一文了解泛素(ubiquitin)

文/陈根

泛素(ubiquitin)是一类存在于真核生物中的小蛋白,由76个氨基酸组成,主要功能是标记需要分解掉的蛋白质。其也可以标记跨膜蛋白,参与蛋白质的膜泡运输。在细胞信号传导,内吞,以及DNA损伤修复中,非典型泛素链占据着重要地位。

泛素化是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。这一过程一般是,泛素先由E1活化酶活化,然后被转移到E2结合酶,最后由E2结合酶转交给E3连接酶,再由E3连接酶找到蛋白底物完成泛素化修饰。

可以说,泛素化在蛋白质的定位、代谢、调节和降解中扮演着关键角色。同时,它也参与着细胞增殖、凋亡、分化、转移、损伤修复等众多生命活动的调控。此外,泛素化与肿瘤、心血管等疾病的发病也密切相关。

作为近年来生物化学研究的一个重大成果,泛素化已然成为开发新药物的热门对象,其底物通常也被认为是蛋白质。但近日,英国剑桥大学的研究人员发现,泛素化的底物竟然可以不是蛋白质,脂多糖也可以。

研究人员利用泛素化酶(来自人类宿主细胞的提取物)以及不同菌株的细菌,设计了一个体外重建泛素化实验。结果表明,人类宿主细胞在抗沙门氏菌感染时的泛素化底物是脂多糖,并且确定了泛素化修饰的具体位点是脂多糖上的脂质A,作用位点则可能是羟基、磷酸基团。

为了进一步探究,研究人员对HeLa细胞裂解物进行了分离纯化以及质谱分析。结果显示,蛋白质RNF213就是以脂多糖为泛素化底物的E3连接酶。至于RNF213,其是一种新型(591kDa)E3泛素连接酶,它的E3连接酶活性结构域包括RZ结构域、RING结构域和动力蛋白样的AAA+结构域。

其中RING结构域的缺失对RNF213的E3连接酶活性没有明显影响,相比之下,AAA+结构域和RZ结构域对其E3连接酶活性则至关重要。换句话说,RNF213作为E3连接酶以脂多糖为泛素化底物,参与了细胞抗细菌感染中由泛素化修饰介导的自噬机制。

值得一提的是,RNF213在将泛素连接到脂多糖分子上之后,还能够通过另一种E3连接酶进一步放大泛素化信号,以促进沙门氏菌的自噬清除。未来,这个发现有望拓宽泛素化药物的研发思路。