1、书书书第 卷第期 年 月福建医科大学学报 蛋白质犹素修饰及其生理学与病理学作用的研究进展许静（综述），吴淑香，林旭，（审校）关键词：犹素修饰；犹素；蛋白质；生理学；病理学；翻译后修饰文献标志码：文章编号：（）收稿日期：资助项目：国家自然科学基金重点项目（）作者单位：福建医科大学 基础医学院，福州 消化道恶性肿瘤教育部重点实验室；肿瘤微生物学福建省重点实验室作者简介：许静，女，福建医科大学 级硕士研究生通信作者：林旭 ：蛋白质翻译后修饰（，）在细胞的生命活动过程中起重要作用，如蛋白质降解、基因表达、信号转录调节、细胞周期进展、应激反应和炎症的发生、发展等。常见的 包括糖基化、甲基化、磷酸化、乙酰
2、化、泛素化和类泛素化等。其中，类泛素化修饰是通过特定酶促反应使类泛素蛋白（，）端共价连接到靶蛋白，与此相关的 包括相素（，）、拟素（，）、肥素（，）、始素（，）和扰素（，）等。犹素（，）属于 ，于 年首次发现，年中文统一命名为犹素。存在于除酵母外的真核细胞中，序列 高 度 保 守，其 引 起 的 蛋 白 质 犹 素 修 饰（）具有重要的生理及病理学意义。针对犹素修饰系统及其靶蛋白，有望研发新型的疾病治疗技术。本研究系统综述了犹素修饰过程及犹素相关组分的特性、犹素修饰的生理学意义及其在疾病发生、发展中的作用。蛋白质犹素修饰过程 与泛素蛋白（，）仅具有 的同源性，但在三级结构上与 相似。与泛素化一
3、样，介导的蛋白质犹素修饰需要三步酶反应，即通过 、和 酶三级酶的级联反应与目标蛋白结合。但与泛素化不同，目前已发现的犹素修饰只涉及各一个 、和 酶。犹素修饰的 过 程（图）：首 先，特 异 性 蛋 白 酶（，）或 特异性蛋白酶（，）切除前 体 端 的 丝 氨 酸 和 半 胱 氨 酸，暴 露第 位保 守 的 甘 氨 酸 残 基，使 其 成 熟；其 次，在 及 参 与 下，被 激 活 酶，即 激 活 酶（，）激活并连接至 的 上；被激活后，与 结合酶 结合酶（，）相互作用，通过转硫酯反应从 的 转移到 的 ；随 后，与 连 接 酶 特异 性 连 接 酶（，）连 接，并 通 过 募 集 靶 蛋 白；
4、最 后，转移至靶蛋白的赖氨酸残基上形成异肽键，完成犹素修饰。在特定情况下，犹素修饰系统关键蛋 白（，）可以作为犹素修饰的辅助因子，通过结合 形成 连接酶复合物，提高 对靶 蛋 白 的 亲 和 力，促 进 犹 素 修 饰。目 前，连接至靶蛋白上存在种机制：（）直接从 （酶）转移至靶蛋白；（）先从 （酶）转移到 （酶），然后再连接至靶蛋白的赖氨酸残基上，。现已鉴定可被犹素修饰的蛋白质包括 结构域蛋白（，又 名 ）、组 蛋 白 （，）、核糖体蛋白 （，）、型氨基酸转运蛋白（，）、减数分裂重组 同源物（，）、溶质载体家族成员（，）、蛋 白 脯 氨 酰羟 化 酶（，）及雌激素受体（，）。需要提及的是，蛋
5、白质犹素修饰包括单犹素修饰和多犹素修饰，但与多聚泛素化修饰不同，多犹素修饰一般发生在蛋白质中不同的赖氨酸位点。此外，与泛素化修饰一样，蛋白质犹素修饰也有对应的去修饰过程，即经犹素修饰的靶蛋白可以通过 、对异肽键进行切割，使 解离。福建医科大学学报 年图蛋白质犹素修饰过程示意图 蛋白质犹素修饰系统组分 定位于细胞核和细胞质中，在内分泌器官及骨髓等均有较高表达。通常以前体形式存在（图），全长 个氨基酸，相对分子质量为 ，具有个赖氨酸（）残基，到目前为止，仅发现 的 参与靶蛋白的犹素修饰，其他位点是否也参与此过程目前尚不清楚。成熟形式的 在其末端仅有一个单一的甘氨酸残基（），且具有独特的缬氨酸甘氨酸
6、（）序列，该序列通过肽键连接到目标蛋白的赖氨酸侧链。这与泛素和许多其他类泛素化蛋白（如、等）不同，它们具有双甘氨酸序列（）。的端第 位氨基酸含有高度保守的 序列（图），这段序列与底物的 结 合 相 关，在 不 同 种 属 生 物 中 高 度 保 守（图）。此 外，的 能 够 与 的 、和 形 成 疏 水 相 互 作 用，表 明 的端与 结合发挥至关重要。是蛋白质犹素修饰的特异性 酶，主要存在于细胞质和内质网中，在内分泌组织、胰腺及肠胃中高表达。但与泛素修饰的 酶不同，它并不包含泛素折叠结构域（，）或 末 端 结 构 域（，），而这些特定结构域负责与泛素修饰相关的 酶相互作用。人细胞 有种由于
7、剪接导致的不同亚型，其中亚型（）为长序列，包含 个外显子，共 个氨基酸；亚型（）缺少端 个氨基酸（外显子编码）。等 证明，末端的存在显著增加了 对 的亲和力，即在相同情况下，与 相比，需要的 浓度更低，激活 的速度显著加快，从而促进 从 酶向 酶的转移。有个功能区域（图）：（）腺苷化结构域（，），位于第 位氨基酸，负责结合 和镁离子，其中 为活性位点，与 结合；（）相互作用序列（，），位于第 位氨基酸，负责与 的相互作用，缺少 区域的 不能与 结合；（）结合序列（，），位于第 位氨基酸，负责与犹素修饰的 酶 相互作用，对 转移至关重要。通过形成同型二聚体发挥功能。二聚体 通过反式结合机制结合个
8、 分子，即在二聚体 中，一个 亚单位以 结合 分子，另一个以位于 结构域的 活性位点结合另一个 分子。这种反式结合可能稳定 的二聚体状态，为激活 过程所必需，其他 酶则未发现。定位于细胞核和细胞质中，在人体各组织细胞中均有一定表达。由 个氨基酸组成（图），其中 是 的活性位点，可与 的 末端甘氨酸形成硫酯键。第 位氨基酸围绕 组成环状结构，在此环状结构内，存在（）基序，与其他 结合酶中存在高度保守的 第期许静，等：蛋白质犹素修饰及其生理学与病理学作用的研究进展：人前体 结构示意图。前体 全长 个氨基酸，有个赖氨酸残基，分别位于第、位，其中第 位赖氨酸参与靶蛋白犹素修饰；第 位氨基酸（）与底物的
9、结合相关；、作用于 ，切除 及 ，使前体 成熟。：前体 第 位氨基酸序列。该段序列在不同物种中高度保守，均为 。：终止密码。图前体 结构及其第 位氨基酸的保守序列 全长 个氨基酸，存在个结构域，分别是 结构域（第 位氨基酸），负责结合 和镁离子，其中 为活性位点，结合 ；区域（第 位氨基酸），负责与 的相互作用；区域（第 位氨基酸），负责与犹素修饰的 酶 相互作用。图 结构示意图 （）基序不同。基序中的 位点突变为疏水氨基酸后会破坏活性位点周围的结构稳定性，从而导致 转移受损。通过转硫酯反应从 转移到 的半胱氨酸残基上，体外硫酯键形成实验发现，的 突变明显影响 从 转移到 ，提示 可能还存在其
10、他的催化结构域尚未发现。是蛋白质犹素修饰的 蛋白连接酶，定位于细胞内质网膜的胞质侧。蛋白在肺、肠、乳腺等组织中广泛表达，特别在肝脏组织中高度表达。没有泛素化或其他类泛素化 连 接 酶 的 任 何 共 同 结 构 特 征，如 环 指 状（）结构域、（）型催化结构域或 结构域，其发挥功能的结构域尚未见报道。由 个氨基酸组成（图），端区域（第 位氨基酸）高度保守，可与 相互作用，是 其 发 挥 蛋 白 连 接 酶 活 性 所 需 区 域；第 位氨基酸区域可与 激活物结合蛋白（，也称为 、或 ）相互作用，从而保护蛋白质免受泛素蛋白酶体途径降解。此外，本身不活跃，需要通过第 位氨基酸与 发生相互作用，增
11、强连接活性进而实现靶蛋白的犹素修饰，并且，丝氨酸苏氨酸蛋白激酶 在 的福建医科大学学报 年 全长 个氨基酸，第 位氨基酸形成环状结构，其中含与 结合的活性位点 及维持结构稳定性、高度保守的 基序。此外，位点可影响 从 转移到 。图 结构示意图 全长 个氨基酸，包括 结合区域（第 位氨基酸）；结合区域（第 位氨基酸）；结合区域（第 位氨基酸）；为作用位点，使 发生磷酸化。图 结构示意图 丝氨酸第 位点磷酸化 ，增强其 连接酶活性。因此，不同于其他 酶，的 酶活性可能是需要其他蛋白质参与或其他未知机制介导完成。关于 是如何发挥其功能、其作用的确切结构域还有待进一步研究。是犹素修饰的特异性蛋白酶，在
12、脑、心脏、肾脏表达水平较高，参与前体 端 的加工和逆转犹素修饰过程。人类中有种 ，分 别 为 和 。和 与已知的类泛素化特异性蛋白酶和去泛素化酶（，）无明显的序列同源性。与典型的半胱氨酸蛋白酶的催化三联体（）不同，、的催化三联体由 （）组成，因此，它们可能构成半胱氨酸蛋白酶的一个新亚家族 。人 有种长度不同的亚型（图）。首先发现的是 ，全长 个氨基酸，因缺乏保守的半胱氨酸活性位点，一直以来 被认为是无功能的。然而，最近研究表明，还有另一种亚型 ，其翻译起始于上游非经典（）密码子 ，而非 。体外 犹 素 修 饰 实 验 表 明，可 以 有 效 地 将 从底物上切割，催化聚 链的解离，从而去犹素修
13、饰。全长 个氨基酸，定位于细胞质，在细胞中表达较低，在犹素修饰中具有双重促进作用，首先是促进前体 的成熟，其次去除 上的潜在自抑制修饰，即 可与 形成 ，影响 连接至靶蛋 白，而 可 去 除 上 连 接 的 ，有利于将 连接至靶蛋白。全长 个氨基酸（图），定位于内质网，广泛表达于多种细胞和组织。作为 特异性蛋白酶，的敲除使 与其底物的解偶联水平下降，从而增强靶蛋白犹素修饰水平，但对其他泛素或类泛素蛋白（如 和 ）没有影响。的第 位氨基酸可与 相互作用，使 发生的犹素修饰减少。研究发现，保守的 残基被 取代会导致 催化活性完全丧失。第期许静，等：蛋白质犹素修饰及其生理学与病理学作用的研究进展：人
14、 的个亚型。亚型全长 个氨基酸，无半胱氨酸活性位点，仅有催化三联体 （第 位氨基酸）；亚型全长 个氨基酸，具有半胱氨酸活性位点（）及催化三联体 （第 位氨基酸）。：人 全长 个氨基酸，包含 结合区域（第 位氨基酸，其中 为活性位点）以及催化三联体 （第 位氨基酸）。图人 结构示意图 缺乏 和 导致前体 端的丝氨酸和半胱氨酸残基不能被切除，无法使靶蛋白发生犹素修饰。此外，这种蛋白酶调节犹素修饰的底物特异性和它们的细胞定位有关。研究表明，定位于细胞质的 不能逆转定位于内质网上的核糖体蛋白 （）的犹素修饰，而定位于内质网的 可与内质网抵抗蛋白（，）相互作用，从而逆转 的犹素修饰。又 称 为 或 （）
15、，是第一个被鉴定的犹素修饰靶蛋白。编码 个氨基酸（图），其中第 位赖氨酸残基上发生犹素修饰。存在 信号肽（第 位氨基酸）、核定位信号（第 位氨基酸）、与 复合体（，蛋白酶体启动因子）结合的结构域（第 位氨基酸）。其中，结构域可以作为多蛋白复合物或蛋白酶体调节物的结构支架。和 的相互作用既不需要 信号肽也不需要 结构域，但 中 信号肽的缺失导致 及 定 位 于 细 胞 核 中。此 外，在第 位氨基酸与 相互作用，在 第 位 氨 基 酸 与 相 互 作用，在第 位氨基酸与 相互作用。沉默 表达会抑制靶蛋白发生犹素修饰，表明 既可以作为犹素修饰的底物也是辅助因子。等的研究证实，当 的犹素修饰位点 突
16、变后，明显降低靶蛋白的犹素修饰，并且与 野生型相比，位点突变后与 的相互作用减弱。因此，可能先通过弱结合 形成具有活性 连接酶复合物（这 可 能 是 激 活 所 需 要 的），然 后 提 高 对靶蛋白的亲和力。犹素修饰对蛋白质的影响 影响蛋白质稳定性蛋白质犹素修饰可影响蛋白质的稳定性，其主要机制在于犹素修饰干扰蛋白质的泛素化修饰，并影响蛋白质通过泛素蛋白酶体途 径 降 解。陶 翊 桀 的 研 究 表 明，与 竞 争 性 地 结 合 干 扰 素 基 因 刺 激 蛋 白 （），从而抑制其 泛素化修饰，进而拮抗蛋白酶体途径降解，影响 蛋白稳定性；等 的研究提示，影响 蛋白的稳定性，在 基因敲低细胞中，更容易受到泛素蛋白酶体介导的降解，而 过表达则降低 的泛素化作用；等 的研究表明，能够通过与 相互作用，从而使 发生犹素修饰，抑制 的泛素蛋白酶体降解途径，维持 稳定性，而 福建医科大学学报 年 全长 个氨基酸，包含 信号肽（第 位氨基酸）、核定位信号（第 位氨基酸）、复合体结合区域（第 位氨基酸）、结合区域（第 位氨基酸）、结合区域（第 位氨基酸）和 结合区域（第 位氨基酸），第 位赖氨酸为发
