐孢子虫(C.parvum Iowa II、C.hominis TU502和C.muris RN66)钙依赖蛋白激酶(Calcium-dependent protein kinases,CDPKs)进行生物信息学分析,探索该蛋白的结构并预测其功能,为其基因功能的研究提供一定的理论基础。通过隐孢子虫基因组数据库收集数据,获得三种隐孢子虫CDPKs蛋白的序列信息,通过生物信息学软件进行分析,预测该蛋白的理化性质、翻译后修饰位点、功能域、亚细胞定位、二级结构、亲/疏水性、抗原表位等。隐孢子虫CDPKs的蛋白性质不稳定,理论分子量从59.76 k Da到76.63 k Da,p I值为5.33~6.09,CDPKs不具有跨膜区和信号肽,不是跨膜分泌性蛋白,都具有蛋白激酶C磷酸化位点、酪氨酸激酶Ⅱ磷酸化位点、酪氨酸激酶磷酸化位点、c AMP和c GMP依赖蛋白激酶磷酸化位点、N-端糖基化位点、N-端肉豆蔻酰化位点和EF-hand钙结合域,二级结构主要以α螺旋和无规卷曲为主;CDPKs主要存在虫体细胞内,均有20多个潜在的抗原表位。在隐孢子虫中,CDPKs蛋白不仅可单独发挥作用,而且还能通过相互结合发挥其生物学效应;同时,CDPKs有望成为候选疫苗及潜在药物靶点。     

小鼠Neto2基因克隆及生物信息学分析

[目的]克隆并生物信息学分析小鼠Neto2基因。[方法]]通过RT-PCR方法从小鼠脑组织中克隆Neto2基因,利用生物信息学工具对其理化性质、蛋白结构和系统进化进行分析。[结果]成功构建载体pMD19T-m Neto2。小鼠Neto2基因CDS全长1 662 bp,编码553个氨基酸,该蛋白分子式为C2776H4312N762O826S32,相对分子质量62.6 k Da,等电点为7.18。结构分析显示,小鼠Neto2蛋白二级结构以无规卷曲为主(54.25%),该蛋白有两个跨膜区域及磷酸化修饰位点,无信号肽。小鼠Neto2与Grik2、Necab3、Kars、Grip1等蛋白存在相互作用。[结论]小鼠Neto2蛋白是含553个氨基酸残基的亲水蛋白,含62个磷酸化位点,参与调节神经生长发育、兴奋性神经递质传递、学习记忆等生物学功能。     

甘露聚糖结合凝集素相关丝氨酸蛋白酶2 EGF片段多克隆抗体的制备及鉴定

目的制备甘露聚糖结合凝集素相关丝氨酸蛋白酶2(MBL-associated serine protease-2,MASP-2)EGF功能区蛋白的多克隆抗体并进行鉴定,为后续研究奠定基础。方法利用带有EGF基因片段的p GEX-6P-2原核载体诱导表达GST-EGF融合蛋白,并采用商品化GST-Beads进行纯化;将纯化的融合蛋白作为抗原,与弗氏完全佐剂充分混合后,免疫5周龄BALB/c雌性健康小鼠,制备多克隆抗体;利用琼脂双扩散法检测多克隆抗体的效价,并进一步应用Western blot鉴定多克隆抗体的特异性及效价。结果成功表达并纯化EGF蛋白,以此成功制备出特异性强的GST-EGF融合蛋白的多克隆抗体,与其他蛋白无交叉反应;琼脂双扩散法检测的EGF抗体效价为1∶8;Western blot检测的EGF抗体效价大于1∶2 000。结论成功制备出具有特异性强且效价高的GST-EGF蛋白的多克隆抗体。