泛素化(ubiquitylation)是一种真核细胞中广泛存在的蛋白质翻译后修饰.该修饰通过泛素蛋白(ubiquitin,Ub)C端羧基和底物蛋白赖氨酸侧链氨基共价连接形成异肽键.目前泛素化修饰已被报道参与蛋白质降解、自噬、DNA损伤修复、细胞周期、信号转导、基因表达、炎症免疫等重要生命过程[1-2].质谱组学研究表明,细胞内不仅存在底物蛋白质的单泛素化修饰,还存在以泛素自身N端氨基和赖氨酸侧链氨基为异肽键连接位点的多聚泛素化修饰(Met1、Lys6、Lys11、Lys27、Lys29、Lys33、Lys48、Lys63).这些多聚泛素化修饰依据链接类型的不同又可分为同源多聚泛素链和异源多聚泛素链,前者指单一泛素链上仅存在一种链连接类型,后者则包含多种不同连接类型的混合泛素链以及多位点的分叉泛素链修饰[3](图1).
Fig. 1 Different linkages of ubiquitylation图1 泛素化修饰种类
泛素化修饰的多样性使其能够参与大多数生命活动的调控.例如,Lys48泛素链修饰的底物蛋白能被26S蛋白酶体识别并降解.Lys63泛素链能在非蛋白降解过程如信号转导中发挥重要作用.不仅如此,Lys11、Lys63和Met1泛素链调节NF-κB活性参与炎症免疫过程.Lys6泛素链在线粒体自噬中发挥了关键作用.组蛋白上Lys27和Lys63泛素链修饰能应答DNA损伤修复.目前,除了Lys63泛素链,另外7种类型泛素链几乎都参与了蛋白质降解过程[4].除此之外,分叉泛素和混合泛素修饰参与的生理过程还有待进一步研究[5].
真核细胞的泛素化水平通过E1-E2-E3酶合成系统和去泛素化酶(deubiquitinating enzymes,DUBs)系统共同调控[6].E1激活酶在ATP供能下自身半胱氨酸和泛素C端甘氨酸反应形成高能硫酯中间体,活化Ub;E2结合酶通过同样的硫酯中间体将Ub转移到自身半胱氨酸上;E3连接酶分别识别E2和底物蛋白,催化底物蛋白赖氨酸侧链氨基亲和进攻E2硫酯形成异肽键,从而实现底物蛋白的泛素修饰.目前人体中已发现有2种E1酶、40种E2酶和大约600种E3酶.而与泛素化过程相反,DUBs通过水解底物蛋白上的单泛素和泛素链修饰,对泛素相关过程进行反向调节.人类基因组中编码约90余种去泛素化酶[7].根据结构相似性和作