泛素化是真核细胞翻译后重要的酶促修饰之一。泛素化蛋白的结构中含有多个赖氨酸残基。其中一个或多个赖氨酸位点可以同时被蛋白质泛素修饰，导致蛋白质翻译后修饰的宏观不均匀性。即使在同一修饰位点，也可以形成赖氨酸修饰的均相泛素链或混合泛素链。泛素分子的n端(蛋氨酸的游离氨基)也可以进行泛素化修饰，形成线性泛素化链，导致复杂多样的蛋白质泛素化修饰在微观上存在异质性。这些都从不同方面反映了蛋白质泛素化修饰结构的多样性、调控的复杂性和功能在真核细胞中的重要性。
泛素的发现
泛素是从胸腺素中分离出来的，在胸腺中被发现，被认为是真核生物中普遍存在的一种免疫原性肽UBIP。与胸腺素只促进T细胞的分化不同，泛素可以同时促进T细胞和B细胞的分化。随后，Goldknopf和Busch发现泛素的c端可以与组蛋白H2A赖氨酸残基的ε-氨基共价连接，揭示了泛素可以修饰其他蛋白质的性质。1978年，Hershko、Ciechanover和他们的同事发现，兔网织红细胞的游离裂解液具有降解依赖ATP的某些底物蛋白的功能。随后，Hough等从该兔网织红细胞裂解液中成功纯化了可降解多聚泛素-蛋白偶联物的26S蛋白酶体，完善了泛素-蛋白酶体体系理论。他和他的合作者阐明了泛素-蛋白酶体在一系列生理过程中的重要作用和分子机制。泛素可以修饰底物蛋白并将其作为信号引导底物到蛋白酶体进行特异性降解，从而维持机体内环境的稳定状态。
泛素的蛋白质结构
泛素以一种特殊的形式存在，它的α螺旋被五层β薄片所包围。SSSSSS的这种结构也存在于泛素样蛋白中。泛素分子的表面有几个重要的疏水表面，它们对泛素分子的生物学功能是必不可少的。其中，由Ile44、Leu8、Val70和His68组成的疏水囊介导泛素单体与蛋白酶体和大多数泛素结合域(UBDs)的结合。这些保守的序列是细胞分裂和蛋白酶体降解所必需的。以Ile36为中心，由Leu71和Leu73形成的疏水表面介导了与泛素链的相互作用以及类hect泛素连接酶、去泛素酶和泛素结合域的识别。由Gln2、Phe4和Thr12组成的表面可能参与了与泛素特异性蛋白酶结构域和UBAN结构域的转运和相互作用。TEK-box由Thr12、Thr14、Glu34、Lys6和Lys11组成，对有丝分裂相关蛋白的降解必不可少。
泛素-蛋白酶体与人类健康
蛋白质泛素化修饰在细胞分裂、分化、神经网络形态形成、细胞表面受体调控、DNA修复、转录调控和基因沉默、免疫调控和炎症反应等细胞生命活动中发挥着重要作用。破坏这些过程中的任何一个都可能导致各种严重的人类疾病，如帕金森病、阿尔茨海默病、亨廷顿病、Prieon病和肌萎缩性脊髓侧索硬化症。
Uba6 (E1) -Use1 (E2)介导底物蛋白的级联泛素化，通过调控这些蛋白的特异性降解，有效调控小鼠胚胎的发育。例如，在小鼠胚胎发育过程中，Uba6的缺失会导致海马和杏仁核神经元结构的改变，树突棘密度的降低和各种行为障碍。
泛素作为信号分子的重要性越来越受到人们的重视。在泛素化蛋白研究技术方面，高覆盖率定量蛋白质组学技术的快速发展为深入研究泛素-蛋白酶体体系提供了契机。抗体、表位标记、串联亲和纯化和位点定向突变等策略使低丰度泛素化蛋白底物的富集成为可能。在数据分析方面，生物信息学分析的成熟，加速了系统生物学中蛋白质泛素化的研究。此外，利用泛素-蛋白酶体系统的关键蛋白作为药物靶点的可行性也受到了广泛的关注。
创造性蛋白质组学可以提供全面的蛋白质泛素化分析包括蛋白质提取、消化、多肽富集、LC-MS / MS分析、数据分析和生物信息学分析。蛋白质修饰的多样性满足了标签识别和药物靶点筛选方法的需要。
参考:
- 徐磊，曲铮。蛋白质泛素化及其降解动力学在生物振荡中的作用。公共科学图书馆，2012，(4)。