蛋白质组学/翻译后修饰/羧基修饰
章节作者：Rhea Sanchez 和 Ashlee Benjamin
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本节
几乎所有多肽在从 mRNA 翻译后都会发生修饰。许多类型的修饰发生在多肽的末端。蛋白质或多肽的C 末端 是氨基酸链的末端，以一个游离的羧基 (-COOH) 结束[1]。
多肽的 C 末端可以通过几种方式进行翻译后修饰。最常见的翻译后修饰 是在 C 末端添加脂类锚定。这种修饰使蛋白质能够锚定在膜内，而不需要跨膜结构域[2]。
C 末端修饰类型包括：酰胺化、异戊烯化、糖基磷脂酰肌醇化、泛素化、SUMO 化和甲基/乙基酯化。
C 末端酰胺化 是肽激素 中常见的翻译后修饰。酰胺化是在多肽链末端添加酰胺基团[3]。
C 末端酰胺化的酰胺基团来自一个甘氨酸残基。这个甘氨酸存在于类似于 XGXX 的前体 C 末端序列中，其中 X 代表任何氨基酸。当用 CpY（羧肽酶 Y）、CpA 和 CpB 等蛋白酶消化多肽时，CpY 会释放 C 末端酰胺，但 CpA 和 CpB 不会[4]。酰胺化会中和多肽 C 末端的负电荷。肽基甘氨酸 α-羟化单加氧酶和肽基 α-羟基甘氨酸 α-酰胺化裂解酶是与酰胺化相关的两种酶，它们都由同一个基因编码：肽基甘氨酸 α-酰胺化单加氧酶[3]。
肽基甘氨酸 α-酰胺化单加氧酶或 PAM 前体编码一种多功能蛋白，可分为三个部分。首先，PAM 前体的 NH2 末端三分之一包含酶肽基甘氨酸 α-羟化单加氧酶或 PHM。其次，PAM 前体的中间三分之一包含酶肽基 α-羟基甘氨酸 α-酰胺化裂解酶或 PAL。最后，PAM 前体的 COOH 末端三分之一编码一个跨膜结构域和一个可能形成胞质尾部的亲水结构域[3]。
两种活性通过一个两步过程，依次催化从其甘氨酸延伸前体生成 α-酰胺化肽。
异戊烯化（也称为异戊二烯化或脂类化）是在蛋白质中添加疏水分子，称为异戊二烯基团的翻译后修饰。异戊烯化过程由三种酶催化：法尼基转移酶、香叶基香叶基转移酶 I 和香叶基香叶基转移酶 II [5]。
法尼基转移酶 和香叶基香叶基转移酶 I 是结构和功能相似的蛋白质。在结构方面，两种酶都由两个亚基组成：α 亚基和 β 亚基。两种酶都识别靶蛋白 C 末端的 CAAX 框（C 代表半胱氨酸；A 代表脂肪族氨基酸；X 代表任何氨基酸）[5]。根据酶的不同，法尼基异戊二烯或香叶基香叶基异戊二烯膜锚定将被添加到 C 末端附近的 CAAX 框的半胱氨酸残基上。
香叶基香叶基转移酶 II 或 Rab 香叶基香叶基转移酶，催化将香叶基香叶基基团添加到靠近和/或位于Rab 蛋白 C 末端附近的半胱氨酸残基上的反应。但是，由于 Rab 蛋白 C 末端的超变异性，Rab 蛋白没有 Rab 香叶基香叶基转移酶可以识别的共有序列，例如 CAAX 框。因此，Rab 蛋白需要 Rab 伴侣蛋白或 REP 的帮助，然后才能被 Rab 香叶基香叶基转移酶识别。异戊烯化后，由于脂类锚定的作用，Rab 蛋白变得不溶。REP 部分负责结合香叶基香叶基基团并使其可溶。REP 还将 Rab 蛋白转运到适当的膜[5]。
肽的 C 末端由疏水氨基酸组成。肽的疏水端会发生蛋白水解裂解，并添加一个糖基磷脂酰肌醇 或 GPI 锚定到 C 末端。这个过程被称为糖基磷脂酰肌醇化[6]。称为磷脂酶的酶会释放 GPI 连接蛋白。已知磷脂酶 C 会水解 GPI 锚定蛋白中磷脂酰肌醇的磷酸二酯键，导致成熟蛋白的释放。GPI 锚定在受体介导的信号转导途径 中起着至关重要的作用。因此，糖基磷脂酰肌醇化过程或磷脂酶催化反应的缺陷对生物体的影响并不奇怪。与 GPI 锚定缺陷相关的疾病之一是称为阵发性夜间血红蛋白尿 的疾病[7]。
泛素化，也称为泛素化，是指通过异肽键将一个或多个泛素单体共价连接到蛋白质上的过程。泛素化最显著地与靶向底物进行 26S 蛋白酶体降解相关联 [8]。然而，它也与翻译后蛋白质定位、活性、构象和蛋白质-蛋白质相互作用有关。
泛素化在蛋白质命运中所起的确切作用被认为取决于附加到蛋白质上的泛素链的长度。单泛素化是指将单个泛素单体连接到蛋白质上，这是一种与内吞作用、病毒出芽、内体分选、DNA 修复、组蛋白调节和从细胞核中输出相关的非蛋白水解信号 [9]。泛素中的七个赖氨酸残基影响其连接其他泛素分子的能力。这种连接过程被称为多泛素化 [9]。研究最充分的例子是通过 48 位位置的赖氨酸残基连接的四个多泛素链。这些泛素靶向蛋白质进行降解 [8]。
去泛素化酶或 DUB 能够通过切割泛素蛋白来逆转这种修饰。一些疾病与泛素化相关联，包括安吉尔曼综合征、冯·希佩尔-林道综合征、利德尔综合征和范科尼贫血。
SUMO 化
[edit | edit source]小泛素相关修饰蛋白或 SUMO 蛋白是通过 SUMO 化过程共价连接到蛋白质上的小蛋白。顾名思义，SUMO 蛋白和泛素是相似的蛋白，它们共享许多特征，包括指导任一过程的酶促反应序列。然而，与泛素不同，SUMO 蛋白不充当蛋白水解信号。SUMO 化与各种细胞功能和过程相关联，包括细胞周期调节、DNA 修复、染色体维持、修饰细胞质信号转导、核输入和亚核区室化、DNA 修复、转录调控和应激反应 [10][11]。
甲基酯化
[edit | edit source]甲基酯化涉及将羧酸转化为甲酯 [12]。甲基酯化与蛋白质的膜定位有关，包括小G 蛋白 [13]。羧基甲酯也与使肽对外肽酶具有抗性有关 [14]。
功能
[edit | edit source]多肽羧基末端的翻译后修饰与以下列出的许多生物学功能和过程有关。
- 肽激活
- 膜整合
- 定位
- 活性
- 结构
- 蛋白质-蛋白质相互作用
- 蛋白水解信号传导
- 内吞作用
- 内体分选
- 组蛋白调节
- DNA 修复
- 病毒出芽
- 核输出
- 细胞周期调节
- 染色体维持
- 修饰细胞质信号转导
- 核输入和亚核区室化
- 转录调控
- 应激反应
参考文献
[edit | edit source]- ↑ 维基百科。“C 末端”。创建：2007 年 11 月 28 日。访问：2008 年 3 月 10 日。可在以下网址获取：<http://en.wikipedia.org/wiki/C-terminus>
- ↑ 维基百科。“翻译后修饰”。创建：2008 年 2 月 16 日。访问：2008 年 3 月 10 日。可在以下网址获取：<http://en.wikipedia.org/wiki/Posttranslational_modification>
- ↑ a b c Driscoll WJ、Mueller SA、Eipper BA 和 Mueller GP。“地塞米松和双硫仑对肽酰胺化作用的差异调节”。分子药理学 1999；55:1067-1076。[在线来源]
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- McFadden PN 和 Clarke S。“将天冬氨酸肽化学转化为异天冬氨酸肽”。J Biol Chem。1986；261:11503-11511。[在线来源]
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