蛋白質作為生命活動的核心承擔者，直接參與調控著我們身體的各種生理過程。生命活動的正常進行與疾病的發(fā)生，不僅依賴于蛋白質的表達豐度，還深受其翻譯后修飾的影響。近年來，翻譯后修飾組學在揭示生命活動分子調控機制以及發(fā)現(xiàn)疾病生物標志物與藥物靶點方面，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，已成為國自然資助項目的?？汀ｉL期以來，泛素化修飾引發(fā)了廣泛的科研關注，相關研究文章不斷涌現(xiàn)。隨著研究的深入，這一領域的突破為生命科學和臨床醫(yī)學帶來了前所未有的機遇。

泛素化干貨回顧

泛素（Ubiquitin）由76個氨基酸組成，是一種在真核生物中普遍存在的調節(jié)蛋白。2004年，Aaron Ciechanover，Avram Hershko和Irwin Allan Rose因發(fā)現(xiàn)泛素介導的蛋白質降解共同獲得諾貝爾化學獎，掀起了泛素化研究的狂潮。之前，小編已經介紹過泛素化相關干貨，>>>內容詳見：蛋白降解的“死亡之吻”——泛素化

泛素化修飾組學

泛素化修飾組學是一種以蛋白質泛素化修飾為研究對象的翻譯后修飾組學，通過泛素化修飾組學研究，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發(fā)生了泛素化修飾；通過對照組與實驗組數(shù)據(jù)的比較，能夠發(fā)現(xiàn)發(fā)生泛素化修飾的關鍵蛋白并提示相關分子機制。

最新動態(tài)解讀

近期，泛素化修飾組學的文章層出不窮，小編整理了其在藥物研究、基礎研究、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是如何應用的吧~

泛素化與藥物研究：泛素化修飾組學助力確定索拉非尼耐藥相關重要基因[1]

索拉非尼被廣泛應用于治療晚期肝細胞癌，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，浙江大學醫(yī)學院附屬第一醫(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制，開展了CRISPR/Cas9敲除文庫篩選與翻譯后修飾組學整合分析，以獲得肝細胞癌細胞中索拉非尼處理后蛋白質磷酸化、乙酰化、泛素化修飾變化的信息。結果表明，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。此外，接受索拉非尼治療的肝細胞癌患者的轉錄組學數(shù)據(jù)顯示，反應者的CCT3表達與無反應者相比更低。

 圖1 整合CRISPR/Cas9敲除文庫篩選方法與乙?；?、磷酸化、泛素化組學分析，確定索拉非尼耐藥相關重要基因CCT3

泛素化與基礎研究：泛素化修飾的全局位點分布與動態(tài)解析[2]

泛素化調節(jié)真核細胞中的大多數(shù)蛋白質和生物過程。2024年5月23日，哥本哈根大學健康與醫(yī)學學院研究人員在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細胞開展了全局泛素化位點占用率和半衰期分析。結果表明，泛素化位點占用率跨越四個數(shù)量級，但其中位數(shù)比磷酸化低三個數(shù)量級；蛋白酶體抑制劑對泛素化位點的占用率、周轉率和調節(jié)密切相關，這些屬性區(qū)分了參與蛋白酶體降解和細胞信號傳導的位點；與非結構化區(qū)域中的位點相比，結構化蛋白質區(qū)域中的位點具有更長的半衰期，并且受蛋白酶體抑制劑的上調作用更強。此外，該研究發(fā)現(xiàn)了一種監(jiān)測機制，能夠快速且無位點選擇性地對所有泛素特異性E1和E2酶進行去泛素化，保護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

泛素化與感染研究：泛素化修飾組學揭示福氏志賀菌感染細胞的分子變化[3]

福氏志賀菌是一種革蘭氏陰性菌，可引起嚴重的血性痢疾。2024年5月8日，北京大學基礎醫(yī)學院與吉林大學第一醫(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)泛素結合實體（TUBE）的方法富集泛素化蛋白質，進而開展泛素福氏志賀菌感染細胞的泛素化修飾組分析；結果發(fā)現(xiàn)，當引入效應子OspG時，福氏志賀菌感染細胞的全局泛素組表現(xiàn)出顯著變化。值得注意的是，效應子OspG會促進一類稱為Septin的細胞骨架蛋白的泛素化，從而抑制圍繞胞質細菌的籠狀結構的形成?？傮w而言，該研究結果證明病原體已經進化出一種復雜的策略來調節(jié)宿主泛素信號轉導以逃避隔膜籠包埋。

圖3 福氏志賀菌感染細胞的泛素組分析

泛素化與癌癥研究：泛素化修飾組助力乙狀結腸癌醫(yī)學研究[4]

乙狀結腸癌患者通常表現(xiàn)出高死亡率和不良預后。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方法在乙狀結腸癌組織和對照組織間鑒定到608個差異泛素化蛋白中的1249個泛素化位點。該研究首次提供了人乙狀結腸癌中差異泛素化的蛋白質組學分析與涉及泛素化的信號通路網絡變化，以及蛋白質泛素化與其基因表達和蛋白質表達之間的關系模型；為深入理解乙狀結腸癌的分子機制和發(fā)現(xiàn)有效的治療靶點和生物標志物提供了希望，這些發(fā)現(xiàn)可以在預測、預防和個性化醫(yī)學的背景下，用于患者分層、預測性診斷、預后評估和個性化治療。

圖4 泛素化參與的乙狀結腸癌重要信號通路改變

泛素化與衰老研究：泛素化修飾組的重塑決定了秀麗隱桿線蟲的衰老[5]

衰老問題長期以來受到人們的廣泛關注。2021年7月28日，德國科隆大學研究人員在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組泛素化的全局變化進行檢測，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賴氨酸位點的二甘氨酸部分。研究結果發(fā)現(xiàn)隨著衰老的進行，機體中出現(xiàn)了廣泛的去泛素化過程，這會損害蛋白酶體靶點蛋白的清除，從而揭開了衰老過程中的泛素化修飾的動態(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

研究結論

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在藥物研究、基礎研究、感染研究、衰老研究和癌癥研究的應用的參考。泛素化修飾在調控蛋白質的活性、穩(wěn)定性和相互作用方面起著關鍵作用，進而影響細胞周期、免疫反應、衰老及多種疾病的發(fā)生和發(fā)展。隨著研究的深入，泛素化修飾組學將為疾病機制的理解和新療法的開發(fā)提供更多的可能性。

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參考文獻

[1] Zhu, H., Liu, Q., Meng, Q., Zhang, L., Ju, S., Lang, J., Zhu, D., Chen, Y., Aishan, N., Ouyang, X., Zhang, S., Jin, L., Xiao, L., Wang, L., Li, L., & Ji, F. (2024). CCT3/ACTN4/TFRC axis protects hepatocellular carcinoma cells from ferroptosis by inhibiting iron endocytosis. Journal of experimental & clinical cancer research : CR, 43(1), 245. https://doi.org/10.1186/s13046-024-03169-7

[2] Prus, G., Satpathy, S., Weinert, B. T., Narita, T., & Choudhary, C. (2024). Global, site-resolved analysis of ubiquitylation occupancy and turnover rate reveals systems properties. Cell, 187(11), 2875–2892.e21. https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.03.024

[3] Xian, W., Fu, J., Zhang, Q., Li, C., Zhao, Y. B., Tang, Z., Yuan, Y., Wang, Y., Zhou, Y., Brzoic, P. S., Zheng, N., Ouyang, S., Luo, Z. Q., & Liu, X. (2024). The Shigella kinase effector OspG modulates host ubiquitin signaling to escape septin-cage entrapment. Nature communications, 15(1), 3890. https://doi.org/10.1038/s41467-024-48205-4

[4] Yang, H., Li, N., Chen, L., Zhou, L., Zhou, Y., Liu, J., Jia, W., Chen, R., Su, J., Yang, L., Gong, X., & Zhan, X. (2023). Ubiquitinomics revealed disease- and stage-specific patterns relevant for the 3PM approach in human sigmoid colon cancers. The EPMA journal, 14(3), 503–525. https://doi.org/10.1007/s13167-023-00328-2

[5] Koyuncu, S., Loureiro, R., Lee, H. J., Wagle, P., Krueger, M., & Vilchez, D. (2021). Rewiring of the ubiquitinated proteome determines ageing in C. elegans. Nature, 596(7871), 285–290. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03781-z