蛋白质组学

泛素-蛋白酶体系统相关研究

泛素-蛋白酶体系统(ubiquitin-proteasome system, UPS)是细胞内蛋白质降解的主要途径,参与细胞内80%以上蛋白质的降解。泛素对蛋白质来说无异于“死神来了”,一旦被盯上,终将被摧毁。

泛素-蛋白酶体系统降解蛋白的途径包括两个主要阶段。第一阶段为泛素与蛋白底物的相互作用:①高能硫酯键E1(泛素活化酶)-泛素复合物的形成,消耗一分子ATP,并释放一分子单磷酸腺苷(AMP)和一分子焦磷酸;②活化泛素(E1-泛素复合物)转移到E2(泛素结合酶)上,释放出E1,形成高能键E2-泛素复合物;③底物被E3(泛素连接酶)识别并与之结合;④E2-泛素复合物上的泛素转移到E3上,形成高能键复合物,继而底物通过赖氨酸的ε-氨基形成酰胺键与泛素连接,泛素分子逐个相加形成链状结构。

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,蛋白底物去折叠,并通过蛋白酶体受体端裂隙进入20S核心颗料内部,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)。

泛素-蛋白酶体系统由以下几个组分构成:

①泛素:含有76个氨基酸残基,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): MQIFVKTLTGKTITLEVEPSDTIENVKAKIQDKEGIPPDQQRLIFAGKQLEDGRTLSDYNIQKESTLHLVLRLRGG,分子量约8.5kDa,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,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,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。

泛素衍生物:人重组泛素,LSS-SI201

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,E1-泛素中间体中的泛素可以转移给数个E2。

泛素活化酶E1,LSS-NE101

③泛素结合酶E2,LSS-UB205

以泛素结合酶方式起作用,活性部位为半胱氨酸,E1将活化后的泛素转移到E2半胱氨酸的巯基上。

泛素结合酶E2,肌肉特异性环指蛋白1,LSS-UB301

④泛素连接酶E3:为泛素-蛋白酶体系统选择性降解机制的关键因素,识别被降解的蛋白并将泛素连接到底物上。

⑤蛋白酶体(2.5MDa),泛素C端水解酶L5,LSS-DB102:由2个19S和1个20S亚单位组成的桶状结构,19S为调节亚单位,位于桶状结构的两端,识别多聚泛素化蛋白并使其去折叠。19S亚单位上还具有一种去泛素化的同功肽酶,使底物去泛素化。20S为催化亚单位,位于两个19S亚单位的中间,其活性部位处于桶状结构的内表面,可避免细胞环境的影响。 







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