蛋白质修饰--smm20170927

蛋白质修饰PROTEINMODIFICATION1医学院盛苗苗23中心法则4圆柱瘤/头巾状瘤（Cylindromatos）5拳王阿里在一九九六年亚特兰大奥运会上的精彩瞬间CYLD蛋白是一种去泛素化酶6修饰功能检测磷酸化细胞内信号转导质谱放射性测量分析磷酸化特异抗体的免疫印迹泛素化蛋白质降解质谱泛素化检测乙酰化和甲基化转录的调控染色质免疫沉淀ChIP-on-chip糖基化细胞外信号转导质谱高效液相色谱法检测蛋白修饰的方法原核生物的翻译后修饰真核生物的翻译后修饰7从核蛋白体释放的多肽链，不一定具备生物活性。肽链从核蛋白体释放后，经过细胞内各种修饰处理过程，成为有活性的成熟蛋白质的过程，称为翻译后加工（post-translationalprocessing）。翻译后加工分为：切除加工共价修饰肽链的正确折叠蛋白质合成后的转运翻译产物的加工修饰8典型的情况包括切除N-端甲硫氨酸、信号肽序列和部分肽段将无活性的前体转变成活性形式。1.切除加工原核生物脱甲酰基酶Met-fMet-氨基肽酶真核细胞910•切除信号肽真核细胞分泌性蛋白和跨膜蛋白的前体的N端都有一13-36个氨基酸残基的肽段-信号肽，这些信号肽在蛋白质成熟过程中需要被切除。11包含信号肽的胰岛素前体称为前胰岛素原（pre-proinsulin）。去掉信号肽的胰岛素的前体称为胰岛素原(proinsulin)。进一步切除称为C链的肽段后才能形成活性形式的胰岛素（insulin）12胰蛋白酶原的激活过程肠激酶胰蛋白酶天天天天天天天天•切除部分肽段蜂毒素能溶解动物细胞，也能溶解蜜蜂自身的细胞，在细胞内合成没有活性的前毒素，进入刺吸器后，N端的22个氨基酸残基被蛋白酶水解生成毒素。13蛋白质内含子（INTEIN）14多肽链中个别氨基酸侧链的化学修饰：磷酸化：丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸羟基化：脯氨酸、赖氨酸乙酰化：赖氨酸甲基化：赖氨酸、精氨酸泛素化、sumolytion：赖氨酸核糖基化：谷氨酸二硫键的形成：2个Cys的巯基之间的脱氢氧化形成二硫键2.化学修饰15二硫键形成(DISULFIDEBONDFORMATION)二硫键通常只发现于分泌蛋白（如胰岛素）和某些膜蛋白中，在细胞质中由于有各种还原性物质（如谷胱甘肽glutathione和硫氧还原蛋白thioredoxin）所以细胞质蛋白没有二硫键。16UBIQUITINATION(泛素化)泛素化(ubiquitination)是指泛素分子在一系列特殊的酶作用下，将细胞内的蛋白质分类，从中选出靶蛋白分子，并对靶蛋白进行特异性修饰的过程，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)17TheNoblePrizeinChemistry2004forthediscoveryofubiquitin-mediatedproteolysisAaronCiechanoverAvramHershkoIrwinRose阿龙.西查诺瓦阿夫拉姆.赫希科欧文.罗斯1819泛素的结构模型首先在牛的胸腺中被分离出来，后来又发现其存在于很多组织和器官中。它与底物蛋白质的赖氨酸残基共价地结合，虽然这种标记作用本身是非底物特异性的，即泛素可与各种蛋白质相连，但被泛素标记的蛋白质将被特异性地识别并迅速降解。它不同于蛋白质的某些可逆变化，如经过磷酸化的蛋白质可以重新复原，经过泛素修正的目标蛋白质一旦被破坏以后就不能恢复原状了。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)。20泛素化过程是一个三酶级联反应，即需要有三个酶E1:泛素激活酶(Ubiquitin-activatingenzyme)，人类仅有2种E1。E2:泛素结合酶(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E3s2122在第一步反应中，泛素活化酶（又被称为E1）水解ATP并将一个泛素分子腺苷酸化。接着，泛素被转移到E1的活性中心的半胱氨酸残基上，并伴随着第二个泛素分子的腺苷酸化。被腺苷酸化的泛素分子接着被转移到第二个酶，泛素结合酶（E2）的半胱氨酸残基上。最后，高度保守的泛素连接酶（E3）家族中的一员（根据底物蛋白质的不同而不同）识别特定的需要被泛素化的靶蛋白，并催化泛素分子从E2上转移到靶蛋白上。泛素化模式（UBIQUITINATIONMODES）23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。调节蛋白质的活性和定位K48polyubiquitylationK63polyubiquitylationMonoubiquitylationMultiplemonoubiquitylation24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。2526细胞内的废弃物处理装置——蛋白酶体这些桶状结构可以几乎将所有蛋白质分解为7-9个氨基酸长度的缩氨酸，蛋白酶体的活性表面在桶状结构的内部。蛋白酶体能辨别出与泛素结合的蛋白质，一旦作为标签的泛素脱离蛋白质，即可利用三磷酸腺苷提供的能量改变蛋白质的性质使其从一端进入蛋白酶复合体内发生降解，并最终以缩氨酸的形式从另一端释放出来。去泛素化作用（DEUBIQUITINATION）27AmerikandHochstrasser,2004去泛素化酶(DEUBIQUITINATINGENZYME)泛素羧基末端水解酶，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。28泛素化失调与肿瘤29—————————————————————————————————————————失调蛋白底物修饰肿瘤类别————————————————————————————————————————SKP2p27(KIP)PolyubiquitylationMalignantmelanomaMDM2p53PolyubiquitylationNon-small-celllungcancer,soft-tissuecarcinoma,colorectalcancerHAUSPp53,MDM2De-ubiquitylationNon-small-celllungcancerlymphomaAPCCyclinB,PolyubiquitylationColorectalcancersecurinFANCLFANCD2MonoubiquitylationFanconianaemia-relatedcancersCYLDIKKγDe-ubiquitylationCylindromatosisIAP2BCL10PolyubiquitylationMALTlymphomasCBLRTKsMultipleLymphoma,AMLandmonoubiquitylationgastriccarcinomapVHLHIFPolyubiquitinationvonHippel-Lindaudisease—————————————————————————————————————————泛素化途径的异常与人类重大疾病癌症:BRCA1,CYLD,Mdm2,Nrdp1,pVHL神经退行性疾病（如帕金森氏症）：UCH-L1传染病病原体的入侵、致病机制:E6-AP303132类泛素蛋白的结构高度相似33UbiquitinISG15SumoNEDD8SUMO化SUMO(smallubiquitin-relatedmodifier)proteins：类泛素化修饰蛋白。一种类泛素蛋白，它通过与底物蛋白共价连接从而调节靶蛋白的定位和功能。SUMO家族有3个成员，其蛋白长度略有差别：SUMO1由101个氨基酸组成．SUMO2由103个氨基酸组成.，而SUMO3仅由95个氨基酸组成。3435ActivatingenzymecomplexhastwosubunitsAOS1issimilartotheN-terminalhalfofUbE1UBA2ishomologoustotheC-terminalhalfofUbE1andcontainsthecysteinenecessaryforlinkagewithSUMOConjugatingenzyme:UBC9磷酸化(PHOSPHORYLATION)蛋白质磷酸化：指由蛋白质激酶催化的把ATP或GTP的磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基上的过程，是生物体内一种普通的调节方式，在细胞信号转导的过程中起重要作用。36THENOBLEPRIZEINPHYSIOLOGYORMEDICINE199237EdmondH.FischerEdwinG.KrebsProteinkinaseProteinphosphatase磷酸化位点38磷酸化与去磷酸化蛋白的磷酸化与去磷酸化是可逆的反应过程：•蛋白激酶（2000）：磷酸化，丝氨酸/苏氨酸激酶（STK）和蛋白酪氨酸激酶（PTK）•蛋白磷酸酯酶（1000）：去磷酸化，丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酯酶，酪氨酸蛋白磷酸酯酶。39PhosphorylationchangesPIoftheprotein,whichcanbeeasilydetectedon2DgelsMSanalysisofC/EBPβafterinvitrophosphorylationbyMAPKand/orGSK3βProcNatlAcadSciUSA.2005,102(28):9766-71WesternblottingofErk检测蛋白磷酸化的方法40乙酰化（ACETYLIZATION）41蛋白质的N-乙酰化修饰是将供体的乙酰基转移到受体蛋白的末端氨基酸残基（α氨基）或者链中的赖氨酸残基（ε氨基）上。是细胞控制基因表达，蛋白质活性或生理过程的一种机制。最常见的是组蛋白乙酰化组蛋白乙酰化水平是由组蛋白乙酰基转移酶(HATs)和组蛋白去乙酰基转移酶(HDACs)共同决定。乙酰化检测方法WesternBlot1D&2DgelMSChIP(ChromatinImmunoprecipitation,itcandetecthistoneacetylationormethylationatspecificgenomicsite)42ACETYLATION-DEPENDENTSIGNALTRANSDUCTIONFORTYPEIIFNRECEPTOR43TSA组蛋白去乙酰化酶抑制剂甲基化（METHYLATION）蛋白质的甲基化修饰是在甲基转移酶催化下,在赖氨酸或精氨酸侧链氨基上进行的甲基化。另外也有对天冬氨酸或谷氨酸侧链羧基进行甲基化形成甲酯的形式。甲基化增加了立体阻力,并且取代了氨基的氢,影响了氢键的形成。因此,甲基化可以调控分子间和分子与目标蛋白的相互作用。在组蛋白中，蛋白质甲基化是被研究最多的一类。组蛋白甲基化的功能主要体现在异染色质形成、基因印记、X染色体失活和转录调控方面。44糖基化(GLYCOSYLATION)45在糖基转移酶作用下将糖转移至蛋白质，和蛋白质上的氨基酸残基形成糖苷键。蛋白质经过糖基化作用，