泛素连接酶E3

使 ＨＥＣＴ结构域的两部分相互联系，其 中涉及到的
１ 既 ＣＴ结构域家族的泛素连接酶 Ｅ３
氨基酸残基（Ａｓｎ６０３、Ｉｌｅ６０５、Ｐｒｏ７９３和 Ｖａ１７９４）具
ＨＥＣＴ结 构域 （ｈｏｍｏｌｏｇｏｕｓ ｔｏ Ｅ６－ＡＰ Ｃ ｔｅｒｍｉｎｕｓ， ＨＥＣＴ）家族的泛素连接酶Ｅ３ｓ是 目前所知的唯一的可 以和泛素形成硫酯键 中间体的泛素连接酶 ，并且它 可 以直接催化靶蛋 白的泛素化。ＨＥＣＴ Ｅ３ｓ有一个 分子量大约为 ４０ ｋＤａ的具有保守性的羧基末端催化
１．１ ＨＥＣＴ Ｅ３ｓ的结 构
Ｐｈｅ６３连接到此凹槽的中心。 已有实验 证明了此保
ＨＥＣＴ Ｅ３ｓ中 Ｅ６ＡＰ结构最为典型 。 ＨＥＣＴ Ｅ３ｓ 中的 ＨＥＣＴ结构域有两个通过一很小的分界面松散 地组装在一起 的结构构成 ，并且两部分之间通过一
守性 的Ｐｈｅ６３决定 了ＨＥＣＴ特异性的 Ｅ２亚家族 中的 Ｅ２对 ＨＥＣＴ Ｅ３ｓ的特异性【Ｉ４】。ＨＥＣＴ结构域的 Ｎ端 部分具有保守性 ，因为此部分在 ＨＥＣＴ Ｅ３催化其与
细 胞生物学杂志 Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＣｅｌｌ Ｂｉｏｌｏｇｙ ２００５，２７：２８１—２８５
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｊｃｂ．ｏｒｇ
泛素连接酶 Ｅ３
杨东叶 刘凯于 余泽华
（华 中师 范 大 学 昆虫 学研 究 所 ，武 汉 ４３００７９）
摘要 蛋白质的泛素化修饰具有高度的特异性，它参与调节细胞内许多的生理活动。蛋白 质的泛素化修饰涉及一系列的酶参与反应，包括泛素激活酶Ｅ１、结合酶Ｅ２以及连接酶 Ｅ３。而其 中泛素连接酶 Ｅ３对靶蛋 白的特异性识别起 关键作用。泛素连接酶 Ｅ３主要 由 ＨＥＣＴ结构域 家族 、 ＲＩＮＧ 结构域 家族和 Ｕ—ｂｏｘ结构域家族组成 。现对泛素连接 酶 Ｅ３的分类 、结构及其对靶蛋 白的
残基（Ｔｈｒ１９、Ｃｙｓ８２０、Ｐｈｅ８２１和 Ａｓｎ８２２）组成 的环 ＲＩＮＧ结构域的氨基酸序列为：Ｃｙｓ．Ｘ２．Ｃｙｓ． ．Ｃｙｓ．
（即活性环）的中间 ，活性环的 ４个氨基酸残基在结 Ｘ￣＿ ３－Ｈｉｓ－Ｘ２ ３－Ｃｙｓ－Ｘ２一Ｃｙｓ－Ｘ －Ｃｙｓ－Ｘ２－Ｃｙｓ（Ｃ２ＨＣ４），
杨 东叶 等 ：泛 素连 接酶 Ｅ３
的 Ｃｙｓ活性位 点与泛素形成通过硫 酯键连接 的中间 键的形成能力的消 失，但对泛 素和 ＨＥＣＴ Ｅ３ｓ间通
体。（３）其通过催化泛素与底物上 Ｌｙｓ侧链的 ￡．氨基 形成异肽键从而将泛素转移到靶蛋 白上 。（４）它负责 转移泛素到正在延长 的多泛素链末端从而延长泛 素
过硫 酯键联接 的中间体 形成影响不大【ｌ １３］。 １－２ ＨＥＣＴ Ｅ３ｓ的可能作 用机制
有 部 分 保 守 性 。 活 性 环 具 有 比较 高 的 保 守 性 。 ＨＥＣＴ结构域的 Ｎ端和 Ｃ端两部分之 间有一个 比较 宽的裂缝 。Ｎ端裂 片的靠近裂缝的部分主要是 由呈 极性和带 电荷（总体带 负 电荷）的氨基 酸残基组 成 ， 并且其中部分氨基酸残基 Ａｒｇ５０６、Ｇｌｕ５３９、Ｇｌｕ５５０
成催化作用所 必需 的硫 酯键发挥作用 ，而 ＲＩＮＧ 结 通过 范德 华力与 ＨＥＣＴ 结构域 的 Ｎ端 部分发生作
构域为Ｅ２和底物提供居 留位 点从而使 Ｅ２催化泛素转 用 。但活性环与 Ｎ端部分之间的作用被一有具有溶
移 到 底物 上 。
解力的通道在 Ｎ．Ｃ铰链处隔开，铰链通过非共价键
（ＲＩＮＧ Ｅ３ｓ）￣ｌＪ构激活泛 素结合酶 Ｅ２从而促进 由Ｅ２直 泛 素连 接 酶 活性 所 必 须 的 ，但 并 不 是 所 有 含 有
接催化 的底物 Ｌｙｓ残基 的泛素化［１６】。但在与 ｃ—Ｃｂｌ相 ＲＩＮＧ结构域的蛋 白质都具有 ＲＩＮＧ Ｅ３的活性 。例
对应的泛素结合酶 ＵｂｃＨ７结构上并没有显著 的构象 如：家蚕核多角体病 毒中有 ６种编码含有 ＲＩＮＧ结
分还有一个 ８０个氨基酸残基左右的疏水性的凹槽亚 要作用。ＨＥＣＴ 结构域 中具有高度保 守性的活性环
结构域 ，此 凹槽亚结构域 有它 自己的疏水性核心 ， 在 Ｎ．Ｃ界面处的连接对 ＨＥＣＴ Ｅ３ｓ催化 自身和泛素
并 且通 过 一个 疏 水 性 界面 和 两个 连 接 子（氨 基 酸 形成通过硫酯键联接 的中间体具有重要作用Ｉ１５］。
个 由３个氨基酸残基组成的铰链连接在一起 。ＨＥＣＴ 泛素形成硫 酯键所需要的。ＨＥＣＴ结构域的 Ｎ端部
结构域的 Ｎ端部分 比较大（氨基酸残基 ：４９５—７３７）， 分具有保守性，因为 Ｃ端部分的氨基酸残基对于催
而且大部分区域 为一个细长的 ０ｃ螺旋结构。Ｎ端 部 化泛素与 ＨＥＣＴ Ｅ３之间形成异肽键 的酶活性具有重
６２１－４５２２和 ７０２－７０４）与 Ｎ端的其他部分相连 。此凹
槽 的氨 基 酸 残 基 呈 中 等程 度 保 守 性 ， 但 在 所 有 ２ Ｒｉｎｇ结构域家族的泛素连接酶 Ｅ３
ＨＥＣＴ Ｅ３ｓ中必须保持其疏水性性质。ＨＥＣＴ结构域
缺乏ＨＥＣＴ结构域 的Ｅ３ｓ在亚基组成和氨基酸序
的 Ｃ端部分 比较小（氨基酸残基 ：７４ １～８５２），具有一 列上是多样的，但大部分含有与 Ｅ２相连的 ＲＩＮＧ结
变化 ，ＵｂｃＨ７的活性位点 Ｃｙｓ与 ＲＩＮＧ结构域的氨 构域的蛋 白质，但 只有其中的 ３种被证明具有 ＲＩＮＧ
基酸残基之 间的距离最近为 １５ Ａ，表明 ＲＩＮＧ结构 Ｅ３活性 。另外 ３种无活性 原因可能是因为其 ＲＩＮＧ
测可能与病毒粒子的组装和出芽有关【７】。真核细胞 中泛 素化修饰后的靶 蛋白可能被降解 、可能被转移 到细胞或细胞外的特定 部位 ，也有可能导致靶蛋 白 的功能发生变化，这主要取 决于靶蛋 白所加的泛素 链的结构 ，以及泛素链 的长短【８】。因此蛋 白质的泛 素标签并不一定是一个死亡信号 ，人们现在提 出了 用蛋 白质翻译后的泛 素化修饰这个术语来准确地描 述泛素连接到靶蛋白 的这一生物事 件 。泛素蛋 白 酶体途径可分为三步：（１）靶蛋 白的识别。（２）将泛素 连接到靶蛋 白的特 定位点。（３）通过 ２６Ｓ蛋 白酶体或 者溶酶体 的作用执行其 相应的生理功能 。泛素连接 酶Ｅ３决定靶蛋 白的特异性识别，在泛素途径 中具有重 要 的作用 。
识 别 机 制 等进 行 综 述 。 关键 词 泛素 ：泛 素连 接酶 ；ＨＥＣＴ结构域 ；ＲＩＮＧ 结构域 ；Ｕ—ｂｏｘ 结构域
泛素蛋 白酶体途径是 目前 己知的所有真核生物 体 内具有 高度 选择 性的最 为重 要 的蛋 白质 降解途 径 ，因此有关泛素化途径 的研究于 ２００４年获得诺贝 尔化 学奖 。泛素 化修饰 涉及泛素激 活酶 Ｅ １、结合 酶 Ｅ２和泛素连接酶 Ｅ３的一系列反应：首先在 ＡＴＰ 供能的情况下泛素激活酶 Ｅ１激活泛素 ，然后将其转 移到泛素结合酶Ｅ２上通过硫酯键与Ｅ２的活性位 点的 Ｃｙｓ相连 。Ｅ２可 以直接将泛素转移到靶 蛋白的 Ｌｙｓ 残基上，但一般靶蛋白的泛素化 需要一个特 异的泛 素连接酶 Ｅ３。根据 Ｅ３与底物的相对 比例可 以将底 物单泛素化修饰和多聚泛 素化修饰…。多聚泛素化 修饰的靶 蛋白一般被 ２６Ｓ的蛋白酶体所降解此途径 被称为泛素蛋 白酶体途径 ，简称泛素化途径 。多聚 泛素化修饰的靶蛋 白（如变性 、错误折叠或过量表达 的蛋 白质 以及细胞中的许多调控蛋白）可以通过泛素 化途径被 降解从而对细胞周期调控 、胞吞作用、信 号转导、 ＤＮＡ修复、蛋 白质 的质量控制（例如 Ｂｓｄ２ 在膜蛋 白的质量控制方面具有重要作用 ） 、细胞凋 亡等过程具有重要的作用［３１ 。单泛素化修饰是一种 调节信号可 以引起靶蛋白的活性、定位以及 蛋白质 结构的 改变从而 对 蛋 白质 的胞吞 途径 、膜泡 的 出 芽 、组蛋 白的修饰 、基因的转录 以及 蛋白质核 内的 定位进行调节【５】。单独 的泛素本身并没有任何生物 功能，它只是一种分子标记蛋白，发挥作用必须在ＡＴＰ 提供能量 的前提下依靠泛素途径的相关酶类及蛋 白 酶体。Ｇｕａｒｉｎｏ等 ［６Ｊ在杆状病毒中也发现 了病毒编码 的泛素，但与真核细胞 中不 同的是泛素在杆状病毒 中以磷 脂化 的形式存在于 出芽型病毒粒子囊膜的 内 表面 。杆状病毒 中泛素的功能 目前 尚不清 楚，据推
个 ｏｃ／ｐ结构并且含有 与泛素通过硫 酯键相连 的催化 构域 。ＲＩＮＧ 结构域家族最 典型的特 点是具有环指
活性位点 Ｃｙｓ８２０。Ｃｙｓ８２０定位在位 于 Ｃ端裂片的 结构域（Ｒｉｎｇ ｆｉｎｇｅｒ ｄｏｍａｉｎ），ＲＩＮＧ结构域 是此家
Ｓ９和 Ｓｌ０的 ｐ链中间的一个 由４个活性位点氨基酸 族 具有泛素连接酶作用 的重要因素 。ＲＩＮＧＥ３ｓ中
泛素连接酶Ｅ３通过调控调节蛋 白的泛素化过程 参与细胞 内的多种生理过程 。所有的 Ｅ３都具有连接 靶蛋白和特 定 Ｅ２的能力。蛋 白质特定的翻译后的修 饰经常作为其相应的泛素连接酶 Ｅ３识别的标志。例 如：泛素连接酶 ＳＣＦｃ￣ 识别细胞周期蛋白依赖性蛋 白激酶ＣＤＫ（ｃｙｃｌｉｎ—ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｋｉｎａｓｅ）抑制子Ｓｉｃｌ时就 需要 Ｓｉｃｌ在其特定位点的磷酸化，否则不能被 Ｅ３中 的ＳＣＦｃ￣４识别从而不能通过泛素途径降解 。这可能 导致生物体不能对细胞周期进 行精确调控 ，引起某 些细胞组织或器官发生癌变【ｌ０】。现在发现鉴定的泛 素连接 酶 Ｅ３主要有两大类 ：ＨＥＣＴ结构域家族和 ＲＩＮＧ结构域家族，最近又发现 了一类新的 Ｅ３家族：
基的突变 都会 导致与泛素形成硫酯键的能力降低达 ９０％ 以上 。而 Ｃ端裂片靠近裂缝 的部分是由一些保 守的疏水性氨基酸组成 ，例如 ：Ｐｈｅ７８５，Ｌｅｕ８１４， Ｐｒｏ８１５，Ａｌａ８４２和 Ｐｈｅ８４９。Ｅ６ＡＰ的最后 ６个氨基
定 Ｅ２ｓ。（２）它接受来 自于 Ｅ２ｓ的泛素，并且通过它 酸残基（包括 Ｐｈｅ）的删 除会导致泛素和底物之间异肽
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并且每一环指结构域连有两个锌离子 。ＲＩＮＧ Ｅ３ｓ的 相对应于 ｃ—Ｃｂｌ的 Ｔｒｐ４０８和 Ｉｌｅ３８３和 Ｅ２的 Ｐｈｅ６３位
Ｅ３活性依赖于环指结构域，并通过其与泛素结合酶 置的氨基酸残基侧链 的性质决定 了 ＲＩＮＧ Ｅ３ｓ对特定
Ｅ２相连 。以前 曾有研究表明 ＲＩＮＧ 结构域家族的 Ｅ３ Ｅ２的偏爱性【２２］。尽管 ＲＩＮＧ Ｅ３ｓ中 ＲＩＮＧ结构域是
收稿 日期 ；２００４．１２．０２ 接 受 日期 ：２００５．０２．０２ 国家 自然科学基金资助项 目（Ｎｏ．３９８７００３９）
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ｚｅｈｕａｙｕ＠ ｓｏｈｕ．ｃｏｒｎ
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综述
Ｕ．ｂｏｘ蛋 白家族 。ＨＥＣＴ结构域主要是通过与泛素形 构域相互组合 时发挥作用，或者通过形成氢键或者
结构域 ，即 ＨＥＣＴ 结构域 。ＨＥＣＴ Ｅ３ｓ的 Ｎ末端 和 Ａｓｐ６０７具有非常高的保守性 ，任何一个氨基酸残
不具有保守性 ，并且 Ｎ末端决定 了底物 的特异性识 别 。例如 Ｅ６ＡＰ识别 ＨＰＶ Ｅ６和 ｐ５３就需要其一段大 约 ２００个氨基酸左右的特定 的 Ｎ端 序列…】。ＨＥＣＴ 结构域至少具有 四种生物 学功 能：（１）通过其连接特
ＵｂｃＨ７是与 Ｅ６ＡＰ相结合的 Ｅ２。ＵｂｃＨ７通过 Ｎ
链Ｉ１２】。与 ＨＥＣＴ Ｅ３相对应 的 Ｅ２ｓ构成一个亚家族， 端 的 ０ｃ螺旋和 Ｂ折叠片层结构一端 的环与 ＨＥＣＴ结
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在此亚家族内每一 Ｅ２成员都对特定的 ＨＥＣＴ Ｅ３ｓ有 构域 Ｎ端部分的疏水性的凹槽亚结构域相连，并且
偏爱性 ，这 归因于 Ｅ２和 ＨＥＣＴ结构域 的特异性 。 只有在 ＨＥＣＴ特 异性 的 Ｅ２亚家族 中具有保 守性 的