泛素蛋白的研究进展

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1、泛素蛋白的研究进展黄新敏，张艳霞，万小荣(仲恺农业工程学院生命科学学院，广东广州510225)摘耍:泛素是一种在细胞内广泛分布的高度保守的小蛋白.在蛋白质降解的标记、DNA修复、基因转录调控及信号转导等各个牛命活动中发挥着重要的作用•与人类的各种疾病、植物的生理生化过程存在着紧密联系：泛素一蛋白酶体及泛素一蛋白酶体抑制剂等广泛应用于抗肿瘤、提高植物抗胁迫能力等方面。介绍了泛素的组成结构，对泛素蛋白的理论研究及应用方面进行了综述，并提出泛素在应用屮存在的问题，最后对泛素的应用进行了展望。关键词：泛素：泛素一蛋白酶体:泛索功能中图分类号：Q81文献标识码：A文章编号：10

2、04—874X(2010)06—0191—04泛素(Ubiquitin,Ub)是一种多肽，由76个氨基酸构成，分子质量为&45ku,1975年首次从小牛的胰脏中分离出来.随后在除了细菌以外的许多不同有机体和组织中被发现，因而被冠以“泛”字(来源于拉丁文ubique.英文意思为everywhere)□泛素的氨基酸序列具有高度保守性.在真核细胞内，泛素以共价键结合到底物蛋白质的赖氨酸残基上，被4个以上泛素标记的蛋白质将被送到“垃圾处理厂”26S蛋白酶体处，被26S蛋白酶体识别并迅速降解。近年来，随着对泛素研究的不断深入，发现泛素不仅仅是蛋白质降解的标记。还在DNA修复、基

3、因转录调控及信号转导等各个生命活动中发挥着重要的作用。1泛素的组成结构泛素是一种由76个氨基酸残基组成的小分子量蛋白质，广泛存在于各种真核生物中.不同來源的泛素蛋白具有类似的结构、功能和免疫学特征，其空间结构如图1所示。泛素蛋白是一个紧密的球状结构，由5个B折叠形成1个空穴，1个Q螺旋存在于这个空穴中并以对角线形式与B折叠紧密结合起来，这种结构称为“泛素折叠”;其功能位点为C■末端的76GIy残基和Lys残基,76Gly残基能与泛素激活酶(ubiquitin一activatingenzyme,El)、泛素结合ubiquitin—conjugatingenzymes,E

4、2s)>部分泛素蛋白连接B(ubiquitin一ligatingenzymes,E3s)以共价键相互作用,最终使泛素同其靶蛋白结合起来。泛素的氨基酸序列高度保守，高等植物中其氨基酸序列是不变的，与酵母存在2个残基的差别，与动物也仅存在3个残基的差别。编码泛素的基因均以融合基因的形式存在，可分为两类：多聚泛素基因(polyubiquitingenes)和C■末端延伸泛素基因C-terminalextensiongenes)o多聚泛素基因表达产物主要参与泛素■蛋白酶体途径中的蛋白质水解，C一末端延伸泛素基因编码的泛素单体通常作为分子伴侣参与核糖体的装配过程。2泛素化与去泛

5、素化泛素参与生命活动的途径包括了经典通路和非经典通路两条通路。经典通路是指泛素介导的蛋白质降解通路；非经典通路是指泛素参与胞内DNA修复、炎性反应应答、蛋白质转运、蛋白质的合成等。这两条通路都存在着两个过程，即泛素化和去泛素化。在真核生物中，蛋口质的降解依赖于泛素。细胞内需要降解的靶蛋白首先在ATP的作用下被泛素标记形成缀合物，这个过程称为泛素化。泛素化过程是一个复杂的、受到高度调控的过程.由3个级联反应组成，需要3类酶参与催化。这3类酶分别称为泛素激活酶(ubiquitin—activatingenzyme,El)^泛素结合酶(ubiquitin一conjugati

6、ngenzymes,E2s)和泛素连接酶(ubiquitin一proteinligatingenzymes,E3s)。整个过程大致如下：首先在ATP的参与下，E1的半胱氨酸活性位点与泛素C末端的廿氨酸形成硫酯键，接着连接在E1上的泛素被转移到E2s的活化半胱氨酸位点，最后，在E3s的催化下泛素C末端与底物的某个位点的赖氨酸£一氨基结合(图2)0在泛素的经典通路屮，泛素化蛋白最后被转运到相对分子量为1X10u的蛋白酶体中完全降解；而在泛素的非经典通路中，被泛素化的蛋白质直接参与各项生命活动。泛素化修饰存在3种不同类型：单泛素化mono一ubiquitination),即

7、单个泛素分子结合到底物蛋白质上，单泛素化的底物还能进一步被多遍再泛素化和多泛素链化：多个单泛素化(multiplemono—ubiquitination),即底物蛋白质的多个赖氨酸(Lys)残基同时被多个单泛素分子标记；多聚泛素化(polyubiquitination),即由数个泛素分子形成的泛素链C端的廿氨酸与单泛素化底物特异性结合。去泛素化是指泛素化的蛋口质在特异性水解酶［去泛素化酶(deubiquitinatingenzymes,DUBs)］的作用下解离泛素分子的过程。根据其同源性去泛素化酶(DUBs)分为两类：即泛素特异性蛋白酶(UBPs或U