結構生物化學/生命的三域/古細菌/古細菌中的SAMPylation蛋白
蛋白質翻譯後修飾最初是在真核生物中發現的，最近，類似的修飾也發現了一些細菌。這些蛋白結構與泛素相似，可以形成聚合鏈和蛋白，從而導致共價修飾，為生命的三域帶來了新的視角。
一些蛋白質修飾包括磷酸化、乙醯化和糖基化。一些用於研究這些修飾的真核蛋白包括泛素和泛素樣衍生物。泛素是一種相對較小的蛋白，包含 76 個氨基酸。在靶蛋白中，泛素 C 末端的 Gly 通常參與與 Lys 殘基的結合。透過使用 ATP，泛素 C 末端的 Gly 被啟用酶腺苷酸化，然後腺苷酸化後的 Gly 被轉移到啟用酶本身的半胱氨酸活性位點。然後，泛素移動到一個結合酶，結合的泛素移動到一個蛋白連線酶。在連線酶處，形成一個鍵並將異肽連線到靶底物的 Lys 殘基上。泛素的進一步修飾可以透過使用 N 端或 Lys 殘基中的過量泛素來進行。一個稱為 26S 蛋白酶體的調節複合物識別需要降解的蛋白。在該複合物中，泛素透過去泛素化蛋白酶 (DUBs) 為進一步泛素化做好準備。真核生物中存在幾種泛素樣蛋白，它們與泛素具有相同的 β 抓取摺疊。所有泛素樣蛋白的序列都以 Gly-Gly 結尾。它們通常用於改變蛋白之間的相互作用，將靶蛋白轉移到細胞的特定位置。由於其功能，泛素和泛素樣蛋白在真核生物中起著重要的作用。
在最近的發現中，蛋白質翻譯後修飾在古細菌和細菌中被發現。研究人員正在努力瞭解靶向蛋白降解的機制。發現，在分枝桿菌中，一種原核泛素樣蛋白 (Pup) 作為蛋白酶體降解的起始訊號。與泛素摺疊不同，Pup 是一種無序蛋白，這意味著儘管其在 C 端的末端序列是 Gly-Gly，但它透過 Glu 而不是通常使用的 Gly 附著到底物。沒有觀察到多 Pupylation，因此假設單 Pupylation 可能足以用於蛋白降解。只有少數生物體含有 Pup 同源物，而細菌和古細菌則含有泛素。例如，ThiS 和 MoaD 等蛋白具有類似泛素的 β 抓取摺疊，它們經歷與泛素相似的反應。然而，區別在於 ThiS 和 MoaD 轉移硫而不是在蛋白中形成結合。另一種稱為 Urm 1 的蛋白，其結構類似於 ThiS 和 Moad，在 tRNA 修飾途徑中攜帶硫。從這些蛋白性質來看，一個提議是，具有類似泛素結構的細菌蛋白可能共價修飾其他蛋白。進行了一項實驗來測試嗜鹽古細菌中結合物的形成。該實驗的標準是所用蛋白必須是小的，並且這些蛋白必須具有 Gly-Gly 的末端序列。在測試的蛋白中，五種蛋白中有三種與泛素樣蛋白結合，而剩餘的兩種小蛋白與其他蛋白形成結合。從獲得的結果來看，兩種結合蛋白被稱為古細菌修飾蛋白。影響修飾特性的因素是生長條件和蛋白酶體亞基的存在。實驗結果表明，如果蛋白酶體功能沒有完整的庫，古細菌修飾蛋白可能參與某些反饋抑制。從古細菌修飾蛋白中去除末端序列 Gly-Gly 消除了兩種蛋白的 SAMPlyation，這兩種蛋白分別命名為 SAMP1 和 SAMP2。透過在蛋白的 C 端新增 Arg 或 Lys 來揭示 SAMP1 位點。然而，似乎 Lys 是結合過程中的靶氨基酸，儘管可能是 SAMP1 與除 Lys 之外的其他氨基酸結合。在高鹽濃度下，蛋白摺疊和蛋白活性最大化。與 SAMP1 相反，SAMP2 與 Lys58 結合，這是多泛素化的特徵。目前尚不清楚一個聚合物鏈中可以容納多少個 SAMP2 用於蛋白酶體降解。最近的研究表明，磷酸化對於蛋白酶體降解過程中的靶蛋白具有重要意義，因為蛋白可以調節真核底物中的泛素化。
在 Lys113 處，SAMP2 與 MoeB（Urm 1 途徑中的同源物）之間形成了一個異肽鍵。該鍵的形成表明 MoeB 的活性及其穩定性受 SAMP2 調節。參與形成結合物的酶可能與真核結合酶具有相似的結構。SAMPs 蛋白透過 Gly 而不是 Glu 與其他蛋白形成結合物。此外，SAMPylation 涉及真核同源物。對於以上兩種情況，它表明古細菌系統與真核泛素系統具有更多的相似性，而細菌的 Pup 系統與真核泛素系統具有較少的相似性。真核生物中參與泛素樣蛋白去結合過程的蛋白在細菌和古細菌中都有同源物。
在古細菌中新發現的泛素樣蛋白為研究蛋白靶向蛋白酶體提供了新的方向。沒有強有力的證據支援 SAMPs 參與真核和細菌物種中的蛋白靶向蛋白酶體。為了找到蛋白酶體對 SAMPylation 的功能，仔細檢查蛋白酶體突變體中的轉錄變化。突變的蛋白酶體功能促進特定轉錄本的翻譯，從而導致蛋白積累。另一個發現是，所有原核生物都含有泛素樣蛋白，這意味著泛素樣蛋白不僅限於在古細菌中發現。儘管翻譯後修飾被認為只存在於真核域中，但新的發現導致了對翻譯後修飾也存在於所有型別生物體中的新理解。
K. Heran Darwin 和 Kay Hofmann。“古細菌中的 SAMPyling 蛋白”。http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2892244/pdf/nihms-188535.pdf