蛋白质泛素化、去泛素化与肿瘤发生的关系

【关键词】  泛素化 泛素-蛋白酶体途径 去泛素化 去泛素化酶 肿瘤

    泛素?蛋白水解酶体途径（Ubiquitin proteasome pathway, UPP）是细胞质和核内蛋白ATP 依赖性的非溶酶体降解途径，高效并高度选择性地进行细胞内蛋白转换，还参与某些重要蛋白质的编译后修饰和改造。因此，对维持细胞正常生理功能具有十分重要的意义。但随着对UPP研究的深入，发现蛋白泛素化调节是一个可逆的过程。细胞内同时还存在一些特异的去泛素化蛋白酶进行负向调节［1］。

    1  泛素及其功能

    泛素是由76个氨基酸组成的球形热稳定蛋白，其结构在真核细胞中高度保守，在不同生物体间组成泛素的氨基酸序列差别很小。泛素是通过一系列泛素启动酶的作用而与靶蛋白连接的。

    1.1  泛素-蛋白酶体系统的构成  （1）泛素：分子量约8.5kDa，广泛存在于真核细胞。泛素链与蛋白底物的结合形成被蛋白酶体降解的识别信号。（2）泛素活化酶E1：通过半胱氨酸残基与泛素C端活化的甘氨酸残基形成硫酯键。（3）泛素转移酶E2：以泛素结合酶方式起作用，活性部位为半胱氨酸。（4）泛素连接酶E3：识别被降解的蛋白并将泛素连接到底物上。（5）26S蛋白酶体（2.5MDa）：蛋白酶体定位于胞核和胞质内。26S蛋白酶体是由2个环状的19S亚单位和1个20S微粒体状的亚单位组成［2］。蛋白酶体被认为是细胞内的再生与回收中心，泛素化的靶蛋白在此被分解为短肽和氨基酸，而泛素被回收再利用。

    1.2  泛素-蛋白酶体降解途径  第一阶段为泛素与蛋白底物的相互作用：（1）高能硫酯键E1?泛素复合物的形成。在ATP参与下，游离的泛素被E1激活，即E1的半胱氨酸残基与泛素的C末端甘氨酸残基形成高能硫酯键。（2）活化泛素（E1?泛素复合物）转移到E2上，释放出E1，形成高能键E2?泛素复合物。（3）底物（被磷酸化、氧化、错误折叠或与辅助蛋白结合的蛋白质）被E3识别并与之结合。（4）E2?泛素复合物上的泛素转移到E3上，形成高能键复合物。E3可直接或间接地促进泛素转移到靶蛋白上，使泛素的C末端羧酸酯与靶蛋白赖氨酸的ε?氨基形成异肽键（单泛素化），或转移到已与靶蛋白相连的泛素上形成多聚泛素链［3］（即多聚泛素化：包括通过 Lys6,Lys48或Lys63相连)。此外，第一个泛素分子也可与底物N末端氨基酸残基连接。第二阶段为蛋白酶体对底物的降解。（5）底物泛素链与蛋白酶体19S的泛素受体相互作用，蛋白底物去折叠，并通过蛋白酶体受体端裂隙进入20S核心颗粒内部，被逐步降解；（6）在泛素C?端水解酶、脱泛素酶和寡肽酶的作用下，释放出泛素分子（可再次参与循环）［4］。

    1.3  泛素化信号  蛋白质泛素化信号包括靶蛋白的磷酸化、接头蛋白的结合或由于断裂、氧化和衰老等引起的蛋白质损伤等［4］。（1）靶蛋白的磷酸化：90年代初就发现细胞表面受体和配体结合后引起受体磷酸化与受体的泛素化降解过程相关［5,6］。随后发现，许多细胞周期调节蛋白的泛素化受其自身磷酸化的调节［7,8］。此外，泛素连接酶的活性也受磷酸化调节［9］。在泛素化降解过程中，通过识别蛋白质F?box序列而鉴别磷酸化的靶蛋白。具有F?box序列的蛋白质能够特异性结合磷酸化的蛋白，并且是许多泛素连接酶复合体的组成成分。(2)N?degron:早在1986年,Bachmair等［10］进行了一系列试验，提出了N?末端规则，即通过蛋白质N?末端的氨基酸来预测它的半衰期，如蛋白质N?末端是丝氨酸，半衰期可以长达20h。(3)靶蛋白损伤：最初认为泛素系统仅仅降解受损伤的蛋白质。泛素?蛋白酶体系统的底物包括：受氧化损伤、突变、错误折叠或错误定位的蛋白质。(4)有些氨基酸序列是降解的信号;PEST序列是其中之一，富含脯氨酸、谷氨酸、丝氨酸和苏氨酸。如转录因子Gcn4p，此蛋白正常的半衰期大约为5 min,如果将PEST序列移除，半衰期增加到50 min。

    2  去泛素化系统

    特异性的去泛素化酶属于蛋白酶超家族，主要有两大类:(1)泛素羧基末端水解酶家族（ubiquitin C?terminal hydrolases, UCHs），属于半胱氨酸蛋白酶，包括UCHL?1, UCHL?2 , UCHL?3等分子。UCHs可以通过裂解C末端76位甘氨酸将泛素分子从小的多肽底物上释放出来。现已发现UCHs与一些疾病及肿瘤关系密切。(2)泛素特异性修饰酶家族(ubiquitin?specific processing enzymes, UBPs)包括Ubp?M,UBP41,UBP4,HAUSP,ISOT1等，这些酶分子都含有2个短而保守的片段即Cys盒和His盒，包括了所有有催化作用的残基，UBPs能将泛素分子从大的蛋白上移除。总之，两组酶都能催化水解泛素分子C末端的多肽链连接(α或ε连接)，起到去泛素化作用。

    3  泛素化、去泛素化在肿瘤发生机制中的作用

    泛素化与去泛素化的改变和多种肿瘤的发生密切相关，恶性肿瘤多伴随癌基因和抑癌基因产物的表达异常。肿瘤可以起因于癌基因蛋白/生长促进因子的稳定或由于肿瘤抑癌基因的不稳定。某些常规通过蛋白酶体降解的癌基因蛋白，如果不能及时地从细胞中清除，就会诱导细胞恶变。

    一些抑癌基因的不稳定如P27也已经证实与泛素化降解密切相关。细胞周期依赖激酶抑制因子P27是CDK2/Cyclin E和CDK2/Cyclin A复合物活性的负调节因子,可阻止细胞从G1期进入S期。P27也是由泛素介导降解的。实验表明，在肠癌、前列腺癌及乳腺癌中P27水平降低［11,12］。P27的低水平与肿瘤的侵袭性、肿瘤的恶性度、临床分期及不佳预后密切相关。动物实验证明肿瘤中SKp2（一种F?box蛋白）水平明显升高，而后者可促进P27泛素化［13］。

    去泛素化作用可以稳定抑癌基因，从而抑制了肿瘤的发生。 p53的稳定性对于其发挥抑制肿瘤发生的作用是至关重要的。目前的研究已证实疱疹病毒相关性泛素特异性蛋白酶（HAUSP）是一种新的p53相互作用蛋白。即使在Mdm2大量存在的情况下，HAUSP仍能够发挥其强烈的稳定作用，并且还能诱导p53依赖细胞生长受抑制以及凋亡。有意义的是，HAUSP有内源性的酶活性，无论是在体内还是体外，都能够将p53去泛素化。相反，在细胞内HAUSP的点突变基因的表达增加了p53泛素化的水平及其不稳定性。这些结果表明能够通过直接的去泛素化使p53稳定，同时也表明通过使p53稳定，HAUSP在体内作为肿瘤抑制因子发挥功能［14］。

    泛素-蛋白酶体途径及去泛素化在肿瘤发生过程起重要作用的认识，使肿瘤发病机制的研究进入一个新的深度，也为肿瘤的临床防治开拓了新的领域和思路。如最近新开发的抗肿瘤药borte?Zomib，就是26S的蛋白酶体抑制剂。目前对泛素化与去泛素的研究已成为新的研究热点，对其机制深入的探讨将为肿瘤发病机制的研究、肿瘤的开辟一条新的道路。

【】
  ［1］ Burger AM, Seth AK. The ubiquitin?mediatedprotein degradation pathway in cancer: therapeutic implications ［J］.Eur J Cancer, 2004, 40 (15):2217-2229.

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［3］ 吴慧娟,张志刚.泛素一蛋白酶体途径及意义［J］. 国际病理与临床杂志, 2006,26(1): 7-10.

［4］ 何洪智，赵晓航，张立勇，等.蛋白质泛素化降解途径与肿瘤发生的关系［J］.世界华人消化杂志, 2002,10(12):1365-1368.

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［6］ Hicke L. Getting’ down with ubiquitin：turning off cell?surface receptors. transporters and channels［J］. Trends Cell Biol,1999, 9:107-112.

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［10］ Bachmair A , Finley D ,Vatshavsky A . In vivo half?life of a protein is a function of its amino?terminal residue［J］. Science, 1986, 234(4773):179-186.

［11］ Bloom J, Paganu M .Deregulated degradation of the cdk inhibitor p27 and malignant transformation［J］.Semi Cancer Biol, 2003, 13(1):41-47.

［12］ VigliettoscolineuscoA . Understanding p27Kip1 deregulation in cancer down?regulation or mislocalization［J］.Cell Cycle, 2002, 1(6):394 -400.