蛋白质泛素化、去泛素化与肿瘤发生的关系

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1、蛋白质泛素化、去泛素化与肿瘤发生的关系1泛素及其功能泛素是由76个氨基酸组成的球形热稳定蛋白，其结构在真核细胞中高度保守，在不同生物体间组成泛素的氨基酸序列差别很小。泛素是通过一系列泛素启动酶的作用而与靶蛋白连接的。1.1泛素-蛋白酶体系统的构成（1）泛素：分子量约8.5kDa，广泛存在于真核细胞。泛素链与蛋白底物的结合形成被蛋白酶体降解的识别信号。（2）泛素活化酶E1：通过半胱氨酸残基与泛素C端活化的甘氨酸残基形成硫酯键。（3）泛素转移酶E2：以泛素结合酶方式起作用，活性部位为半胱氨酸。（4）泛素连接酶E3：识别被降解的蛋白并

2、将泛素连接到底物上。（5）26S蛋白酶体（2.5MDa）：蛋白酶体定位于胞核和胞质内。26S蛋白酶体是由2个环状的19S亚单位和1个20S微粒体状的亚单位组成［2］。蛋白酶体被认为是细胞内的再生与回收中心，泛素化的靶蛋白在此被分解为短肽和氨基酸，而泛素被回收再利用。1.2泛素-蛋白酶体降解途径第一阶段为泛素与蛋白底物的相互作用：（1）高能硫酯键E1泛素复合物的形成。在ATP参与下，游离的泛素被E1激活，即E1的半胱氨酸残基与泛素的C末端甘氨酸残基形成高能硫酯键。（2）活化泛素（E1泛素复合物）转移到E2上，释放出E1，形成高

3、能键E2泛素复合物。（3）底物（被磷酸化、氧化、错误折叠或与辅助蛋白结合的蛋白质）被E3识别并与之结合。（4）E2泛素复合物上的泛素转移到E3上，形成高能键复合物。E3可直接或间接地促进泛素转移到靶蛋白上，使泛素的C末端羧酸酯与靶蛋白赖氨酸的ε氨基形成异肽键（单泛素化），或转移到已与靶蛋白相连的泛素上形成多聚泛素链［3］（即多聚泛素化：包括通过Lys6,Lys48或Lys63相连)。此外，第一个泛素分子也可与底物N末端氨基酸残基连接。第二阶段为蛋白酶体对底物的降解。（5）底物泛素链与蛋白酶体19S的泛素受体相互作用，蛋白底

4、物去折叠，并通过蛋白酶体受体端裂隙进入20S核心颗粒内部，被逐步降解；（6）在泛素C端水解酶、脱泛素酶和寡肽酶的作用下，释放出泛素分子（可再次参与循环）［4］。1.3泛素化信号蛋白质泛素化信号包括靶蛋白的磷酸化、接头蛋白的结合或由于断裂、氧化和衰老等引起的蛋白质损伤等［4］。（1）靶蛋白的磷酸化：90年代初就发现细胞表面受体和配体结合后引起受体磷酸化与受体的泛素化降解过程相关［5,6］。随后发现，许多细胞周期调节蛋白的泛素化受其自身磷酸化的调节［7,8］。此外，泛素连接酶的活性也受磷酸化调节［9］。在泛素化降解过程中，通过识别

5、蛋白质Fbox序列而鉴别磷酸化的靶蛋白。具有Fbox序列的蛋白质能够特异性结合磷酸化的蛋白，并且是许多泛素连接酶复合体的组成成分。(2)Ndegron:早在1986年,Bachmair等［10］进行了一系列试验，提出了N末端规则，即通过蛋白质N末端的氨基酸来预测它的半衰期，如蛋白质N末端是丝氨酸，半衰期可以长达20h。(3)靶蛋白损伤：最初认为泛素系统仅仅降解受损伤的蛋白质。泛素蛋白酶体系统的底物包括：受氧化损伤、突变、错误折叠或错误定位的蛋白质。(4)有些氨基酸序列是降解的信号;PEST序列是其中之一，富含脯氨酸

6、、谷氨酸、丝氨酸和苏氨酸。如转录因子G4p，此蛋白正常的半衰期大约为5min,如果将PEST序列移除，半衰期增加到50min。2去泛素化系统特异性的去泛素化酶属于蛋白酶超家族，主要有两大类:(1)泛素羧基末端水解酶家族（ubiquitinCterminalhydrolases,UCHs），属于半胱氨酸蛋白酶，包括UCHL1,UCHL2,UCHL3等分子。UCHs可以通过裂解C末端76位甘氨酸将泛素分子从小的多肽底物上释放出来。现已发现UCHs与一些疾病及肿瘤关系密切。(2)泛素特异性修饰酶家族(ubiquitinspe

7、cificprocessingenzymes,UBPs)包括UbpM,UBP41,UBP4,HAUSP,ISOT1等，这些酶分子都含有2个短而保守的片段即Cys盒和His盒，包括了所有有催化作用的残基，UBPs能将泛素分子从大的蛋白上移除。总之，两组酶都能催化水解泛素分子C末端的多肽链连接(α或ε连接)，起到去泛素化作用。一些抑癌基因的不稳定如P27也已经证实与泛素化降解密切相关。细胞周期依赖激酶抑制因子P27是CDK2/CyclinE和CDK2/CyclinA复合物活性的负调节因子,可阻止细胞从G1期进入S期。P27也是由泛

8、素介导降解的。实验表明，在肠癌、前列腺癌及乳腺癌中P27水平降低［11,12］。P27的低水平与肿瘤的侵袭性、肿瘤的恶性度、临床分期及不佳预后密切相关。动物实验证明肿瘤中SKp2（一种Fbox蛋白）水平明显升高，而后者可促进P27泛素化［13］。去泛素化作用可