泛素化蛋白修饰讲课.pptx

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泛素化蛋白修饰ProteinModificationbyUbiquitination北京协和医学院研究生课程：

细胞信息与调控2010年10月13日TheCentralDogma（Revised）DNARNAProteinBreakdownModification&DegradationE1E2-底物E3ATPAMP+PPiUEb2Ub-UEb1泛素蛋白酶体通路蛋白酶体Ub:

泛素（Ubiquitin），一高度保守的，由76个氨基酸组成的多肽。

E1:

泛素激活酶（Ubiquitin-activatingenzyme），人类仅有2种E1。

E2:

泛素载体蛋白（Ubiquitin-carrierprotein），人类约有30种E2s。

E3:

泛素蛋白连接酶（Ubiquitin-proteinligase），人类有500多种E3s。

9泛素化（ubiquitination）即蛋白质被泛素（ubiquitin，由76个氨基酸组成的多肽）共价修饰的过程，在几乎所有的真核细胞活动中起着关键作用。

泛素蛋白酶体（proteasome）通路则是真核细胞内最主要的蛋白质降解途径。

泛素化调控的细胞活动至少包括:

细胞周期（Cellcycleprogression）细胞凋亡（Apoptosis）转录调控（Transcriptionalregulation）DNA修复（DNArepair）免疫应答（Immuneresponse）蛋白质降解及质量控制（Proteindegradationandqualitycontrol）2TheNobelPrizeinChemistry2004forthediscoveryofubiquitin-mediatedproteolysisAaronCiechanoverAvramHershkoIrwinRose阿龙.西查诺瓦阿夫拉姆.赫希科欧文.罗斯3近年与泛素蛋白酶体相关的PubMed论数在持文续增长篇数4年份本专题内容1.泛素蛋白酶体通路的组成及重要性2.泛素化与泛素化酶3.去泛素化酶4.泛素化异常与人类重大疾病的发生5.蛋白酶体构成6.蛋白酶体抑制剂与药物7.调节蛋白酶体活性的新机制8.类泛素蛋白（SUMO,NEDD8,ISG15,APG8,APG12，PUP等）5中国协和医科大学出版社，2008年泛素介导的蛋白质降解Ubiquitin-Mediated主编：

邱Pr小ot波eol王ys琛is王琳芳参考书陈竺和诺贝尔奖得主AaronC作ie序chanover蛋白质泛素化研究简史1975年，Goldstein误将泛素（Ubiquitin）当作胸腺激素而发现。

1977年，Goldknopf和Busch认定组蛋白2A与泛素以异肽键（IsopeptideBond）结合。

1977年，Goldberg证明人类细胞中存在一可溶的，直接依赖于能量的非溶酶体类蛋白酶。

1978年，Ciechanover和Hershko发现了APF-1是Goldberg系统中蛋白酶系的必要成分，结果发表在BBRC。

1980年，Ciechanover，Hershko和Rose等人证明了APF-1与当时已被发现的泛素是同一物质。

1984年，Finley和Varshavsky等发现泛素在细胞周期中的重要性。

1987年，Goldberg和Rechsteiner两个小组几乎同时分离出分子量很大的依赖于ATP并降解泛素化底物的蛋白水解酶。

1988年，Goldberg将这种蛋白水解酶命名为Proteasome（蛋白酶体）。

1997年，Yeh等小组发现类泛素蛋白SUMO和NEDD8的功能。

2003年，美国FDA批准了用Velcade来治疗多发性骨髓瘤；Velcade是在Goldberg发明的蛋白酶体抑制剂MG132的基础上研发而成的。

2004年，Ciechanover，Hershko和Rose因发现泛素介导的蛋白质降解共同获得诺贝尔化学奖。

2008年，Darwin等在细菌中发现类泛素化修饰。

7Figure8-34Ubiquitin（泛素）泛素由76个氨基酸残基组成，其中包括7个赖氨酸残基（K）,其C末端可与底物的赖氨酸残基形成异肽键，从而引起底物泛素化。

泛素的K11、K29、K48和K63均能参与形成泛素与泛素间的异肽键（Isopeptidebond）。

10E1与ATP结合后，催化泛素羧基末端腺嘌呤化，同时释放无机焦磷酸（PPi）。

E1活化位点的半胱氨酸硫醇激活泛素腺嘌呤核苷酸中间产物上的羧基，形成一个泛素硫酯键。

E2激活的重要条件是位于UBC结构域的一个保守半胱氨酸催化位点与泛素羧基端形成一个硫酯键。

E3催化被E2活化的泛素C-端甘氨酸与底物或下一个泛素的赖氨酸间形成泛素异肽键（Isopeptidebond）。

11调节蛋白质内吞，修饰和转录靶蛋白必须经多聚泛素（多于4个泛素分子）修饰才能被蛋白酶体识别与降解。

泛素化模式（UbiquitinationModes）12调节蛋白质的活性和定位K48polyubiquitylationK63polyubiquitylationMonoubiquitylationMultiplemonoubiquitylationa.RINGfingerdomain（SCF复合体，APC，MDM2，Parkin,和c-Cb1）b.U-boxdomain（CHIP）c.HECTdomain（能与底物形成硫酯键）d.N-EndRuleE3的种类13E3泛素连接酶以单体和复合体两种形式存在14去泛素化作用（Deubiquitination）AmerikandHochstrasser,200415去泛素化酶可分为两类：

泛素-C-末端水解酶，通常参与蛋白降解后泛素分子的再利用及对多聚泛素链的修饰，也参与由泛素前体产生泛素单体的过程（如UCH37、UCH-L1）。

泛素特异性蛋白酶，参与去除蛋白质上的多聚泛素链，也可从短泛素链的末端去掉单个泛素（如USP8）。

去泛素化酶属半胱氨酸蛋白酶，目前已发现90多种。

去泛素化酶（Deubiquitinatingenzyme）16泛素化途径的异常与人类重大疾病神经退行性疾病（如帕金森氏症）：

Parkin,UCH-L1癌症:

BRCA1,CYLD,Mdm2,Nrdp1,pVHL传染病病原体的入侵、致病机制:

E6-AP17泛素连接酶Parkin的失活与帕金森氏症（AR-JP）CurrentOpinioninNeurobiology2004,14:

38438918CurrentOpinioninNeurobiology2004,14:

384389ParkinSubstrates19UCH-L1为一去泛素化酶，它在帕金森氏症病人中的突变可能导致其酶活性的丧失，减少了泛素自由单体的供应及底物蛋白的降解，进而导致黑质病变。

20帕金森氏症中的去泛素化失调蛋白底物修饰肿瘤类别21SKP2p27（KIP）PolyubiquitylationMalignantmelanomaMDM2p53PolyubiquitylationNon-small-celllungcancer,HAUSPp53,MDM2De-ubiquitylationsoft-tissuecarcinoma,colorectalcancerNon-small-celllungcancerlymphomaAPCCyclinB,PolyubiquitylationColorectalcancerFANCLsecurinFANCD2MonoubiquitylationFanconianaemia-relatedcancersCYLDIKKDe-ubiquitylationCylindromatosisIAP2BCL10PolyubiquitylationMALTlymphomasCBLpVHLRTKsHIFMultiplemonoubiquitylationPolyubiquitinationLymphoma,AMLandgastriccarcinomavonHippel-Lindaudisease泛素化失调与肿瘤122684956N末端C末端TRAF2结合位点394470CYLD具有TRAF2（TNF-receptor-associatedfactor2，为IB的泛素连接酶）结合位点，可促进IB的去泛素化。

去泛素化酶CYLD的突变与圆柱瘤Cylindromatos的发生相关CYLD促进IB的去泛素化，从而抑制NF-B的活性23NENGLJMED2004,350:

187-18824圆柱瘤Cylindromatos也称“头帕肿瘤综合症”（turbantumoursyndrome）,其患者细胞CYLD的两个等位基因都发生了突变，结果使患者细胞C中YLD丧失功能，导致核转录因子NF-B的过度活化；启动基因的转录，导致细胞的过度增殖泛素连接酶Mdm2和E6-AP与p53的降解和癌症25UbiquitinationoccursonhistonesH1,H2A,H2BandH3.Thismodificationondifferenthistonesplaysdistinctrolesinregulationofchromatinstructures,andhencegeneexpressionandgenomestabilityUbiquitinationandtranscriptionalregulationUbiquitinationofhistoneH2AandH2Bhasoppositeeffectsontranscription.UbiquitinationofH2Bisassociatedwithgeneactivation,whileH2AubiquitinationcontributestogenesilencingWangetal.,NATURE|VOL431|14OCTOBER2004Leeetal.,Cell131,10841096,2007HistoneCrosstalkbetweenH2BMono-ubiquitinationandH3MethylationMediatedbyCOMPASSCps35IsRequiredforTranslatingHistoneCrosstalkbetweenH2BMonoubiquitinationandH3MethylationbyCOMPASS1.Nrdp1是一新的含有RINGfinger结构域的泛素连接酶。

RINGFingerSubstrate-BindingRegionNrdp1是一促进ErbB3及BRUCE泛素化和降解的泛素连接酶BIRdomain2.ErbB3是表皮生长因子受体家族（EGFRfamily）成员之一，在生长，发育及细胞存活中起着关键的作用。

该家族与许多肿瘤密切相关，已成为癌症治疗的重要标靶之一。

3.BRUCE/Apollon是一含有BIRdomain（凋亡抑制蛋白的标志性结构域）和E2domain的巨型（530kDa）膜蛋白E2（ubiquitin-carrier）domain26Nrdp1促进细胞凋亡并可能与癌症和帕金森氏症相关ApoptoticStimuliPI3kinaseAKT/PKBIKKabErbB3I-BPNF-BactivationApoptosisCaspase-3/7Caspase-9OtherIAPs（e.g.,c-IAP1）SmacSmacprecursorParkinBRUCE?

Pro-casp-9p53Sperm