泛素化发生在哪里？与癌症的关系？国自然又开始了，了解一下这个思路！

用微信扫码二维码

分享至好友和朋友圈

‍‍关 注 我一起学习，一起成长！

这两天在学习泛素化的相关知识，因为某些具体的问题，原以为泛素化基本都是发生在细胞质中的，但不少文献提出蛋白泛素化后会引起蛋白运输到细胞核外，还有些结果显示泛素信号会从细胞质分布变化为细胞核内分布。因此，提出了这样的疑问——泛素化发生在哪里？细胞核？细胞质？

背景知识

泛素：一类低分量的蛋白质，存在于大多数真核细胞中，具有高度保守性。它的主要功能是标记待分解的蛋白。当被泛素标记的蛋白质移动到蛋白酶时，会发生蛋白质水解。泛素也可标记跨膜蛋白，如受体，将其从细胞膜上除去。泛素由76个氨基酸组成，分子量大约8500 Da。

泛素间连接方式：泛素具有7个赖氨酸残基（K6，K11，K27，K29，K33，K48，K63）和一个甲硫氨酸残基（M1）。泛素之间主要通过赖氨酸残基和甲硫氨酸残基进行各种连接。由此产生的泛素链产生一定的拓扑结构，可通过对蛋白底物进行修饰并决定底物的功能。

泛素化：泛素分子在一系列酶作用下，对靶蛋白进行特异性修饰的过程。

泛素化过程：①泛素与E1连接活化：泛素甘氨酸端的羧基连接到泛素活化酶E1的巯基，这个步骤需要以ATP作为能量，最终形成一个泛素和泛素活化酶E1之间的硫酯键。②泛素与E2结合：E1将活化后的泛素通过交酯化过程交给泛素结合酶E2。③泛素通过E3与目标蛋白连接：泛素连接酶E3将结合E2的泛素连接到目标蛋白上，当蛋白上已经存在泛素的时候，结合了E2的泛素可以直接连接在其上而不通过E3。最终，被标记的蛋白质被蛋白酶分解为较小的多肽、氨基酸以及可以重复使用的泛素。

图1细胞生物学和疾病中的泛素信号[6]

泛素化类型：单泛素化——在一个底物蛋白残基上添加一个泛素分子。多泛素化——将一个泛素分子添加到多个底物残基中。根据泛素与底物的连接位点，目前有9种方式的泛素化，包括M1, K6，K11，K27，K29，K33，K48，K63, G76。不同方式的泛素化调控不同的功能。其中，与蛋白酶体降解相关的泛素化为K48。尽管K11或K29连接的泛素链和其它多种非泛素化修饰也可以发挥蛋白酶体信号的功能，但K48连接的泛素链是最普遍的蛋白酶体靶点信号。同时K48连接的多泛素化也有不依赖蛋白酶体的功能，包括对信号事件和转录的调控，可能受泛素链的长度决定[5]。

泛素化的功能：蛋白酶体降解、选择性自噬、信号通路（如NF-κB）、细胞内吞、DNA损伤响应、细胞周期控制和细胞程序性死亡等（图1）。

Mdm2：一种含RING指结构域的蛋白，可以发挥E3泛素-蛋白连接酶活性，能通过自泛素化调节其自身水平。

文献中得到的推论

••••

想着泛素化这个概念已经非常老了，所以在谷歌上用ubiquitination和nuclear等组合为关键词搜了一下，有直接表述的资料不是很多。所以，还是决定在具体的文献去查看。最后找到了下面一些结果，应该还是挺靠谱的[1,2]。

一、p53的泛素化与p53介导的转录的抑制和p53出核是相关的。

二、p53的多泛素化与其失稳是相关的，而单泛素化修饰与p53出核相关。

三、Mdm2介导的p53 C端泛素化对于p53出核是必不可少的。

四、p53-泛素融合蛋白主要定位在细胞质中，提示泛素化会引起蛋白的NES（nuclear export sequence）序列暴露出来。继而被CRM1（一种核输出调控因子）识别从细胞核输出到细胞质中（图2）。

五、有两个潜在方式可能发生：1. 泛素化可以使p53解离成单体，因此暴露NES；2. 泛素化本身可以改变p53在C端区域的构象并暴露NES（图2）。

图2泛素化p53的功能和通路

六、不依赖于Mdm2的泛素化有很多种（图3）。其中，ICP0是外源的HSV-1（单纯性疱疹病毒1）基因编码的含E3连接酶的立早蛋白，含NLS（nuclear localization signal）序列（图4）。早期它会靶向宿主因子使其发生蛋白酶体降解，继而激活病毒表达。ICP0具有细胞核定位序列，并在感染早期在细胞核中发挥作用，但在感染晚期，ICP0只存在于细胞质中。

图3非MDM2依赖性p53泛素化中的E3连接酶

图4非MDM2依赖性p53泛素化中的E3连接酶

接着通过Protein Atlas数据库查看MSL2、WWP1和TRAF6[3]这三个具有核输出功能的E3连接酶的亚细胞定位（图5-7），发现其中的MSL2主要分布在细胞核中，细胞质中也有（较少）；WWP1和TRAF6蛋白主要分布在细胞质中，细胞核中也有（较少）。所以，不同E3连接酶介导的泛素化修饰的位置并不一致，而不同的蛋白发生泛素化修饰的位置很可能也是不一样的。

图5MSL2亚细胞分布

图6WWP1亚细胞分布

图7TRAF6亚细胞分布

癌症中的泛素化

••••

蛋白质稳态对细胞功能的正常发挥是至关重要的，错误定位、含量过度或因错误折叠或其它损伤导致的异常都会损伤细胞。蛋白质稳态包括获得正确的蛋白结构、定位和具有更高秩序的复合物，以及合适的蛋白浓度。蛋白稳态失衡在一系列的神经退行性病变中是很常见的，这些疾病的主要特征是蛋白错误折叠和聚集，例如阿尔兹海默症、帕金森症和肌萎缩性脊髓侧索硬化症[4]。

在肿瘤细胞中，泛素化和去泛素化参与了癌细胞代谢重编程的调控[5]。以下些分子的泛素化都是被报道参与了癌细胞代谢重编程的：mTOR、Rapor、mLST8、DEPTOR、RagA、GATORs、Rheb、TSC复合物、PI3K、PDK1、AKT、PTEN、AMPK、KRAS、HIF、c-Myc、p53、NRF2、SREBP1。此外，癌细胞中泛素化与自噬也有一定的联系，比如ULK1复合物和III型PI3K复合物的K63连接的多泛素化修饰会促进复合物的稳定性，从而促进自噬的激活。还有WIPI2和ATG4的泛素化也参与了对自噬的调控[5]。当然，还有很多其它方面的功能也会与泛素化/去泛素化有关联。

研究方案启发

••••

细胞通过一系列蛋白质量控制（protein quality control, PQC）信号通路，识别底物并指导其重新折叠或清除来调节蛋白降解，进而避免细胞中异常蛋白的积累。错误折叠蛋白的降解的主要通路就是泛素-蛋白酶体系统。细胞质和内质网中的PQC通路是最开始发现的，然而，越来越多的证据表明，细胞核也是一个重要的泛素化和蛋白酶体降解（降解的蛋白不仅仅是细胞核中的，也包括细胞质中的）的PQC隔室[4]。

图8酵母中细胞核泛素-蛋白酶依赖性蛋白质量控制通路[4]

基于上述结论，我们是不是可以选择一个细胞核中的E3连接酶进行研究呢？可以参考酵母中的调控模式查找一个类似调控通路（图8）。

由于精力、能力和时间有限，就抛砖引玉到此了。相信你会构思出一个完美的国自然标书研究方案的！

参考文献

1.

2.

3.

4.

5.

邀请函

——Invitation Letter

微信:Just_Science

生物医学学术交流群

相互借鉴，共同进步

唯问生物

Justscience

专注癌症研究

特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.