蛋白質(zhì)翻譯后修飾是蛋白質(zhì)在翻譯中或翻譯后經(jīng)典的一個(gè)加工過(guò)程，即通過(guò)一個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基加上修飾基團(tuán)或通過(guò)蛋白質(zhì)水解減去基團(tuán)而改變蛋白質(zhì)的性質(zhì)。磷酸化、泛素化、乙?；⑻腔榷紝儆诘鞍踪|(zhì)翻譯后修飾，今天小編就給大家介紹泛素化修飾蛋白組學(xué)。
?

概述

泛素是一種在真核生物中普遍存在的小分子（8.5KDa）調(diào)節(jié)蛋白，在人類(lèi)基因組中，有四個(gè)基因編碼泛素蛋白：UBB, UBC, UBA52 和 RPS27A。這些泛素蛋白結(jié)合到底物蛋白質(zhì)分子的特定位點(diǎn)上的過(guò)程叫泛素化（Ubiquitination），而泛素分子被去除的過(guò)程叫去泛素化（Deubiquitination），泛素化與去泛素化是細(xì)胞內(nèi)重要的與蛋白質(zhì)特異性降解有關(guān)的生理過(guò)程，同時(shí)也是細(xì)胞信號(hào)途徑中進(jìn)行調(diào)節(jié)的重要方式。

圖1 泛素蛋白的分子結(jié)構(gòu)
?

泛素化

泛素化是將泛素在E1泛素激活酶、E2泛素結(jié)合酶和E3泛素連接酶的協(xié)同催化作用下共價(jià)結(jié)合到靶蛋白的過(guò)程。在這一系列酶促級(jí)聯(lián)反應(yīng)當(dāng)中, E3泛素連接酶是種類(lèi)最多的，也是在靶蛋白的特異性識(shí)別以及泛素化系統(tǒng)活性的調(diào)控中起著最重要的作用。

圖2 泛素化的過(guò)程

?

泛素化的生理功能

2004年，瑞典皇家科學(xué)院將年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予“泛素-蛋白酶體降解通路”的3位發(fā)現(xiàn)者，打開(kāi)了泛素化修飾的研究大門(mén)。同為蛋白表達(dá)水平的調(diào)控者，泛素化與蛋白的轉(zhuǎn)錄合成一樣，在生物體內(nèi)發(fā)揮了非常重要的作用。雖然這些年泛素化降解的研究在持續(xù)升溫，但轉(zhuǎn)錄合成相比，其價(jià)值還是被低估的。泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（UPS）作為細(xì)胞內(nèi)絕大多數(shù)蛋白質(zhì)降解的一種主要方式，介導(dǎo)了真核生物體內(nèi)80%~85%的蛋白質(zhì)降解。泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（UPS）不僅可以降解錯(cuò)誤折疊的異常蛋白，也會(huì)降解如轉(zhuǎn)錄因子、功能性蛋白等的正常蛋白，在生物體內(nèi)影響細(xì)胞凋亡、亞細(xì)胞定位、DNA修飾、轉(zhuǎn)錄調(diào)控等功能。

圖3 泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（UPS）
?

泛素化修飾參與了多種生物調(diào)控過(guò)程，比如免疫炎癥、腫瘤、衰老、植物抗逆脅迫、神經(jīng)機(jī)理等，在生命活動(dòng)中發(fā)揮重要功能。
?

?

?

組學(xué)是泛素化研究的利器

近些年，泛素化的相關(guān)研究持續(xù)升溫，自2010年以來(lái)，每年文章發(fā)表量均超4000篇。2021年更是超過(guò)了7000篇，足以彰顯其重要性。其中一篇題為“Quantifying Ubiquition Signaling”的綜述深入探討了如何利用蛋白組學(xué)工具分析泛素信號(hào)系統(tǒng)。接下來(lái)小編就分享幾篇泛素化修飾蛋白組學(xué)精選文章解讀，給各位老師提供一些思路參考。

圖4 泛素化發(fā)文數(shù)量

?

?

項(xiàng)目案例1

文章題目：NLRs guard metabolism to coordinate pattern- and effector-triggered immunity

發(fā)表期刊：Nature

影響因子：64.8

發(fā)表時(shí)間：2021.12.15

合作單位：中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心

組學(xué)方法：TMT蛋白組學(xué)和泛素化位點(diǎn)鑒定

研究結(jié)論：本研究證明了水稻中的脫輔基酶PICI1作為模式觸發(fā)免疫(PTI)和效應(yīng)物觸發(fā)免疫(ETI)的免疫中樞。PICI1使甲硫氨酸合成酶失活并穩(wěn)定，從而通過(guò)植物激素yixi的生物合成來(lái)激活甲硫氨酸介導(dǎo)的免疫。PICI1被稻瘟病真菌效應(yīng)物靶向降解抑制PTI。植物免疫系統(tǒng)中的核苷酸結(jié)合域，富含亮氨酸重復(fù)序列的受體(NLRs)，保護(hù)PICI1免受效應(yīng)子介導(dǎo)的降解，以重新啟動(dòng)蛋氨酸-乙xi級(jí)聯(lián)。PICI1基因的自然變異導(dǎo)致水稻秈粳亞種間基礎(chǔ)稻瘟病的抗性差異。因此，NLRs通過(guò)效應(yīng)器依賴(lài)于關(guān)鍵防御代謝途徑的競(jìng)爭(zhēng)模式來(lái)使PTI與ETI同步，并確保廣譜抗性。

?

項(xiàng)目案例2

文章題目：Natural alleles of a proteasome α2 subunit gene contribute to thermotolerance and adaptation of African rice

發(fā)表期刊：Nature Genetics

影響因子：30.8

發(fā)表時(shí)間：2015.05.18

合作單位：中科院上海生科院植物生理生態(tài)研究所

組學(xué)方法：泛素化修飾蛋白組學(xué)

研究結(jié)論：本文研究非洲水稻（Oryza glaberrima）耐熱性的一個(gè)主要數(shù)量性狀位點(diǎn)(QTL)，發(fā)現(xiàn)耐熱性1 (TT1)編碼26S蛋白酶體的α2亞單位，參與泛素化蛋白降解的。泛素組分析表明，OgTT1比OsTT1更有效地消除細(xì)胞毒性變性蛋白和更有效地維持熱反應(yīng)過(guò)程來(lái)保護(hù)細(xì)胞免受熱應(yīng)激。TT1的變異是基于氣候溫度的選擇，在水稻進(jìn)化過(guò)程中對(duì)局部適應(yīng)有重要作用。此外，還發(fā)現(xiàn)OgTT1的過(guò)表達(dá)與水稻、擬南芥和高羊茅的耐熱性顯著相關(guān)。面對(duì)全球變暖的持續(xù)威脅，這一發(fā)現(xiàn)可能會(huì)提高作物的安全性。

?

項(xiàng)目案例3

文章題目：OTUD1 Activates Caspase-Independent and Caspase-Dependent Apoptosis by Promoting AIF Nuclear Translocation and MCL1 Degradation

發(fā)表期刊：Advanced Science

影響因子：15.1

發(fā)表時(shí)間：2021.02.08

合作單位：中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院

組學(xué)方法：泛素化修飾蛋白組學(xué)

研究結(jié)論：凋亡誘導(dǎo)因子(AIF)在調(diào)節(jié)細(xì)胞存活和凋亡中發(fā)揮雙重作用，本研究表明OTU去泛素化酶1 (OTUD1)通過(guò)去泛素化在AIF的兩個(gè)功能之間起著連接作用。AIF在K244的去泛素化破壞了正常的線粒體結(jié)構(gòu)并危及氧化磷酸化，而AIF在K255的去泛素化增強(qiáng)了其DNA結(jié)合能力以促進(jìn)部分磷酸化。此外，OTUD1穩(wěn)定DDB1和CUL4相關(guān)因子10 (DCAF10)，并通過(guò)CUL4A損傷特異性DNA結(jié)合蛋白1 (DDB1)復(fù)合物來(lái)促進(jìn)髓細(xì)胞白血病序列1 (MCL1)降解，從而激活胱天蛋白酶依賴(lài)性凋亡信號(hào)?？傊?，這些結(jié)果揭示了OTUD1在激活半胱天冬酶非依賴(lài)性和半胱天冬酶依賴(lài)性凋亡信號(hào)傳導(dǎo)中的中心作用，并提出OTUD1表達(dá)降低是促進(jìn)食管鱗狀細(xì)胞癌化療耐藥的關(guān)鍵。

?

項(xiàng)目案例4

文章題目：Ubiquitin-based pathway acts inside chloroplasts to regulate photosynthesis

發(fā)表期刊：Science Advances

影響因子：13.6

發(fā)表時(shí)間：2022.11.16

合作單位：中國(guó)科學(xué)院植物生理生態(tài)研究所

組學(xué)方法：泛素化修飾和label free 蛋白組學(xué)

研究結(jié)論：研究發(fā)現(xiàn)光合作用蛋白(包括葉綠體基因內(nèi)部編碼的蛋白)是泛素化的，并通過(guò)CHLORAD 途徑加工：依賴(lài)CDC48的反向易位到胞質(zhì)溶膠后被26S蛋白酶體降解。這表明UPS的范圍延伸到內(nèi)共生的葉綠體內(nèi)部，調(diào)節(jié)生命最基本的過(guò)程光合作用。

?

項(xiàng)目案例5

文章題目：TRAF6 autophagic degradation by avibirnavirus VP3 inhibits antiviral innate immunity via blocking NFKBNF-κB activation

發(fā)表期刊：Autophagy

影響因子：13.3

發(fā)表時(shí)間：2022.03.10

合作單位：浙江大學(xué)

組學(xué)方法：泛素化修飾蛋白組學(xué)

研究結(jié)論：本研究發(fā)現(xiàn)Avibirnavirus VP3蛋白在感染過(guò)程中被泛素化，并通過(guò)泛素化支持病毒復(fù)制。質(zhì)譜和突變分析表明VP3在殘基K73、K135、K158、K193和K219處泛素化。病毒拯救實(shí)驗(yàn)表明，VP3上K73、K193和K219位點(diǎn)的泛素化可以增強(qiáng)傳染性法氏囊病病毒(IBDV)的復(fù)制能力，K135是病毒存活所必需的。TRAF6(腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6)的鋅指結(jié)構(gòu)域與VP3介導(dǎo)的K11和K33相關(guān)泛素化的結(jié)合，促進(jìn)其核內(nèi)積累和病毒復(fù)制。此外，VP3可以抑制TRAF6介導(dǎo)的NFKB/NF-κB(核因子κB)激活和IFNB/IFN-β(干擾素β)產(chǎn)生，以SQSTM1/p62(序列體1)依賴(lài)的方式誘導(dǎo)TRAF6自噬降解，從而逃避宿主的先天免疫。作者發(fā)現(xiàn)并證明了一種巨自噬/自噬機(jī)制，通過(guò)這種機(jī)制，Avibirnavirus蛋白VP3在病毒感染期間通過(guò)靶向TRAF6來(lái)阻斷NFKB介導(dǎo)的IFNB產(chǎn)生，并為病毒感染控制提供了一種潛在的藥物靶點(diǎn)。

?

項(xiàng)目案例6

文章題目：RING‐box proteins regulate leaf senescence and stomatal closure via repression of ABA transporter gene ABCG40

發(fā)表期刊：Journal of Integrative Plant Biology

影響因子：11.4

發(fā)表時(shí)間：2022.03.11

合作單位：浙江大學(xué)

組學(xué)方法：泛素化修飾蛋白組學(xué)

研究結(jié)論：作者研究發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)參與葉片衰老的RING-box蛋白編碼基因衰老泛素連接酶1和2 (ULS1和ULS2)。ULS1和ULS2的缺乏加速了葉片衰老，脫落酸（ABA）處理特異性促進(jìn)了葉片衰老。此外，衰老相關(guān)基因的表達(dá)在uls1/uls2雙突變體(相對(duì)于野生型(WT))的成熟葉中以ABA依賴(lài)的方式受到顯著影響，并且ABA含量顯著增加。ULS1和ULS2受ABA誘導(dǎo)主要在保衛(wèi)細(xì)胞和衰老葉片中表達(dá)。RNA-seq和泛素化蛋白質(zhì)組學(xué)揭示了ABA轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ABCG40在uls1/uls2突變體中比野生型高表達(dá)。最后，在uls1/uls2突變體中，葉片衰老的加速、葉片ABA含量的增加和氣孔關(guān)閉的促進(jìn)受到ABCG40功能缺失突變的抑制。這些結(jié)果表明，ULS1和ULS2在ABA誘導(dǎo)的葉片衰老和氣孔關(guān)閉期間反饋抑制ABCG40依賴(lài)性ABA轉(zhuǎn)運(yùn)中起作用。