泛素蛋白酶体通路生命科学研究进展ppt课件
泛素_蛋白酶体通路的研究进展
基金项目:国家自然科学基金资助项目(30600754)。
3通讯作者,E 2mail:jihuihao@yahoo .com泛素—蛋白酶体通路的研究进展赵天锁,任 贺,郝继辉3(天津医科大学附属肿瘤医院,天津300060) 关键词:泛素—蛋白酶体通路;蛋白质降解;蛋白质酶体抑制剂;肿瘤 中图分类号:R730.2 文献标志码:A 文章编号:10022266X (2009)3220113202 泛素—蛋白酶体通路(UPP )是蛋白质的选择性降解中一项非常重要的机制,研究发现该通路介导的细胞蛋白降解是一个非常复杂而缜密的调控过程,是细胞调控的重要机制,通过降解细胞各通路的抑制因子和(或)激活因子发挥着上调或下调作用。
1 U PP 的组成及其调控过程泛素是一个广泛分布在真核细胞中的小分子球状蛋白质,在一系列酶的催化下,其C 2末端Gly 与靶蛋白的Lys 侧链相连,而后其他泛素分子以Gly 连接到先前结合的泛素分子的Lys 侧链上而形成多泛素化链[1]。
蛋白酶体是一种具有多个亚单位组成的蛋白酶复合体,蛋白酶体沉降系数为26S,故又称26S 蛋白酶体。
它可分为一个具有调节功能的调节颗粒19S 和一个具有蛋白酶体催化活性的核心颗粒20S 。
活性的调节因子主要有两种:19S 调节复合体和11S调节复合体。
调节复合体位于20S 的两端或一端,不同的调节复合体与20S 蛋白酶体结合后功能不同,20S 219S 主要参与降解泛素化蛋白[2]。
UPP 可识别、标记,进而降解那些已经被泛素化的蛋白质。
整个降解过程需要三个步骤:①底物识别:能进行泛素化的底物可带有特殊的降解信号;②泛素与底物的共价连接:这是一个多步骤过程,需要ATP 提供能量,可将多个泛素连接到底物上,常形成多聚泛素链;③降解靶蛋白,同时释放出游离的泛素,从而完成泛素循环[3]。
UPP 降解许多蛋白,这些蛋白包括明确的降解信号或称“降解决定子”。
“降解决定子”是通过泛素系统降解蛋白的基本因素,一旦多聚泛素化链接到蛋白上,蛋白必将运送到蛋白酶体,被展开然后降解,这些步骤依赖于“降解决定子”或蛋白水解底物的特性[4]。
蛋白质泛素化修饰的技术路线PPT课件
针对感染性疾病的治疗，一些研究关注利用泛素化系统来抑制病毒或细菌的复制。通过 调节泛素化修饰相关信号通路，可以抑制感染进程并改善疾病预后。
04
泛素化修饰的干预手段
药物干预
01
02
03
靶向药物
针对特定蛋白质的泛素化 修饰，开发靶向药物，以 调节蛋白质的稳定性、定 位或功能。
开发泛素化修饰相关药物
基于对泛素化修饰机制的理解，开发能够调节泛素化修饰的药物，用于治疗相关疾病。
THANK YOU
抑制酶活性
通过抑制泛素化修饰相关 酶的活性，调控蛋白质的 泛素化水平，进而影响其 生物学功能。
激活酶活性
激活泛素化修饰相关酶的 活性，增加特定蛋白质的 泛素化修饰，以调节其生 物学行为。
基因治疗
基因敲除
通过基因敲除技术，消除 与泛素化修饰相关的基因， 从而调控蛋白质的泛素化 状态。
基因过表达
过表达与泛素化修饰相关 的基因，增加特定蛋白质 的泛素化修饰，以调节其 生物学功能。
泛素化修饰在神经退行性疾病中的作用
泛素化修饰可以调控神经元的生长、突起和凋亡等过程。在神经退行性疾病中，异常的泛 素化修饰可能导致神经元功能障碍和死亡。
神经退行性疾病治疗中的泛素化修饰研究
针对神经退行性疾病的治疗，一些研究关注调节泛素化修饰相关信号通路。通过抑制某些 泛素化酶的活性或调节相关信号通路，可以延缓神经元死亡和疾病进展。
蛋白质泛素化修饰的技术路线ppt 课件
目录
• 泛素化修饰概述 • 泛素化修饰的检测技术 • 泛素化修饰相关疾病研究 • 泛素化修饰的干预手段 • 展望与未来研究方向
01
泛素化修饰概述
泛素化修饰的定义
泛素化蛋白修饰课件
23
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
圆柱瘤Cylindromatos也称 “头帕肿瘤综合症”(turban tumour syndrome), 其患者细 胞CYLD的两个等位基因都发 生了突变，结果使患者细胞中 CYLD丧失功能，导致核转录 因子NF-κB的过度活化；启动 基因的转录，导致细胞的过度 增殖
E3的种类
a. RING finger domain（SCF复合体，APC， MDM2， Parkin, 和c-Cb1）
b. U-box domain（CHIP) c. HECT domain（能与底物形成硫酯键) d. N-End Rule
13
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20
泛素化失调与肿瘤 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
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失调蛋白 底物
修饰
肿瘤类别
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SKP2
泛素连接酶Parkin的失活与帕金森氏症（AR-JP) 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
Current Opinion in Neurobiology 2004, 14:384–389 18
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细胞周期（poptosis） 转录调控（Transcriptional regulation） DNA修复（DNA repair） 免疫应答（Immune response） 蛋白质降解及质量控制（Protein
泛素 蛋白酶体系统PPT精选文档
泛素是于1975年发现的 一种在真核生物细胞内 高度保守的多肽，由76 个氨基酸组成，分子量 约85 kD。泛素分子紧 密折叠成球形，5股混 合的R片层形成一个腔 样结构，内部对角线位 置有1个a螺旋。这个结 构称为泛素折叠。
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Functionally relevant features of the Ub structure. The seven lysine residues are shown in red and labeled, while the L8–I44–V70 hydrophobic patch is shown in gold ball-andstick
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2004年10月6日，瑞典皇家科学院宣布，将2004年诺贝尔化 学奖授予以色列科学家阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科和美 国科学家欧文·罗斯(从左至右)，以表彰他们发现了泛素调节 的蛋白质降解。
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泛素
Functionally relevant features of the Ub structure. The seven lysine residues are shown in red and labeled, while the L8–I44–V70 hydrophobic patch is shown in gold ball-andstick
ligase complex
泛素UPP
泛素连接酶
泛素连接酶（E3）可识别靶蛋白中特异性模体， 并催化泛素与E2脱离而与靶蛋白结合，目前已发现数 百种E3，其多样性表明整个系统中的底物特异性。因 为在选择底物的过程中，E3起关键作用，它直接或间 接通过辅助蛋白与底物发生联系。
26S 蛋白酶体
(1) 20S 核心颗粒:
由一 个七边形环组成的空心圆柱体 结构。外环是α亚单位组成，中环由 β亚单位组成。蛋白酶活性位置面向 β环内腔,可以通过一条α环表面的狭 窄内腔到达。桶状结构的任何一端都 可以和19S 相结合。 在20S 核心颗 粒中发现有蛋白酶体的酶解活性。
UPP 与囊性纤维病
囊性纤维化(CF) 是一种常见的先天性常染色体隐形异 常的多系统紊乱的遗传性疾病，会造成肺部一再感染和肠 道难以吸收营养素。其致病原因之一是囊性纤维化跨膜转 导调节因子(CFTR，一种氯离子通道)基因突变导致CFTR 不能正常到达细胞表面，而在内质网中沉积，并被UPP 降解。CFTR的减少导致细胞膜对部分离子的通透性降低 进而造成粘液分泌过多，而这些粘液不能自由流出呼吸管， 因而一再造成感染。
(2) 19S 亚复合体:
具有调控功能，可进一步分为2 个亚结构,即基 部和唇部。 基部与20S核心颗粒上的α环直接结 合，有6 个同源性的ATP 酶和3 个非ATP 酶活 性的亚单位，ATP 酶打开折叠蛋白质并将它们 送入20S 核心颗粒的活性部位进行作用；唇部亚 单位为非ATP 酶活性，与多泛素链结合 。
UPP 与脓毒症
脓毒症是严重烧伤、严重创伤及大手术后患者常见 的并发症，进一步发展可导致脓毒性休克和多器官功能障 碍综合症等，是临床危重病患者的主要死亡原因。 研究结果表明，脓毒症时骨骼肌蛋白降解增强有可能 不是由于溶酶体蛋白降解途径和钙依赖性途径被激活所致。 又发现，脓毒症患者骨骼肌的泛素mRNA水平比正常者增 加7倍多，而且蛋白酶体中的基因表达也增加。上述研究 结果提示，脓毒症时骨骼肌蛋白降解的增强是由于UPP的 上调表达的结果。
26S蛋白酶体的结构生物学研究进展
1
26S 蛋白酶体的组成单元及生理功能
1977 年, Etlinger 和 Goldberg[8]首次发现了细胞 内存在 ATP 依赖的蛋白质降解现象, 后来 Ciechanover 等人 [9]发现泛素通过标记蛋白质底物参 与了这一 ATP 依赖的降解过程(图 1). 1986 年, Tanaka 等人[10]在大鼠肝脏中鉴定并纯化了 26S 蛋白酶体的 重要组成部分—20S 核心颗粒. 随后, Waxman 等人[11] 在兔子的网织红细胞裂解液中发现了 26S 蛋白酶体 和 20S 核心颗粒. 几乎同时, Hough 等人[12]也在兔子 的网织红细胞裂解液中发现了 26S 蛋白酶体和 20S 核心颗粒. 26S 蛋白酶体全酶由至少 33 个不同蛋白质
成员构成, 在结构上由 19S 调节颗粒和 20S 核心颗粒 两个亚复合物组成(图 2A). 19S 调节颗粒的主要作用是识别带有泛素链标 签的蛋白质底物, 并对其进行去折叠, 并最终将去折 叠的蛋白质底物传送至 20S 核心颗粒中进行降解 . 19S 调节颗粒由至少 19 个蛋白成员构成, 通过生化 分离方法可进一步分为 lid 和 base 两部分[13](图 2C, D). 研究发现 , lid 的主要功能是在蛋白质底物降解前将 泛素链从蛋白质底物上剪切掉以回收再次利用 (去泛 素化)[14~18]. lid 由 9 个蛋白成员构成, 分别为 Rpn3,
摘要
26S 蛋白酶体是真核细胞内负责蛋白质降解的主要分子机器, 通过特异性降解目的
蛋白质, 几乎参与了生物体的绝大多数生命活动. 26S 蛋白酶体在结构上可分为 19S 调节颗粒 和 20S 核心颗粒两部分. 19S 调节颗粒负责识别带有泛素链标记的蛋白质底物及对其进行去折 叠, 并最终将去折叠的蛋白质底物传送至 20S 核心颗粒中进行降解. 由于 26S 蛋白酶体的结构 组成复杂, 分子量十分巨大, 现有的 X-ray 技术和 NMR 技术对其完整结构的解析都无能为力, 仅能解析出部分单个蛋白成员或分子量较低的亚复合物晶体结构. 而冷冻电镜技术在相当一 段时间内处于发展的初级阶段, 导致其三维结构的研究进展曾经十分缓慢, 严重阻碍了人们 对其结构和功能的了解. 近年来, 随着在 X-ray 技术领域对大分子复合物结构解析的经验积累 和冷冻电镜技术领域的技术革命, 完整的 26S 蛋白酶体三维结构解析取得了飞速的发展. 本 文回顾了近几年在 26S 蛋白酶体结构生物学领域的重要进展, 并展望了该领域未来的发展及 面临的挑战.
泛素蛋白酶体通路生命科学研究进展ppt课件
（ 2 ） 泛 素 特 异 性 加 工 酶 ( ubiquitin - spicific prote2ases UBPs/USPs)：分子量大约为100 KD,参与去除和解聚底物蛋白质上的 多聚泛素键,从而防止多聚泛素在底物蛋白的聚集。
1和3：E1、E2催化的泛素激活反应，消耗ATP；2：E3催化的蛋 白质激活反应，消耗ATP；4：依赖于E3的蛋白质泛素化反应； 5：不依赖于E3的蛋白质泛素化反应；6：26S蛋白体催化蛋白 质水解；7和8：异肽酶催化的水解反应，使泛素游离出来。
.
27
去泛素化作用是泛素化过程的逆转。在真核细胞内 已发现多种去泛素化酶,它们能够水解泛素和底物蛋白之间的 硫酯键,还能把错误识别的底物从泛素化复合体中释放出来。 它们又可以分为两类:
2004年
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5
2004年10月16日瑞典皇家科学院将该年度诺贝尔化学奖授予 以色列科学家阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科和美国科学家欧 文·罗斯，以表彰他们在泛素调节的蛋白质降解研究领域中的卓越 成就。
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6
蛋白质降解
调控动植物体内几乎所有的生命活动（细胞增殖、 分化、凋亡、DNA复制和修复、转录和蛋白质质 量控制等，参与病原体的入侵、致病和免疫等过 程）：
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12
泛素的结构与组成
泛 素 含 有 76 个 氨 基酸残基,广泛存在于真核 生物,目前尚未发现泛素存 在于原核生物中，泛素的 氨基酸序列极其保守。泛 素基因主要编码两种泛素 前体蛋白质:一种是多聚泛 素,另一种是泛素融合蛋白。
泛素-蛋白酶体通路与药物研发
泛素-蛋白酶体通路与药物研发泛素-蛋白酶体通路是细胞内一种具有特异性、耗能、高效的蛋白质降解过程，是基因和蛋白质功能的主要调节者和终结者。
泛素-蛋白酶体通路的基础性研究成果阐释了生命活动的基本规律, 其相关的病理学研究为新药研究开发提供了潜在的重要的药物靶标。
本文旨在从泛素-蛋白酶体通路基本概念、该通路异常与疾病发生、药物研发3个方面进行阐述。
1 泛素-蛋白酶体通路泛素-蛋白酶体通路掌控着机体生长、发育、生殖、衰老等重大生命过程，调控细胞周期、细胞分化、凋亡、DNA复制和修复、转录以及蛋白质质量监控等细胞活动，并参与病原体的入侵、致病和免疫应答等过程。
该通路由底物蛋白质泛素化和底物通过蛋白酶体降解2个过程组成。
泛素是一条由76个氨基酸组成的高度保守的多肽链。
泛素通常以2种形式存在，其一是游离形式，另一种形式是与受体蛋白共价结合。
泛素通过其C端与受体蛋白赖氨酸侧链的ε-氨基或受体蛋白N端的α-氨基共价结合的过程称为泛素化。
泛素化是一个主要由泛素激活酶E1(ubiquitin-activating enzyme)，泛素聚合酶(亦称泛素载体蛋白)(ubiquitin-carrier protein) E2和泛素连接酶E3(ubiquitin-protein ligase)等介导的多酶级联反应。
泛素激活酶E1在进化中很保守，是一种ATP依赖的酶，通过与泛素的C端形成高能硫酯键而激活泛素。
与E1不同，细胞内存在多种E2。
E2与活化的泛素结合形成E2-泛素复合体，E2协助特异性E3将活化的泛素转移到底物。
泛素连接酶E3是泛素化反应系统中数量最大、结构最多样、调控机制最为复杂的成员，它可以直接与底物或通过辅助蛋白与底物相互作用，从而决定泛素介导底物蛋白质降解的选择性(见图1)。
哺乳动物细胞内的E3主要有三大类，即含HECT(homologous to E6-AP C-terminal)结构域的E3、含环指结构(RING finger)的E3、含U-box的E3。
泛素—蛋白酶体途径在病毒感染中的作用研究进展
泛素—蛋白酶体途径在病毒感染中的作用研究进展泛素-蛋白酶体途径是真核生物中非溶酶体蛋白降解的主要系统，主要包括泛素，26S蛋白酶体和酶系统E1、E2、E3。
泛素-蛋白酶体参与调节细胞周期进程、抗原递呈、转录和信号转导等多种细胞生理过程。
研究发现，病毒可以利用泛素系统调控病毒的基因转录、抑制细胞凋亡、降解抗病毒蛋白、促使病毒出芽和释放等逃避宿主的免疫监视。
深入理解泛素-蛋白酶体在病毒感染中的作用可以为抗病毒治疗提供新思路。
标签：泛素-蛋白酶体途径；病毒；感染人体组织细胞中存在多种蛋白降解途径，目前研究最多的是溶酶体降解途径和泛素-蛋白酶体降解途径，溶酶体降解途径无需能量，主要降解细胞外和细胞膜蛋白质；泛素-蛋白酶体降解途径是一种耗能的高效、特异的蛋白质降解过程，控制细胞内大多数蛋白质特别是膜蛋白的降解。
泛素-蛋白酶体系统主要由泛素、泛素启动酶包括泛素激活酶（ubiquitin-activating enzyme）E1、泛素载体蛋白（ubiquitin-carrier protein）E2和泛素连接酶（ubiquitin ligase）E3、26 S蛋白酶体和去泛素化酶组成[1-2]。
泛素蛋白酶体系统在高等真核生物细胞中的功能主要体现在两个方面：一方面降解细胞内的蛋白质；另一方面是非降解作用，调节细胞内不同蛋白的定位和活性。
泛素-蛋白酶体途径（ubiquitin-proteasome pathway，UPP）调控高等真核生物细胞内几乎所有的生命活动，包括细胞增殖、分化、凋亡，DNA复制和修复、转录和蛋白质质量控制等，并参与病原体的入侵、致病和人类机体的免疫应答等过程。
另外，泛素介导的蛋白质降解还参与环境有害物质的致病过程以及机体的解毒机制[3]。
泛素是一个广泛分布在真核细胞中的小分子球状蛋白质，其序列高度保守。
细胞内需降解的靶蛋白在ATP的作用下被一系列酶催化，其Lys侧链连接到泛素分子的C-末端Gly侧链，而后其他泛素分子以Gly连接到泛素分子的Lys侧链上而形成多泛素化链，这个过程称为泛素化。
泛素-蛋白酶体途径在病毒性肝炎、肝硬化、肝癌中作用的研究进展
山东医药2019年第59卷第26期泛素-蛋白酶体途径在病毒性肝炎、肝硬化、肝癌中作用的胡娜，公倩，来卫东(山东医学高等专科学校，山东临沂276000)摘要:泛素-蛋白酶体途径(UPP)是细胞内蛋白质降解的主要途径，在很多信号传导通路中发挥作用,可以调节多种 细胞生物学过程，如期调控、信号转导、、DNA修复及基因表达等。
病毒性肝炎、肝硬化、肝癌是临床常见的肝脏疾病，也是肝脏疾病的发展规律。
…UPP在乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒、戊型肝炎病毒所致的病感染及肝纤维化、肝硬化、肝癌发生具作用,可作为肝脏疾病治疗的潜在靶点。
关键词:泛素-蛋白酶体途径;蛋白解;肝病;病肝炎;肝硬化;肝癌doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2019.26.029中图分类号:R575文献标志码:A文章编号=1002-266X(2019)26-0095-03蛋白体的功能分子，所体组织都存在蛋白解途径。
泛素-蛋白酶体途径(UPP)/在于真核和核内的体蛋白水解系统，由泛素、E1泛素活化酶、E2泛素结合酶、E3泛素连接酶、26S蛋白酶体以及去泛素化酶(DUB)等组成。
UPP在蛋白的降解过程作用，可高效、高选择性地降解80%的蛋白质，在生动过程中发挥其的作用，参与分化、热休克、蛋白的转录、抗原呈递以及的和介等。
如体UPP生，就会生物体出现一系列的，例如炎症、癌及神经退化等疾病发生。
因此,该途径在的疾病与疾病的分的关系。
现对UPP在病肝炎、肝硬化、肝癌等肝病发生发展中的作用综述如下。
1UPP与病毒性肝炎病肝炎是一同病的以肝脏炎症及坏死病变为主的一组感染病。
其中，乙型肝炎病毒(HBV)和丙型肝炎病毒(HCV)慢肝炎的发生，进一肝化、肝硬化甚至肝癌男寸人们的生活及健康严重威胁。
HBV的X因的一功能蛋 白(HBx),具有广泛而强大的反式能力男总通过直接或间接的蛋白互作用参与感染肝的殖、DNA修复以及周期改变等胞内病理生理基金项目：山东省教育厅高校计划(J16LL03)通信作者:来卫东(E-mail:lwddoctor@)过程，并促进肝癌的发生［刘］。
泛素特异性蛋白酶USP研究进展
三.去泛素化酶USP46通过控制PHLPP依赖性的Akt 信号通路而抑制结肠癌症 1. 细胞内PHLPP与USP46特异性相互作用
293T细胞中，GST, GST-PHLPP1，GST-PHLPP2片段拉 USP46，只有PHLPP蛋白的C端与USP46相互作用。
三.去泛素化酶USP46通过控制PHLPP依赖性的Akt 信号通路而抑制结肠癌症 1. 细胞内PHLPP与USP46特异性相互作用
一.真核细胞内蛋白质的降解途径介绍
• 溶酶体途径---非特异性的蛋白质降解系 统，真核 细胞内90%以上的长寿蛋白和一部分短寿命蛋白 都是在溶酶体中降解的。
• 泛素-蛋白酶 体途径---是真核细胞中具高效和高度 选择性的特异性降解蛋白质的重要 途径，广泛参 与机体多种代谢活动。
• 胱天蛋白酶 (caspase)途径--- 蛋白酶以酶原的形式 存在于正常细胞中，细胞凋亡启动后被激活。
三.去泛素化酶USP46通过控制PHLPP依赖性的Akt 信号通路而抑制结肠癌症 5. USP46增强PHLPP1肿瘤抑制能力
构建 载体、USP46、PHLPP1、及共表达PHLPP1和 USP46 4种HCT116细胞稳定 株。将细胞株注射入裸鼠皮下，观察其后32天的成瘤性。 如图A所示，参照组细胞能有效的成瘤，到实验结束时瘤体积达到1600mm3， 超表达USP46后瘤体积明显减小，但差异不显著。而超表达PHLPP1则显著减 小瘤体积。共表达USP46则可显著提高PHLPP1的抑瘤能力。可从分离的瘤内 检测到PHLPP1和USP46的表达。在超表达USP46的细胞中PHLPP1的表达增加， 而Akt磷酸化水平下降(Fig. 5B)。
体外检测，经WT USP46处理后，PHLPP1的泛素化水平下降，但USP46-C44S突 变体无此效应(Fig. 3A) 经MG-132(蛋白酶抑制剂) 处理后提取蛋白样品检测，发现超表达WT USP46 显著下调PHLPP1的泛素化水平，而USP46-C44S突变体无此效应(Figure 3B)。
泛素特异性蛋白酶USP研究进展ppt课件
二.蛋白质泛素化与去泛素化介绍
3.去泛素化酶USP蛋白家族介绍
• 含有两个短的高度保守 的序列，称为Cys结构 域和His结构域
• 序列中具有起催化作用 的三联残基，即半胱氨 酸、组氨酸、天冬氨酸 /天冬酰胺，能将泛素 分子从大的蛋白上移除。
2.蛋白质的去泛素化修饰
去泛素化酶在维持游离泛素和泛素结合蛋白的动态平衡 中发挥着重要作用。细胞内广泛存在多种去泛素化酶，按结 构不同分为5种类型。包括 • 泛素特异性蛋白酶（USPs） • 泛素羧基末端水解酶（UCHs） • Machado-Joseph disease protein domain proteases（MJDs）， • 卵巢肿瘤相关蛋白酶（OTUs）
二.蛋白质泛素化与去泛素化介绍
1.蛋白质的泛素化修饰
是一个泛素分子(ubiquitin)通过其羧基端结合到目的蛋白赖 氨酸(Lys,K)上的共价反应过程。泛素本身有7个赖氨酸残基位 点，分别是K6、K11、K27、K29、K33、K48以及K63位，并且 泛素本身的赖氨酸残基也可以再与泛素分子相互结合。
Wei Zhang，et al. PLoS ONE, 2011,6(10),e26297.
USP46调控抑郁
usp46 为 悬 尾 试 验 （ Tail Suspension Test，TST）和强迫游 泳试验（Forced Swimming Test，FST）中调节小鼠不动行为 的数量性状基因。
• E3具底物特异性
/bst/032/07 24/bst0320724f01.htm?resolution=HIGH
泛素 蛋白酶体系统
泛素分子间不同的连 接方式 产生作用不同 的信号
El可以水解ATP,与泛素的羧基末端形成高能硫酯键而激活泛素
在真核生物中，这个激活反应由两步构成:
ATP和泛素起始形成泛素-腺苷酸中间物并释 放PPi
泛素-腺苷酸中间物与E1半胱氨酸残基发生反 应形成E1-Ub硫酯键
E1
• 仅有单一的E1 ，对靶蛋白无特异性
THE UBIQUITIN SYSTEM
NK 分享
泛素-蛋白酶体途径
• 真核生物细胞内蛋白质选择性 降解的重要途径
•
•
将蛋白共价连接上单个或多个范素分子
催化范素化的酶有：泛素活化酶（E1）， 泛素结合酶（E2），泛素蛋白质连接酶（E3）
•
由26S蛋白酶体识别和降解
Enzymatic reactions of the ubiquitin system
11S调节颗粒
19S调节颗粒
蛋白酶体抑制剂及其应用
最初的蛋白酶体抑制剂是钙蛋白酶抑制剂 I 和 II 的派生物， 它们不可逆地共价修饰具有催化活性的β亚基中的苏氨酸。
此类抑制剂特异性的不高，高浓度时抑制钙蛋白酶。相 比之下，实验室中最常用的抑制剂链霉菌属代谢物乳胞素则 表现为蛋白酶体的特异性抑制剂。
泛素
泛素是于1975年发现的 一种在真核生物细胞内 高度保守的多肽，由76 个氨基酸组成，分子量 约85 kD。泛素分子紧 密折叠成球形，5股混 合的R片层形成一个腔 样结构，内部对角线位 置有1个a螺旋。这个结 构称为泛素折叠。
Functionally relevant features of the Ub structure. The seven lysine residues are shown in red and labeled, while the L8–I44–V70 hydrophobic patch is shown in gold ball-andstick
泛素-蛋白酶体通路-生命科学研究进展PPT文档共52页
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
END
泛素-蛋白酶体通路-生命科学பைடு நூலகம்究进 展
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
泛素-蛋白酶体通路-生命科学研究进展PPT52页
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
泛素-蛋白酶体通路-生命科学研究进 展
51、山气日夕佳，飞鸟相与还。 52、木欣欣以向荣，泉涓涓而始流。
53、富贵非吾愿，帝乡不可期。 54、雄发指危冠，猛气冲长缨。 55、土地平旷，屋舍俨然，有良田美 池桑竹 之属， 阡陌交 通，鸡 犬相闻 。
Hale Waihona Puke 56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
泛素—蛋白酶途径降解蛋白质与疾病33页PPT
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
泛素—蛋白酶途径降解蛋白质与疾病
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
泛素-蛋白酶体
蛋白酶体蛋白酶体是在真核生物和古菌中普遍存在的，在一些原核生物中也存在的一种巨型蛋白质复合物。
在真核生物中，蛋白酶体位于细胞核和细胞质中。
蛋白酶体的主要作用是降解细胞不需要的或受到损伤的蛋白质，这一作用是通过打断肽键的化学反应来实现。
能够发挥这一作用的酶被称为蛋白酶。
蛋白酶体是细胞用来调控特定蛋白质和除去错误折叠蛋白质的主要机制。
经过蛋白酶体的降解，蛋白质被切割为约7-8个氨基酸长的肽段；这些肽段可以被进一步降解为单个氨基酸分子，然后被用于合成新的蛋白质。
需要被降解的蛋白质会先被一个称为泛素的小型蛋白质所标记（即连接上）。
这一标记反应是被泛素连接酶所催化。
一旦一个蛋白质被标记上一个泛素分子，就会引发其它连接酶加上更多的泛素分子；这就形成了可以与蛋白酶体结合的“多泛素链”，从而将蛋白酶体带到这一标记的蛋白质上，开始其降解过程。
从结构上看，蛋白酶体是一个桶状的复合物，包括一个由四个堆积在一起的环所组成的“核心”（右图中蓝色部分），核心中空，形成一个空腔。
其中，每一个环由七个蛋白质分子组成。
中间的两个环各由七个β亚基组成，并含有六个蛋白酶的活性位点。
这些位点位于环的内表面，所以蛋白质必须进入到蛋白酶体的“空腔”中才能够被降解。
外部的两个环各含有七个α亚基，可以发挥“门”的作用，是蛋白质进入“空腔”中的必由之路。
这些α亚基，或者说“门”，是由结合在它们上的“帽”状结构（即调节颗粒，右图中红色部分）进行控制；调节颗粒可以识别连接在蛋白质上的多泛素链标签，并启动降解过程。
包括泛素化和蛋白酶体降解的整个系统被称为“泛素-蛋白酶体系统”。
蛋白酶体降解途径对于许多细胞进程，包括细胞周期、基因表达的调控、氧化应激反应等，都是必不可少的。
2004年诺贝尔化学奖的获奖主题就是蛋白质酶解在细胞中的重要性和泛素在酶解途径的作用，而三位获奖者为阿龙〃切哈诺沃、阿夫拉姆〃赫什科和欧文〃罗斯。
发现在发现泛素-蛋白酶体系统之前，细胞中的蛋白质降解被认为主要依赖于溶酶体，一种膜包裹的囊状细胞器，内部为酸性环境且充满了蛋白酶，可以降解并回收外源蛋白质以及衰老或损伤的细胞器。
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Road map of protein sorting
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Functions of cytoplasmic matrix:
The protein synthesis, degradation and modification.
Cells carefully monitor the amount of misfolded proteins. An accumulation of misfolded proteins in the cytosol triggers a heatshock response, which stimulates the transcription of genes encoding cytosolic chaperones that help to refold the proteins.
• 泛素-蛋白酶体通路： 需能 高效、特异的蛋白质降解过程，控
制着动植物体内绝大多数蛋白质的降解
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泛素-蛋白酶体通路概述
蛋白质的降解是一个精细控制的过程，首先有待降 解的蛋白质被一种多肽（称之为泛素）所标记，接着这 些蛋白质进入细胞的蛋白酶复合体中，蛋白酶复合体是 一个上下有盖的圆桶状酵素，它们如同细胞的回收站， 专门负责蛋白质的分解及再循环利用，泛素在这一过程 中释出讯号，让蛋白酶复合体分辨出有待降解的蛋白质。
• 应用前景广阔
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泛素—蛋白酶体途径( upp )的组成
泛素—蛋白酶体途径( upp )由泛素( ubiquitin, ub)以及 一系列相关的酶组成。除泛素以外还包括4 种酶家族:泛素 活化酶( ubiquitin - activating enzyme, E1 ) 、泛素偶连酶( ubiquitin - conjugating enzymes, E2 s)也称泛素载体蛋白( ubiquitin -carrier protein) 、泛素-蛋白连接酶( ubiquitin ligating enzymes, E3 s)和蛋白酶体(proteasome) 。蛋白的 泛素化和去泛素化都需要多种酶介导, upp既有高度底物多 样性又具有针对不同调控机制的多样性。
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泛素的结构与组成
泛 素 含 有 76 个 氨 基 酸 残基,广泛存在于真核生物, 目前尚未发现泛素存在于 原核生物中，泛素的氨基 酸序列极其保守。泛素基 因主要编码两种泛素前体 蛋白质:一种是多聚泛素, 另一种是泛素融合蛋白。
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泛素—蛋白酶体途径( upp ) 一系列相关的酶
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应用实例
• 2003.5 美国食品医药管理局批准应用一种 新型的蛋白酶体抑制剂Velcade（PS-341， 万珂），治疗骨髓瘤；
• 2004.4，欧洲药品评价机构也允许Velcade 在欧盟上市（46个国家）；
• 雷公藤-雷公藤素也是一种蛋白酶体抑制剂 ，它能通过控制癌细胞的蛋白酶体活性进 而诱发癌细胞凋亡。
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2004年
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2004年10月16日瑞典皇家科学院将该年度诺贝尔化学奖授予 以色列科学家阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科和美国科学家欧 文·罗斯，以表彰他们在泛素调节的蛋白质降解研究领域中的卓越 成就。
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蛋白质降解
调控动植物体内几乎所有的生命活动（细胞增殖、 分化、凋亡、DNA复制和修复、转录和蛋白质质 量控制等，参与病原体的入侵、致病和免疫等过 程）：
• 蛋白质在行使其功能后，需要在特定的时空条件 下被降解；
• 蛋白质在合成、折叠、转运、或行使功能过程中 发生错误或损伤时，需要被及时降解和清除；
• 食物中的蛋白质，也要经过蛋白质降解酶的作用 降解为多肽或氨基世酸界理才解我能们被的严人谨 体吸收。
蛋白质的降解途径（2种）
• 溶酶体： 不需能量 主要降解细胞外和细胞膜蛋白质
泛素介导的蛋白质降解
——2004年诺贝尔化学奖
主讲人：石武良 博士
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2011.11
蛋白质合成
• 胞质合成途径（游离核糖体） • 内质网合成途径（结合态核糖体）
蛋白质是生命活动的直接执行者，生 命过程中几乎所有的环节都与蛋白质有关 。对于蛋白质的合成取得了辉煌的成就（5 项诺贝尔奖），但对于蛋白质降解这一领 域的研究长期被忽略。
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意义
了解了泛素为媒介的蛋白质裂解作用和 过程，使得科学家对细胞如何控制及分裂蛋 白质的研究有可能深入到分子层级。而当蛋 白质裂解作用发生异常时，人体就会产生不 适甚至疾病，如子宫颈癌症和囊肿纤维症等， 因此，从分子层面角度去了解泛素调节的蛋 白质降解的化学过程和机理，及对生命过程 进一步的探索，具有十分重要的应用意义。
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E2（泛素结合酶）
泛素偶连酶( E2 )是泛素与蛋白底物结合所需的第二个 酶。拟南芥基因组中至少存在37个E2基因，分为12个 亚族。
E2有一个由150个氨基酸残基（分子量14-16kDa）组 成的保守区域,含有半胱氨酸残基，接受从E1-泛素复 合物转移过来的活化的泛素分子，形成E2-泛激活酶）
• 泛素活化酶(ubqiuitin-activating enzyme,简称E1)是催化泛素 与底物结合所需的第一个酶。 •分子量110-130kDa，由1100个左右氨基酸残基组成，对靶蛋白 的识别几乎没有特异性。 •拟南芥E1由单基因编码的大小分别为110kDa和117kDa的两个亚 基组成。 •E1活性很高，低浓度即可激活泛素。
在E3的协同作用下，E2-Ub复合物把活化的泛素分子 转移到底物蛋白上，形成单泛素化蛋白或者多聚泛素 化蛋白。
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E3（泛素连接酶）
E3是泛素蛋白酶体途径中种类最多的一种酶，是在底物的 特异性选择降解过程中作用最为关键成员。它的主要功能 是识别应该被泛素化的靶蛋白，然后使活化的泛素接近特 异靶蛋白的Lys，从而将泛素转移到底物上去。E3分子量 较大，约100-300 kDa。