介绍转录后修饰

什么是转录后修饰?

翻译通常被称为“最后一步”的生物学的“中心法则”,即DNA转化为RNA和蛋白质。然而,有额外的步骤后,蛋白质合成所必需的细胞,组织和器官,以实现其功能的生物学和多样性。转录后修饰是蛋白质发生变化后合成,通常由酶。

转录后修饰为什么重要?

在2003年第一次人类基因组的测序分子生物学的一个重要里程碑。这些年来,它已成为明显的人类蛋白质组的蛋白质集合是或可以 表达人类在特定的时间——是绝对更复杂。

为什么?人类蛋白质组是极其多样化。虽然基因组本质上是不变的人体中不同细胞群(除了少数例外),为了让单个细胞执行各自功能,和响应环境刺激,各种不同的蛋白质必须被表达在不同的时间点在细胞、组织和器官。据估计,有25000 ~ 20 -蛋白质编码基因,而蛋白质组估计超过1000000蛋白质的大小。蛋白质组的多样性是通过不同的机制;转录后修饰就是一个例子。

DNA的过程转化为蛋白质,以及转录后修饰蛋白质组的复杂性。

翻译修饰例子:

在这里,我们总结五个关键转录后修饰的例子。这不是一个详尽的清单,200多个不同类型的转录后修饰已确定到目前为止。¹

蛋白质磷酸化

蛋白质磷酸化是一种最常见的人类和转录后修饰。它需要一个特定的氨基酸残基磷酸化的通过增加一个磷酸基的极性基团R通过激酶,最常发生在丝氨酸、酪氨酸或苏氨酸残基。添加磷酸基的结果在改良的蛋白质,即它从被疏水无极的亲水极性转换,使其与其他分子的相互作用,本质上是“激活”。可逆翻译修饰、蛋白质磷酸化是重要的细胞调节和激活和失活的酶和受体,可与癌症等疾病过程。²

蛋白质磷酸化总结的关键步骤。

蛋白质糖基化

蛋白质糖基化被认为是一个最“复杂”最常见的转录后修饰。³它涉及到共价添加碳水化合物一部分氨基酸,形成糖蛋白。糖基化反应是由各种不同的多样和催化酶,附加特定聚糖到特定的氨基酸。糖蛋白估计蛋白质组的~ 50%;然而,glycoproteome的研究是具有挑战性的,因为大量的糖蛋白亚型和多样性。⁴真核蛋白质的糖基化通常是分为两个主要类型;N-linked,糖分子与天冬酰胺的酰胺态氮和O-linked,糖分子与氧原子的丝氨酸或苏氨酸。

有一个数组的应用程序从glycoproteome研究;许多糖蛋白结构函数,而免疫球蛋白免疫中心surface-presenting糖蛋白和糖脂决定人类血型类型。³由于先进的分析技术,如质谱(MS),我们所知的人类glycoproteome和糖基化持续增长的重要性。

蛋白质泛素化

泛素是一个小的蛋白质——大约8 kda的大小,可以绑定到一个底物蛋白质被称为泛素化的过程,是一种翻译后修饰,调节蛋白质降解的功能或标记。泛素化发生在三个连续的步骤,由三组的酶催化。

蛋白质泛素化的关键步骤。

这个过程通常与一个高潮isopeptide债券形成泛素和蛋白质的赖氨酸残基板之间。⁵ Monoubiquitination指的是一个泛素分子,而另外几个被称为泛素蛋白polyubiquitination。

泛素化中具有多方面的作用,最常见的是国旗蛋白质通过蛋白酶降解,但也有其他人,包括:免疫和炎症反应,细胞器生源论在DNA修复和信号传导的作用。⁶

蛋白甲基化

蛋白甲基化监管作用在许多重要的细胞过程,包括基因转录和信号转导。⁷蛋白质甲基化的酶称为甲基转移酶添加甲基(通常由S-adenosyl-l-methionine捐赠的,或山姆)到特定的氨基酸在蛋白质分子,如赖氨酸和精氨酸残基。蛋白甲基化有影响:

• 蛋白质的稳定性
  
  
• 蛋白质亚细胞定位
  
  
• 原体亲和力
  
  
• 蛋白质相互作用
  
  
• 其他蛋白质改性的事件
  
  

因此,它往往是上下文中的研究癌症细胞过程的调控和细胞周期调控可能出错。⁸个别蛋白质甲基化过程的描述越来越多的研究领域,逐渐变得更容易研究由于女士的进步;然而,methylome的复杂性使它具有挑战性的形象作为一个集体使用目前可用的工具。⁹

蛋白质乙酰化作用

在真核生物蛋白质乙酰化是一种常见的翻译修饰,包括增加一个乙酰基氮通过可逆和不可逆过程。

组蛋白乙酰化作用研究在很大程度上,DNA蛋白质包成染色体,乙酰化作用的赖氨酸侧链的N-termus(ε-NH2)组蛋白基因表达的调控有关。如果赖氨酸乙酰化,它不再是带正电的。反过来,DNA与组蛋白的结合是放松,促进基因的转录。在组蛋白的研究主要领域,科学家们现在怀疑有广泛的蛋白质乙酰化作用可以携带在不同的生物过程至关重要的生理功能,特别是细菌。^10,11

一个图像细节的乙酰化赖氨酸侧链。

翻译修饰的研究前景

转录后修饰蛋白质组的多样性是关键,而反过来,有机体的多样性。同时MS-based蛋白质组学促进了小说的见解在转录后修饰生物过程中扮演的角色,我们仍然有一段路要走。在未来,描述和映射修改蛋白质组与高灵敏度和特异性无疑将解锁重大进展在诊断和药物开发等学科在我们追求对个性化医疗。¹²

翻译修饰汇总表

译后修改	机制
蛋白质磷酸化	添加一个磷酸基氨基酸残基。
蛋白质糖基化	共价添加碳水化合物一部分氨基酸,形成糖蛋白。
蛋白质泛素化	绑定一个蛋白质的泛素蛋白通过三步过程。
蛋白甲基化	添加一个甲基,通常在赖氨酸或精氨酸残基。
蛋白质乙酰化作用	添加一个蛋白质的n端乙酰基,或在赖氨酸残留物。

引用:

1。 Minguez P, Parca L, Diella F, et al .破译一个全球网络的功能相关的转录后修饰。摩尔系统杂志。2012;8:599。doi:10.1038 / msb.2012.31。

2。 朱利安尼Ardito F M, Perrone D, Troiano G, Lo Muzio l .蛋白质磷酸化的至关重要的作用在细胞信号和它的使用作为靶向治疗(审查)。Int J摩尔。40 2017;(2):271 - 280。doi:10.3892 / ijmm.2017.3036。

3所示。 斯皮罗RG。蛋白质糖基化:自然、分布、酶的形成,糖肽债券和疾病的影响。糖生物学。2002;12 (4):43 r-56r。doi:10.1093 / glycob / 12.4.43R。

4所示。 吉尔DJ,克劳森H,吟游诗人f .位置,位置,位置:O-GalNAc蛋白质糖基化的新见解。趋势细胞生物。2011;21 (3):149 - 158。doi:10.1016 / j.tcb.2010.11.004。

5。 Komander D,强奸m .泛素的代码。学生物化学为基础。2012,81 (1):203 - 229。doi:10.1146 / annurev -生物化学- 060310 - 170328。

6。 太阳L,陈ZJ。泛素化的小说功能的信号。当今细胞生物学观点》。2004年,16 (2):119 - 126。doi:10.1016 / j.ceb.2004.02.005。

7所示。 施Murn J, y蛋白质甲基化研究的曲径:里程碑和新领域。自然评论分子细胞生物学。2017;18 (8):517 - 527。doi:10.1038 / nrm.2017.35。

8。 中村Hamamoto驾R, y失调的蛋白质在人类癌症甲基转移酶:一个新兴的目标类抗癌药物治疗。癌症科学。2016,107 (4):377 - 384。doi:10.1111 / cas.12884。

9。 罗m .章10 -当前Methylome分析的方法。:郑YG,艾德。表观遗传技术的应用程序。学术出版社;2015:187 - 217。doi:10.1016 / b978 - 0 - 12 - 801080 - 8.00010 - 7。

10。 夏C T Y,李米,格瓦拉T,瞿j .蛋白质乙酰化和脱乙酰作用:基因转录的重要监管修改(审查)。Exp其他地中海。2020;20 (4):2923 - 2940。doi:10.3892 / etm.2020.9073。

11。 克里斯腾森DG,谢X, Basisty N, et al。翻译后蛋白质乙酰化作用:一个优雅的细菌动态调节代谢功能的机制。微生物学前沿。2019;10:1604。doi:10.3389 / fmicb.2019.01604。