联系我们
蛋白质翻译后修饰（Post-translational modifications, PTMs）是指蛋白质合成后在其氨基酸侧链或末端进行的一系列化学修饰，这些修饰极大地扩展了基因编码的信息容量，赋予蛋白质多样化的功能。PTMs不仅增加了蛋白质的多样性，而且在细胞信号传递、蛋白质折叠、稳定性和降解、细胞周期调控、基因表达调控等方面起着至关重要的作用。
泛素化
泛素化是一种常见的蛋白质翻译后修饰，它通过将一个小蛋白—泛素（Ubiquitin），连接到目标蛋白上，从而调节蛋白质的命运和功能。泛素化不仅仅局限于单个泛素分子的加接，还包括多泛素链的形成，这些不同的修饰模式在细胞内发挥着多样化的生物学功能。
类型
（1）单泛素化（Monoubiquitination）：单个泛素分子连接到目标蛋白的一个赖氨酸残基上。常与内吞作用、DNA修复、信号传导和基因表达调控等功能相关。
（2）多泛素化（Polyubiquitination）：一个以上的泛素分子串联连接形成泛素链，通常涉及Lys48或Lys63位点的泛素之间的相互作用。Lys48连接的多泛素链主要标记蛋白质进入蛋白酶体降解途径；Lys63连接的多泛素链则更多地参与蛋白质复合体的组装、信号转导和内吞作用等过程。
（3）混合泛素化（Mixed ubiquitination）：泛素链内部存在不同类型的泛素连接方式，这种复杂的修饰模式增加了泛素信号的多样性。
从蛋白质降解到信号转导，再到基因表达调控，泛素化与去泛素化几乎贯穿于所有关键的生命过程之中，涉及以下几大方面：
（1）蛋白质降解与质量控制：最为人所熟知的是，泛素化标记那些需要被快速降解的蛋白质，以便通过蛋白酶体途径清除，维持细胞内蛋白质的稳态。
（2）信号转导与调控：泛素化在信号转导过程中起着开关作用，通过控制蛋白质复合体的装配、稳定性和活性，调节诸如NF-κB、Wnt/β-catenin等多种信号通路。
（3）基因表达调控：核内蛋白质的泛素化，如组蛋白H2A和H2BK，影响染色质结构和转录活性。
（4）细胞周期与DNA修复：在细胞周期检查点中，泛素化参与调控关键蛋白的稳定性和活性，确保DNA复制和分裂过程的准确性；在DNA损伤响应中，泛素化标记受损的DNA片段，启动修复机制。
（5）自噬作用：自噬体选择性地吞噬并降解细胞内的损坏蛋白质和细胞器，这一过程也受到泛素化信号的调控。
实例：
（1）Mdm2蛋白与p53的泛素化：Mdm2是E3泛素连接酶，负责给p53蛋白加上泛素标签，将其送入蛋白酶体降解，从而调控p53的稳定性和细胞周期检查点的完整性。
（2）Notch受体的泛素化：Notch受体在信号传导中经由泛素化和蛋白酶切割释放出胞内段，该段随后转移至细胞核中，参与基因表达的调控。
（3）HIV-1病毒的Nef蛋白与泛素化：HIV-1的Nef蛋白利用宿主的泛素化系统干扰免疫应答，通过泛素化标记MHC I分子促使其内吞和降解，帮助病毒逃避免疫监视。
去泛素化
去泛素化是泛素化过程的逆转，由一组被称为去泛素化酶（Deubiquitinating Enzymes, DUBs）的蛋白酶催化的生化反应。这些酶能够从蛋白质上移除泛素分子，从而恢复蛋白质的原始状态或修改其泛素链结构。DUBs是一大类酶，按照其结构特征和催化机制的不同，可以分为几个主要类型，每个类型包含若干子类别。
（1）USP家族（Ubiquitin-Specific Proteases）：是最大的DUBs家族，包含超过50个成员。USPs具有保守的“HECT-like”结构域，其中心的Cys残基直接参与催化反应。USPs不仅能去除单一的泛素单元，还能剪切泛素链，改变其长度或类型，影响蛋白质降解和信号传导。
（2）OTU家族（Ovarian Tumor proteases）：OTUs以最初发现于卵巢肿瘤相关蛋白酶而得名。它们的结构域较小，催化活性依赖于一个保守的Cys-His双金属离子活性位点。OTUs特别擅长处理Lys48连接的泛素链，这对蛋白质降解有重要意义。
示例包括OTUB1、OTUD5等。
（3）JAMM家族（Josephin/Jab1/Pad2/Mov34 metalloenzymes）：JAMMs是一类含锌指结构域的金属酶。它们的活性位点含有两个His残基和一个Asp残基组成的Zn²⁺绑定序列。JAMMs在蛋白质复合体的拆卸和重组中起作用，例如在cullin-RING E3连接酶中。
（4）MINDY家族（Motif in UB-specific proteases and in DUB-related YOD1）：MINDYs是最近才鉴定出来的一类DUBs，其成员较少。结构上类似于OTUs，但活性位点的化学环境有所不同，这影响了其底物特异性和催化效率。
（5）UCH家族（Ubiquitin C-Terminal Hydrolases）：UCHs是最早发现的DUBs家族，它们的成员数量相对较少。UCHs主要负责单泛素的加工，即从泛素融合蛋白上切割下来游离的泛素分子。某些UCHe成员也能剪切短的泛素链，影响蛋白质的稳定性。
去泛素化过程在细胞生理活动中扮演着极其关键的角色，涉及到细胞周期调控、信号传导、免疫应答、DNA损伤修复以及蛋白质稳态维持等诸多方面。
（1）细胞周期调控：去泛素化在细胞周期进展中至关重要，特别是对Cyclin依赖激酶抑制剂p21和p27的调控。当细胞接收到生长信号后，去泛素酶USP7会去泛素化p21和p27，阻止其过早降解，从而使细胞停留在G1期，直到环境条件适宜才进入S期。相反，在某些情况下，去泛素酶OTU1可以去泛素化Anaphase Promoting Complex/Cyclosome (APC/C)，这是一种在M期后期至中期转换中起关键作用的复合体，从而促进染色体分离和细胞分裂。
（2）信号传导：NF-κB信号通路是去泛素化调控的一个经典案例。在没有刺激的情况下，NF-κB与其抑制因子IκB结合，保持失活状态。当受到外界刺激时，IκB被泛素化并迅速降解，释放NF-κB使其转位入核启动基因表达。然而，这一过程并非单向不可逆，去泛素酶A20可以在NF-κB信号级联反应达到峰值后发挥作用，通过去泛素化IκBα和TRAF6等关键分子，终止信号传递，防止过度激活导致慢性炎症和自身免疫性疾病的发生。
（3）免疫应答：免疫系统的正常运作高度依赖于去泛素化。Toll样受体（TLRs）介导的先天免疫应答中，去泛素酶USP18能够去泛素化IRF3和IRF7，这两个转录因子在抗病毒反应中起核心作用，通过调节IFNβ的产生抵抗病毒入侵。而在适应性免疫中，CD4+ T细胞分化为Th17细胞的过程中，去泛素酶USP25去泛素化Smurf1，进而保护RORγt免遭降解，确保Th17细胞的充分发育和功能实现。
（4）DNA损伤修复：面对DNA双链断裂这样的严重损伤，细胞必须立即启动修复程序以避免遗传物质丢失。去泛素酶BRCA1 C Terminus (BRE) 能够去泛素化BRCA1和RAD51等修复蛋白，加速其招募至损伤部位，促进同源重组修复过程。此外，去泛素酶USP28通过去泛素化PCNA，增加其稳定性，促进错配修复和跨损伤合成，保障基因组稳定性。
（5）蛋白质稳态维持：蛋白质稳态（proteostasis）是指细胞内蛋白质的合成、折叠、运输、修饰、聚集和降解处于动态平衡的状态。去泛素酶参与这一过程的关键环节，比如USP14和UCHL5是蛋白酶体复合体的一部分，它们可以去泛素化待降解的蛋白质，决定其是否真正进入降解流程还是重新利用，从而优化细胞内的蛋白质周转率，避免无谓的能量浪费和潜在的毒性积累。
