PDF《去泛素化酶与基因表达调控 *》

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2 The schematic model delineating multiple functions of DUBs in cellular system 图2去泛素化酶在细胞中的功能示意图 图中呈现了真核生物体内蛋白质降解的三条途径,泛素蛋白酶体途径的基本组成,以及 DUB 在整个泛素修饰网络不同位点不同阶段发挥的 功能. Fig.

1 Categories of DUBs in human[10] 图1去泛素化酶的分类[10] 如图所示为人源 DUB 的分类,包括六大家族,分别用不同颜色标 注. 其中 DUB 不同亚家族的核心催化结构域用浅橙色表示,其余 的共有保守结构域也用相应的颜色注释. 线段的长短代表 DUB 的 氨基酸数目,每种颜色的扇形区在饼状图中的比例为不同亚家族的 DUB 占整个 DUB 数量的百分比. (Machado-Joseph disease related enzymes)和MCPIP 家族(monocyte chemotactic protein-induced protein) (图1[10] ). 去泛素化酶参与了以下六个方面的生命活动: a. 加工前体泛素为成熟的游离泛素,由UBC、 UBB、UBA52 和UBA40 等泛素基因编码的初级产 物,通常在 C 端含有延伸的肽段或者与核糖体耦 联,需要 DUB 的剪切功能.b. 挽救蛋白质的降 解命运[11] ,这一点体现了与泛素连接酶的拮抗性. c.去除非降解性泛素链信号[12] .d. 防止泛素和泛 素-底物复合体被溶酶体途径和蛋白酶体途径降 解,维持体内泛素含量的相对稳定.e. 促进从底 物上切除的泛素链解聚,使得再循环的泛素变成游 离的单体形式进入泛素库.f.有一些特殊的 DUB 可以将非降解型的直链泛素进行编辑转变为单泛 素,使得泛素介导的信号发生转换(图2). 目前对 于去泛素化酶作用机理的研究远没有对泛素连接酶 的研究深入,已知 DUB 的生理功能主要包含四 大类:代谢与应激[13-14] 、肿瘤与癌症[15] 、感染与免 疫[16-18] 、干细胞与发育调控[19-20] . 基因表达调控作 为分子遗传学的研究热点,充分渗透到上述四个研 究方向. 基因表达的调控,主要包括组蛋白水平、 转录因子水平、染色质水平,涉及到基因的活化与 失活、细胞周期进程转换、DNA 损伤修复等多项 精细复杂的机制,并存在泛素化和去泛素化动态平 衡调控.本综述从去泛素化酶与染色质调控、去泛 素化酶与细胞周期调控、去泛素化酶与 DNA 损伤 修复三个方面系统总结去泛素化酶在基因表达调 控中的重要作用. Other UBA DUSP Ubiquitin-like DNA/RNA binding Zn finger Catatytic 蛋白酶体途径 HECT 类E3 RING 类E3 蛋白酶体 细胞质 内吞途径 游离泛素库 自噬途径 泛素前体 溶酶体 DUB DUB DUB DUB DUB DUB E2 E2 E1 ATP AMP Pi

127 ・ ・ 生物化学与生物物理进展 Prog. Biochem. Biophys. 2014;

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1 去泛素化酶家族的基本特征 1援1 去泛素化酶的催化结构 从前所述的六大类去泛素化酶,最大的家族是 USP 家族,新近发现的家族是 MCPIP 家族. 泛素 化酶的不同亚家族在结构模式上形态各异,但具有 标志性的基本特征:以USP 家族为例,较多的含 有泛素结合结构域(UBD)、泛素相互作用结构域 (UIM)和泛素相关结构域(UBA),这三类结构域都 可以和泛素结合,但具有较低的亲和力.同时有相 当一部分数量的 DUB 含有泛素类似 物结构域 (UBL). 这些结构域在一级序列上几乎没有保守 性,其三维结构却和泛素有着极高的相似度,并且 其C端通常缺失甘氨酸模序,使其自身不容易被 降解. 大多数的 DUB 采用的蛋白质水解反应方式是 使赖氨酸的 着- 氨基和泛素 C 端甘氨酸残基的羧基 端分离.DUB 中的 USP、UCH、OTU、MJD 家族 属于半胱氨酸水解酶类,基于木瓜蛋白酶的研究发 现:催化反应依赖 2~3 个核心氨基酸残基,构成 相应的催化二聚体和催化三聚体.在这些酶类中, 组氨酸可以降低半胱氨酸催化活性中心的等电点, 从而使得异肽链的连接容易被亲和性反应破解,而第3个氨基酸(通常是天冬氨酸或者精氨酸)使催化 活性的组氨酸发生极化,有利于亲核反应的发生. 1援1援1 USP 家族. USP 家族成员的蛋白质含有三个结构域,就好 像手掌、大拇指和其他手指的关系一样,活性催化 中心位于手掌和大拇指的结构域,而食指结构域抓 住泛素末端甘氨酸基序位点.有意思的是 USP家族 的蛋白中有一些 USP 结构域处于活性静息状态 (apo-USP),但是当泛素结合到 USP 结构域 时, USP 蛋白可以发挥催化活性,这就好比是活性和非 活性中心位点的动态平衡变化.比较典型的例子是 USP7,当泛素结合时,组氨酸侧链旁的半胱氨酸 由于占位效应被拉拢,然而 USP14 和USP8 则需 要在不结合泛素的情况下发生催化反应[21-22] ,后者 的泛素结合表面一旦占有泛素就会阻碍和屏蔽催化 活性位点. 还有一类值得一提的 USP 是CYLD, 它的独特之处在于其催化活性位点和泛素结合位点 始终保持着一致性[23] . 所有的 USP 结构域蛋白可能会由于插入大分 子多肽片段而改变泛素结合活性和催化活性,例如 CYLD 家族蛋白的 B-box 结构域、USP5 的UBA 结构域等. 还有一些蛋白含有 UBL 结构域,但功 能尚不知晓. 1援1援2 OTU 家族.OTU 家族又分为三个亚类: Otubian(OTUB1,OTUB2)、A20-like-OTU 和OTU. 该家族成员也采取类似 USP 家族成员的活性转换 方式:当泛素不结合时,处于活性抑制状态,而泛 素结合后,催化活性位点暴露,从........