蛋白質(zhì)作為生命活動(dòng)的核心承擔(dān)者，直接參與調(diào)控著我們身體的各種生理過程。生命活動(dòng)的正常進(jìn)行與疾病的發(fā)生，不僅依賴于蛋白質(zhì)的表達(dá)豐度，還深受其翻譯后修飾的影響。近年來，翻譯后修飾組學(xué)在揭示生命活動(dòng)分子調(diào)控機(jī)制以及發(fā)現(xiàn)疾病生物標(biāo)志物與藥物靶點(diǎn)方面，發(fā)揮了越來越重要的作用。
其中，泛素化修飾作為研究的熱點(diǎn)，已成為國自然資助項(xiàng)目的常客。長期以來，泛素化修飾引發(fā)了廣泛的科研關(guān)注，相關(guān)研究文章不斷涌現(xiàn)。隨著研究的深入，這一領(lǐng)域的突破為生命科學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)帶來了前所未有的機(jī)遇。
泛素（Ubiquitin）由76個(gè)氨基酸組成，是一種在真核生物中普遍存在的調(diào)節(jié)蛋白。2004年，Aaron Ciechanover，Avram Hershko和Irwin Allan Rose因發(fā)現(xiàn)泛素介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解共同獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，掀起了泛素化研究的狂潮。之前，小編已經(jīng)介紹過泛素化相關(guān)干貨，>>>內(nèi)容詳見：蛋白降解的“死亡之吻”——泛素化
泛素化修飾組學(xué)是一種以蛋白質(zhì)泛素化修飾為研究對象的翻譯后修飾組學(xué)，通過泛素化修飾組學(xué)研究，能夠獲得生物樣本中全局水平的泛素化定性定量信息，即生物樣本中哪些蛋白的哪些位點(diǎn)發(fā)生了泛素化修飾；通過對照組與實(shí)驗(yàn)組數(shù)據(jù)的比較，能夠發(fā)現(xiàn)發(fā)生泛素化修飾的關(guān)鍵蛋白并提示相關(guān)分子機(jī)制。
近期，泛素化修飾組學(xué)的文章層出不窮，小編整理了其在藥物研究、基礎(chǔ)研究、感染研究、衰老研究和癌癥研究的文章，讓我們一起看一下泛素化修飾組學(xué)是如何應(yīng)用的吧~
索拉非尼被廣泛應(yīng)用于治療晚期肝細(xì)胞癌，然而其延長患者生存期的有效性受到耐藥性限制。2024年8月29日，浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院研究人員在Journal of Experimental & Clinical Cancer Research期刊（IF = 11.4）上發(fā)表了題為CCT3/ACTN4/TFRC axis protects hepatocellular carcinoma cells from ferroptosis by inhibiting iron endocytosis的研究論文。研究人員為了系統(tǒng)地研究索拉菲尼的耐藥機(jī)制，開展了CRISPR/Cas9敲除文庫篩選與翻譯后修飾組學(xué)整合分析，以獲得肝細(xì)胞癌細(xì)胞中索拉非尼處理后蛋白質(zhì)磷酸化、乙酰化、泛素化修飾變化的信息。結(jié)果表明，含伴侶蛋白的 TCP1 亞基3（CCT3）中第21位氨基酸（賴氨酸21/K21）的泛素化與索拉菲尼耐藥性有關(guān)。此外，接受索拉非尼治療的肝細(xì)胞癌患者的轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)顯示，反應(yīng)者的CCT3表達(dá)與無反應(yīng)者相比更低。
圖1 整合CRISPR/Cas9敲除文庫篩選方法與乙?；⒘姿峄?、泛素化組學(xué)分析，確定索拉非尼耐藥相關(guān)重要基因CCT3
泛素化調(diào)節(jié)真核細(xì)胞中的大多數(shù)蛋白質(zhì)和生物過程。2024年5月23日，哥本哈根大學(xué)健康與醫(yī)學(xué)學(xué)院研究人員在Cell期刊（IF = 45.5）上發(fā)表了題為Global, site-resolved analysis of ubiquitylation occupancy and turnover rate reveals systems properties的研究論文。研究人員對Hela細(xì)胞開展了全局泛素化位點(diǎn)占用率和半衰期分析。結(jié)果表明，泛素化位點(diǎn)占用率跨越四個(gè)數(shù)量級，但其中位數(shù)比磷酸化低三個(gè)數(shù)量級；蛋白酶體抑制劑對泛素化位點(diǎn)的占用率、周轉(zhuǎn)率和調(diào)節(jié)密切相關(guān)，這些屬性區(qū)分了參與蛋白酶體降解和細(xì)胞信號傳導(dǎo)的位點(diǎn)；與非結(jié)構(gòu)化區(qū)域中的位點(diǎn)相比，結(jié)構(gòu)化蛋白質(zhì)區(qū)域中的位點(diǎn)具有更長的半衰期，并且受蛋白酶體抑制劑的上調(diào)作用更強(qiáng)。此外，該研究發(fā)現(xiàn)了一種監(jiān)測機(jī)制，能夠快速且無位點(diǎn)選擇性地對所有泛素特異性E1和E2酶進(jìn)行去泛素化，保護(hù)它們免受旁觀者泛素化的積累。
圖2 泛素化特征的系統(tǒng)規(guī)模定量分析
福氏志賀菌是一種革蘭氏陰性菌，可引起嚴(yán)重的血性痢疾。2024年5月8日，北京大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院與吉林大學(xué)第一醫(yī)院研究人員在Nature Communications期刊（IF = 14.7）上發(fā)表了題為The Shigella kinase effector OspG modulates host ubiquitin signaling to escape septin-cage entrapment的研究論文。研究人員采用串聯(lián)泛素結(jié)合實(shí)體（TUBE）的方法富集泛素化蛋白質(zhì)，進(jìn)而開展泛素福氏志賀菌感染細(xì)胞的泛素化修飾組分析；結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)引入效應(yīng)子OspG時(shí)，福氏志賀菌感染細(xì)胞的全局泛素組表現(xiàn)出顯著變化。值得注意的是，效應(yīng)子OspG會(huì)促進(jìn)一類稱為Septin的細(xì)胞骨架蛋白的泛素化，從而抑制圍繞胞質(zhì)細(xì)菌的籠狀結(jié)構(gòu)的形成?？傮w而言，該研究結(jié)果證明病原體已經(jīng)進(jìn)化出一種復(fù)雜的策略來調(diào)節(jié)宿主泛素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)以逃避隔膜籠包埋。
圖3 福氏志賀菌感染細(xì)胞的泛素組分析
乙狀結(jié)腸癌患者通常表現(xiàn)出高死亡率和不良預(yù)后。2023年6月30日，北京中日友好醫(yī)院研究人員在EPMA Journal期刊（IF = 6.0）上發(fā)表了題為Ubiquitinomics revealed disease- and stage-specific patterns relevant for the 3PM approach in human sigmoid colon cancers的研究論文。研究人員基于泛素化修飾組學(xué)方法在乙狀結(jié)腸癌組織和對照組織間鑒定到608個(gè)差異泛素化蛋白中的1249個(gè)泛素化位點(diǎn)。該研究首次提供了人乙狀結(jié)腸癌中差異泛素化的蛋白質(zhì)組學(xué)分析與涉及泛素化的信號通路網(wǎng)絡(luò)變化，以及蛋白質(zhì)泛素化與其基因表達(dá)和蛋白質(zhì)表達(dá)之間的關(guān)系模型；為深入理解乙狀結(jié)腸癌的分子機(jī)制和發(fā)現(xiàn)有效的治療靶點(diǎn)和生物標(biāo)志物提供了希望，這些發(fā)現(xiàn)可以在預(yù)測、預(yù)防和個(gè)性化醫(yī)學(xué)的背景下，用于患者分層、預(yù)測性診斷、預(yù)后評估和個(gè)性化治療。
圖4 泛素化參與的乙狀結(jié)腸癌重要信號通路改變
衰老問題長期以來受到人們的廣泛關(guān)注。2021年7月28日，德國科隆大學(xué)研究人員在Nature期刊（IF = 50.5）上發(fā)表了題為Rewiring of the ubiquitinated proteome determines ageing in C. elegans的研究論文。為了對衰老過程中蛋白質(zhì)組泛素化的全局變化進(jìn)行檢測，研究人員使用了一種特異性的抗體，能夠識別由異肽鍵連接到蛋白質(zhì)賴氨酸位點(diǎn)的二甘氨酸部分。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著衰老的進(jìn)行，機(jī)體中出現(xiàn)了廣泛的去泛素化過程，這會(huì)損害蛋白酶體靶點(diǎn)蛋白的清除，從而揭開了衰老過程中的泛素化修飾的動(dòng)態(tài)變化圖譜；為延長人類的壽命、健康變老這一研究提供了新的見解。
圖5 泛素化修飾組在衰老過程中發(fā)生了重塑
通過以上文章分享，希望能為各位研究者們提供泛素化修飾組學(xué)在藥物研究、基礎(chǔ)研究、感染研究、衰老研究和癌癥研究的應(yīng)用的參考。泛素化修飾在調(diào)控蛋白質(zhì)的活性、穩(wěn)定性和相互作用方面起著關(guān)鍵作用，進(jìn)而影響細(xì)胞周期、免疫反應(yīng)、衰老及多種疾病的發(fā)生和發(fā)展。隨著研究的深入，泛素化修飾組學(xué)將為疾病機(jī)制的理解和新療法的開發(fā)提供更多的可能性。
青蓮百奧修飾蛋白組學(xué)產(chǎn)品線升級，不僅精心打磨了經(jīng)典修飾產(chǎn)品線（如磷酸化、糖基化、泛素化等），同時(shí)開拓了一系列新型修飾產(chǎn)品線（如乳酸化、?；揎?、氧化還原等）。現(xiàn)憑借先進(jìn)的高分辨率、高靈敏度質(zhì)譜技術(shù)，積累了豐富的修飾組學(xué)研究經(jīng)驗(yàn)，提供深入的生物信息學(xué)分析報(bào)告，為科研工作的深入探索和成果的有效轉(zhuǎn)化提供強(qiáng)有力的支持。歡迎垂詢！
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