蛋白质翻译后修饰是蛋白质在翻译中或翻译后经典的一个加工过程，即通过一个或几个氨基酸残基加上修饰基团或通过蛋白质水解减去基团而改变蛋白质的性质。磷酸化、泛素化、乙酰化、糖基化等都属于蛋白质翻译后修饰，今天小编就给大家介绍泛素化修饰蛋白组学。
 

概述

泛素是一种在真核生物中普遍存在的小分子（8.5KDa）调节蛋白，在人类基因组中，有四个基因编码泛素蛋白：UBB, UBC, UBA52 和 RPS27A。这些泛素蛋白结合到底物蛋白质分子的特定位点上的过程叫泛素化（Ubiquitination），而泛素分子被去除的过程叫去泛素化（Deubiquitination），泛素化与去泛素化是细胞内重要的与蛋白质特异性降解有关的生理过程，同时也是细胞信号途径中进行调节的重要方式。

图1 泛素蛋白的分子结构
 

泛素化

泛素化是将泛素在E1泛素激活酶、E2泛素结合酶和E3泛素连接酶的协同催化作用下共价结合到靶蛋白的过程。在这一系列酶促级联反应当中, E3泛素连接酶是种类最多的，也是在靶蛋白的特异性识别以及泛素化系统活性的调控中起着最重要的作用。

图2 泛素化的过程

 

泛素化的生理功能

2004年，瑞典皇家科学院将年度诺贝尔化学奖授予“泛素-蛋白酶体降解通路”的3位发现者，打开了泛素化修饰的研究大门。同为蛋白表达水平的调控者，泛素化与蛋白的转录合成一样，在生物体内发挥了非常重要的作用。虽然这些年泛素化降解的研究在持续升温，但转录合成相比，其价值还是被低估的。泛素-蛋白酶体系统（UPS）作为细胞内绝大多数蛋白质降解的一种主要方式，介导了真核生物体内80%~85%的蛋白质降解。泛素-蛋白酶体系统（UPS）不仅可以降解错误折叠的异常蛋白，也会降解如转录因子、功能性蛋白等的正常蛋白，在生物体内影响细胞凋亡、亚细胞定位、DNA修饰、转录调控等功能。

图3 泛素-蛋白酶体系统（UPS）
 

泛素化修饰参与了多种生物调控过程，比如免疫炎症、肿瘤、衰老、植物抗逆胁迫、神经机理等，在生命活动中发挥重要功能。
 

 

组学是泛素化研究的利器

近些年，泛素化的相关研究持续升温，自2010年以来，每年文章发表量均超4000篇。2021年更是超过了7000篇，足以彰显其重要性。其中一篇题为“Quantifying Ubiquition Signaling”的综述深入探讨了如何利用蛋白组学工具分析泛素信号系统。接下来小编就分享几篇泛素化修饰蛋白组学精选文章解读，给各位老师提供一些思路参考。

图4 泛素化发文数量

 

 

项目案例1

文章题目：NLRs guard metabolism to coordinate pattern- and effector-triggered immunity

发表期刊：Nature

影响因子：64.8

发表时间：2021.12.15

合作单位：中国科学院分子植物科学卓越创新中心

组学方法：TMT蛋白组学和泛素化位点鉴定

研究结论：本研究证明了水稻中的脱辅基酶PICI1作为模式触发免疫(PTI)和效应物触发免疫(ETI)的免疫中枢。PICI1使甲硫氨酸合成酶失活并稳定，从而通过植物激素yixi的生物合成来激活甲硫氨酸介导的免疫。PICI1被稻瘟病真菌效应物靶向降解抑制PTI。植物免疫系统中的核苷酸结合域，富含亮氨酸重复序列的受体(NLRs)，保护PICI1免受效应子介导的降解，以重新启动蛋氨酸-乙xi级联。PICI1基因的自然变异导致水稻籼粳亚种间基础稻瘟病的抗性差异。因此，NLRs通过效应器依赖于关键防御代谢途径的竞争模式来使PTI与ETI同步，并确保广谱抗性。

 

项目案例2

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

发表期刊：Nature Genetics

影响因子：30.8

发表时间：2015.05.18

合作单位：中科院上海生科院植物生理生态研究所

组学方法：泛素化修饰蛋白组学

研究结论：本文研究非洲水稻（Oryza glaberrima）耐热性的一个主要数量性状位点(QTL)，发现耐热性1 (TT1)编码26S蛋白酶体的α2亚单位，参与泛素化蛋白降解的。泛素组分析表明，OgTT1比OsTT1更有效地消除细胞毒性变性蛋白和更有效地维持热反应过程来保护细胞免受热应激。TT1的变异是基于气候温度的选择，在水稻进化过程中对局部适应有重要作用。此外，还发现OgTT1的过表达与水稻、拟南芥和高羊茅的耐热性显著相关。面对全球变暖的持续威胁，这一发现可能会提高作物的安全性。

 

项目案例3

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

发表期刊：Advanced Science

影响因子：15.1

发表时间：2021.02.08

合作单位：中国医学科学院肿瘤医院

组学方法：泛素化修饰蛋白组学

研究结论：凋亡诱导因子(AIF)在调节细胞存活和凋亡中发挥双重作用，本研究表明OTU去泛素化酶1 (OTUD1)通过去泛素化在AIF的两个功能之间起着连接作用。AIF在K244的去泛素化破坏了正常的线粒体结构并危及氧化磷酸化，而AIF在K255的去泛素化增强了其DNA结合能力以促进部分磷酸化。此外，OTUD1稳定DDB1和CUL4相关因子10 (DCAF10)，并通过CUL4A损伤特异性DNA结合蛋白1 (DDB1)复合物来促进髓细胞白血病序列1 (MCL1)降解，从而激活胱天蛋白酶依赖性凋亡信号。总之，这些结果揭示了OTUD1在激活半胱天冬酶非依赖性和半胱天冬酶依赖性凋亡信号传导中的中心作用，并提出OTUD1表达降低是促进食管鳞状细胞癌化疗耐药的关键。

 

项目案例4

文章题目：Ubiquitin-based pathway acts inside chloroplasts to regulate photosynthesis

发表期刊：Science Advances

影响因子：13.6

发表时间：2022.11.16

合作单位：中国科学院植物生理生态研究所

组学方法：泛素化修饰和label free 蛋白组学

研究结论：研究发现光合作用蛋白(包括叶绿体基因内部编码的蛋白)是泛素化的，并通过CHLORAD 途径加工：依赖CDC48的反向易位到胞质溶胶后被26S蛋白酶体降解。这表明UPS的范围延伸到内共生的叶绿体内部，调节生命最基本的过程光合作用。

 

项目案例5

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

发表期刊：Autophagy

影响因子：13.3

发表时间：2022.03.10

合作单位：浙江大学

组学方法：泛素化修饰蛋白组学

研究结论：本研究发现Avibirnavirus VP3蛋白在感染过程中被泛素化，并通过泛素化支持病毒复制。质谱和突变分析表明VP3在残基K73、K135、K158、K193和K219处泛素化。病毒拯救实验表明，VP3上K73、K193和K219位点的泛素化可以增强传染性法氏囊病病毒(IBDV)的复制能力，K135是病毒存活所必需的。TRAF6(肿瘤坏死因子受体相关因子6)的锌指结构域与VP3介导的K11和K33相关泛素化的结合，促进其核内积累和病毒复制。此外，VP3可以抑制TRAF6介导的NFKB/NF-κB(核因子κB)激活和IFNB/IFN-β(干扰素β)产生，以SQSTM1/p62(序列体1)依赖的方式诱导TRAF6自噬降解，从而逃避宿主的先天免疫。作者发现并证明了一种巨自噬/自噬机制，通过这种机制，Avibirnavirus蛋白VP3在病毒感染期间通过靶向TRAF6来阻断NFKB介导的IFNB产生，并为病毒感染控制提供了一种潜在的药物靶点。

 

项目案例6

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

发表期刊：Journal of Integrative Plant Biology

影响因子：11.4

发表时间：2022.03.11

合作单位：浙江大学

组学方法：泛素化修饰蛋白组学

研究结论：作者研究发现了两个参与叶片衰老的RING-box蛋白编码基因衰老泛素连接酶1和2 (ULS1和ULS2)。ULS1和ULS2的缺乏加速了叶片衰老，脱落酸（ABA）处理特异性促进了叶片衰老。此外，衰老相关基因的表达在uls1/uls2双突变体(相对于野生型(WT))的成熟叶中以ABA依赖的方式受到显著影响，并且ABA含量显著增加。ULS1和ULS2受ABA诱导主要在保卫细胞和衰老叶片中表达。RNA-seq和泛素化蛋白质组学揭示了ABA转运蛋白ABCG40在uls1/uls2突变体中比野生型高表达。最后，在uls1/uls2突变体中，叶片衰老的加速、叶片ABA含量的增加和气孔关闭的促进受到ABCG40功能缺失突变的抑制。这些结果表明，ULS1和ULS2在ABA诱导的叶片衰老和气孔关闭期间反馈抑制ABCG40依赖性ABA转运中起作用。