蛋白質組學/翻譯後修飾/羧基修飾
章節作者：Rhea Sanchez 和 Ashlee Benjamin
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本節
幾乎所有多肽在從 mRNA 翻譯後都會發生修飾。許多型別的修飾發生在多肽的末端。蛋白質或多肽的C 末端 是氨基酸鏈的末端，以一個遊離的羧基 (-COOH) 結束[1]。
多肽的 C 末端可以通過幾種方式進行翻譯後修飾。最常見的翻譯後修飾 是在 C 末端新增脂類錨定。這種修飾使蛋白質能夠錨定在膜內，而不需要跨膜結構域[2]。
C 末端修飾型別包括：醯胺化、異戊烯化、糖基磷脂醯肌醇化、泛素化、SUMO 化和甲基/乙基酯化。
C 末端醯胺化 是肽激素 中常見的翻譯後修飾。醯胺化是在多肽鏈末端新增醯胺基團[3]。
C 末端醯胺化的醯胺基團來自一個甘氨酸殘基。這個甘氨酸存在於類似於 XGXX 的前體 C 末端序列中，其中 X 代表任何氨基酸。當用 CpY（羧肽酶 Y）、CpA 和 CpB 等蛋白酶消化多肽時，CpY 會釋放 C 末端醯胺，但 CpA 和 CpB 不會[4]。醯胺化會中和多肽 C 末端的負電荷。肽基甘氨酸 α-羥化單加氧酶和肽基 α-羥基甘氨酸 α-醯胺化裂解酶是與醯胺化相關的兩種酶，它們都由同一個基因編碼：肽基甘氨酸 α-醯胺化單加氧酶[3]。
肽基甘氨酸 α-醯胺化單加氧酶或 PAM 前體編碼一種多功能蛋白，可分為三個部分。首先，PAM 前體的 NH2 末端三分之一包含酶肽基甘氨酸 α-羥化單加氧酶或 PHM。其次，PAM 前體的中間三分之一包含酶肽基 α-羥基甘氨酸 α-醯胺化裂解酶或 PAL。最後，PAM 前體的 COOH 末端三分之一編碼一個跨膜結構域和一個可能形成胞質尾部的親水結構域[3]。
兩種活性透過一個兩步過程，依次催化從其甘氨酸延伸前體生成 α-醯胺化肽。
異戊烯化（也稱為異戊二烯化或脂類化）是在蛋白質中新增疏水分子，稱為異戊二烯基團的翻譯後修飾。異戊烯化過程由三種酶催化：法尼基轉移酶、香葉基香葉基轉移酶 I 和香葉基香葉基轉移酶 II [5]。
法尼基轉移酶 和香葉基香葉基轉移酶 I 是結構和功能相似的蛋白質。在結構方面，兩種酶都由兩個亞基組成：α 亞基和 β 亞基。兩種酶都識別靶蛋白 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]。根據酶的不同，法尼基異戊二烯或香葉基香葉基異戊二烯膜錨定將被新增到 C 末端附近的 CAAX 框的半胱氨酸殘基上。
香葉基香葉基轉移酶 II 或 Rab 香葉基香葉基轉移酶，催化將香葉基香葉基基團新增到靠近和/或位於Rab 蛋白 C 末端附近的半胱氨酸殘基上的反應。但是，由於 Rab 蛋白 C 末端的超變異性，Rab 蛋白沒有 Rab 香葉基香葉基轉移酶可以識別的共有序列，例如 CAAX 框。因此，Rab 蛋白需要 Rab 伴侶蛋白或 REP 的幫助，然後才能被 Rab 香葉基香葉基轉移酶識別。異戊烯化後，由於脂類錨定的作用，Rab 蛋白變得不溶。REP 部分負責結合香葉基香葉基基團並使其可溶。REP 還將 Rab 蛋白轉運到適當的膜[5]。
肽的 C 末端由疏水氨基酸組成。肽的疏水端會發生蛋白水解裂解，並新增一個糖基磷脂醯肌醇 或 GPI 錨定到 C 末端。這個過程被稱為糖基磷脂醯肌醇化[6]。稱為磷脂酶的酶會釋放 GPI 連線蛋白。已知磷脂酶 C 會水解 GPI 錨定蛋白中磷脂醯肌醇的磷酸二酯鍵，導致成熟蛋白的釋放。GPI 錨定在受體介導的訊號轉導途徑 中起著至關重要的作用。因此，糖基磷脂醯肌醇化過程或磷脂酶催化反應的缺陷對生物體的影響並不奇怪。與 GPI 錨定缺陷相關的疾病之一是稱為陣發性夜間血紅蛋白尿 的疾病[7]。
泛素化，也稱為泛素化，是指透過異肽鍵將一個或多個泛素單體共價連線到蛋白質上的過程。泛素化最顯著地與靶向底物進行 26S 蛋白酶體降解相關聯 [8]。然而，它也與翻譯後蛋白質定位、活性、構象和蛋白質-蛋白質相互作用有關。
泛素化在蛋白質命運中所起的確切作用被認為取決於附加到蛋白質上的泛素鏈的長度。單泛素化是指將單個泛素單體連線到蛋白質上，這是一種與內吞作用、病毒出芽、內體分選、DNA 修復、組蛋白調節和從細胞核中輸出相關的非蛋白水解訊號 [9]。泛素中的七個賴氨酸殘基影響其連線其他泛素分子的能力。這種連線過程被稱為多泛素化 [9]。研究最充分的例子是透過 48 位位置的賴氨酸殘基連線的四個多泛素鏈。這些泛素靶向蛋白質進行降解 [8]。
去泛素化酶或 DUB 能夠透過切割泛素蛋白來逆轉這種修飾。一些疾病與泛素化相關聯，包括安吉爾曼綜合徵、馮·希佩爾-林道綜合徵、利德爾綜合徵和範科尼貧血。
SUMO 化
[edit | edit source]小泛素相關修飾蛋白或 SUMO 蛋白是透過 SUMO 化過程共價連線到蛋白質上的小蛋白。顧名思義，SUMO 蛋白和泛素是相似的蛋白，它們共享許多特徵，包括指導任一過程的酶促反應序列。然而，與泛素不同，SUMO 蛋白不充當蛋白水解訊號。SUMO 化與各種細胞功能和過程相關聯，包括細胞週期調節、DNA 修復、染色體維持、修飾細胞質訊號轉導、核輸入和亞核區室化、DNA 修復、轉錄調控和應激反應 [10][11]。
甲基酯化
[edit | edit source]甲基酯化涉及將羧酸轉化為甲酯 [12]。甲基酯化與蛋白質的膜定位有關，包括小G 蛋白 [13]。羧基甲酯也與使肽對外肽酶具有抗性有關 [14]。
功能
[edit | edit source]多肽羧基末端的翻譯後修飾與以下列出的許多生物學功能和過程有關。
- 肽啟用
- 膜整合
- 定位
- 活性
- 結構
- 蛋白質-蛋白質相互作用
- 蛋白水解訊號傳導
- 內吞作用
- 內體分選
- 組蛋白調節
- DNA 修復
- 病毒出芽
- 核輸出
- 細胞週期調節
- 染色體維持
- 修飾細胞質訊號轉導
- 核輸入和亞核區室化
- 轉錄調控
- 應激反應
參考文獻
[edit | edit source]- ↑ 維基百科。“C 末端”。建立：2007 年 11 月 28 日。訪問：2008 年 3 月 10 日。可在以下網址獲取：<http://en.wikipedia.org/wiki/C-terminus>
- ↑ 維基百科。“翻譯後修飾”。建立：2008 年 2 月 16 日。訪問：2008 年 3 月 10 日。可在以下網址獲取：<http://en.wikipedia.org/wiki/Posttranslational_modification>
- ↑ a b c Driscoll WJ、Mueller SA、Eipper BA 和 Mueller GP。“地塞米松和雙硫侖對肽醯胺化作用的差異調節”。分子藥理學 1999；55:1067-1076。[線上來源]
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