泛素化修饰与身体调控及疾病的关系
泛素化修饰与身体调控及疾病的关系
来源：学术堂 作者：朱老师
发布于：2017-04-12 共13341 字
为维持自身稳态（homeostasis），细胞必须能够及时回应内部及外部环境的迅速变化，而针对
特定蛋白质的翻译后修饰（post-translational modification,PTM）正是一种极其敏感、迅速
并且可逆的调节方式[1].小分子修饰如磷酸化、甲基化及乙酰化修饰的机制与功能在细胞生物
学的各个方面都已得到广泛而深入的研究。而泛素化（ubiquitination），作为一类作用方式更
加复杂且作用结果更加多样的蛋白质修饰，在细胞生命周期各个方面扮演着同样重要的角色。
通过对蛋白质稳定性、定位、活性以及相互作用的调控，泛素化广泛参与了诸如转录调
节、DNA 损伤修复、细胞周期、细胞凋亡、囊泡运输等生理过程[2~7].
与磷酸化、甲基化以及乙酰化修饰所添加的单一基团不同，泛素（ubiquitin, Ub）是一种由 76
个氨基酸组成的小分子蛋白质，广泛存在于所有真核细胞中，且序列高度保守，从酵母到人仅
相差 3个氨基酸[8].泛素化是指泛素在一系列酶的催化作用下共价结合到靶蛋白的过程。泛素
化过程通常需要 3 种泛素化酶的 协 同 作 用： E1 泛素激活酶（ubiquitin-
activatingenzyme）、E2 泛素偶联酶（ubiquitin-conjugatingenzymes）和 E3 泛素连接酶
（ubiquitin-ligase enzymes）。首先， E1 利用 ATP 提供的能量在泛素 C端赖氨酸（Lys）残基
上的羧基基团与自身的半胱氨酸（Cys）残基上的巯基基团间形成高能硫酯键，从而活化泛素
分子。然后，激活的泛素通过硫酯键再被接合到 E2 的Cys 残基上。最终，激活的泛素或者通
过E2 直接连到蛋白底物上，或是在 E3 作用下通过泛素的羧基末端与靶蛋白 Lys 残基的 e-氨基
之间形成氨基异肽键而将泛素转移到靶蛋白上。如果靶蛋白结合单个泛素分子，则称为单泛素
化；如果靶蛋白的多个 Lys 残基同时被单个泛素分子标记称为多泛素化；而靶蛋白的单个 Lys
残基被多个泛素分子标记则称为多聚泛素化。在这一系列酶促级联反应当中， E3 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。
据估计人基因组编码 2种E1s、大约 40 种E2s 和超过 600 种E3s[9],根据 E3 的结构特点可将其
分为含RING（really interesting new gene）结构域的E3s,和含HECT（homologous to E6-AP
carboxyl terminus）结构域的E3s 以及含U-box 结构域的E3s.其中，含RING 和U-box 结构域的
E3,在功能与结构都高度相似，均作为脚手架蛋白将具有催化活性的 E2 与靶蛋白连接起来从而
促进泛素化反应。而具有HECT 结构域的E3s 本身就具有催化活性，能将泛素从 E2 转移到自
身半胱氨酸上再直接连接到底物蛋白。因此，对于前两类E3s, E2 与E3 共同决定泛素化链的长
度与种类，而具有HECT 结构域的E3s 则自身起着决定性的影响[10].
泛素分子全长包含 7个赖氨酸位点（K6, K11,K27, K29, K33, K48 和K63）和 1个位于 C端的
甘氨酸（Gly）位点以及位于 N端的甲硫氨酸（Met1）位点。根据现有研究，无论在细胞内环
境还是胞外反应体系，泛素自身的每个赖氨酸位点以及 N端的甲硫氨酸（Met1）位点都可以发
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泛素化修饰与身体调控及疾病的关系来源：学术堂作者：朱老师发布于：2017-04-12共13341字为维持自身稳态（homeostasis），细胞必须能够及时回应内部及外部环境的迅速变化，而针对特定蛋白质的翻译后修饰（post-translationalmodification,PTM）正是一种极其敏感、迅速并且可逆的调节方式[1].小分子修饰如磷酸化、甲基化及乙酰化修饰的机制与功能在细胞生物学的各个方面都已得到广泛而深入的研究。而泛素化（ubiquitination），作为一类作用方式更加复杂且作用结果更加多样的蛋白质修饰，在细胞生命周期各个方面扮演着同样重要的角色。通过对蛋白质稳定性、定位、...
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