去泛素化酶研究進展

劉文斌

(武漢輕工大學 醫(yī)學技術與護理學院，湖北 武漢 430023)

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去泛素化酶研究進展

劉文斌

(武漢輕工大學 醫(yī)學技術與護理學院，湖北 武漢 430023)

泛素化和去泛素化是兩種廣泛存在的蛋白質(zhì)翻譯后修飾方式。闡述了其影響了目標蛋白在細胞內(nèi)的定位、穩(wěn)定性和功能。其中，去泛素化過程涉及組蛋白的修飾，細胞周期，細胞分化，細胞凋亡，內(nèi)吞和自噬的調(diào)控及DNA損傷修復，也參與機體的腫瘤發(fā)生，肌肉萎縮，組織發(fā)育及抗病毒感染。

泛素；去泛素化；酶

1　前言

泛素(ubiquitin)是一個由76個氨基酸組成的小分子蛋白質(zhì)，廣泛存在于真核細胞中，它能夠與細胞內(nèi)的許多蛋白質(zhì)共價結合，從而使之“泛素化”，由此影響蛋白質(zhì)的行為及細胞的功能，如生長、分裂、運動、分化、凋亡等[1-2]。

泛素化是一種蛋白質(zhì)翻譯后修飾方式，也是一種細胞內(nèi)信號。泛素化由一系列酶促反應來完成，如泛素活化酶E1、泛素耦合蛋白E2及泛素連接酶E3催化的反應。E1在ATP的幫助下催化泛素末端的甘氨酸，與自身的一個半胱氨酸之間形成一個硫酯鍵。通過轉?；饔?，活化的泛素再轉移到泛素耦合蛋白E2的一個半胱氨酸上，形成E2-Ub；然后在泛素連接酶E3的作用下，將E2-Ub上的Ub連接到需要降解蛋白的賴氨酸上。E3連接酶具有底物特異性。這樣，可以有單個或多個泛素被連接到目標蛋白質(zhì)上，從而形成泛素多聚體。各個泛素單體之間主要是通過第48位的賴氨酸(K48)來連接。泛素化的目標蛋白在細胞質(zhì)內(nèi)被蛋白酶體(proteosome)降解。E3分為兩大類，包括RING結構域E3(可以直接將E2-Ub連接到底物賴氨酸上)和HECT結構域E3(與E6AP的C端)或RBR結構域E3(RING-between-RING)，這種E3含有一個活性的巰基，會額外形成一個E3-Ub硫酯中間物，然后再催化Ub和底物的連接[1，3]。

泛素化可以有多種共價連接方式。將單個的泛素連接到底物蛋白上稱為單泛素化，例如組蛋白H2A在119位賴氨酸處(K119)的單泛素化。這是一種表觀遺傳學修飾，以調(diào)節(jié)染色質(zhì)的結構和基因轉錄。而細胞表面受體的單泛素化是一個分選信號，用來指導內(nèi)吞的蛋白進入溶酶體降解。當更多的泛素通過Ub上7個賴氨酸之一連接到已經(jīng)單泛素化的蛋白上時就是多泛素化。不同泛素化方式處理的蛋白，其命運是不同的。以K48和K11泛素鏈方式連接的蛋白會被26S蛋白酶體降解。而以K63泛素鏈方式連接的蛋白則可以參與信號傳導，溶酶體指導的蛋白分選和DNA損傷反應。因此，泛素化是一種類似于磷酸化和糖基化的蛋白翻譯后修飾方式，用以調(diào)節(jié)蛋白的穩(wěn)定性、定位和活性[3-4]。

蛋白的泛素化是可逆的。去泛素化酶(deubiquitinating enzyme，DUB)是一些將目標蛋白上的泛素或泛素類似蛋白切下來的蛋白酶。去泛素化酶參與泛素原的激活。泛素剛表達時是以無活性的蛋白原形式存在，它要么與核糖體蛋白融合存在，要么形成線性的多泛素體，當其羧基端的一個氨基酸被切除后泛素才能激活。另外，去泛素化酶還通過破壞硫酯鍵的形成，影響蛋白的泛素化，從而參與泛素的再循環(huán)[1，3]。不同的DUB針對泛素鏈的專一性不一樣，例如只針對K48泛素鏈的DUB或只針對K63泛素鏈的DUB。而另一些DUB則專一性稍差，可以切割不同的泛素鏈。DUB一般是無活性的或自我抑制的，只有當轉移到細胞的某個區(qū)域或結合了適當?shù)牡孜锏鞍讜r才表現(xiàn)出活性。為了正確定位和保證催化專一性，DUB需要其它蛋白如腳手架蛋白和底物接頭蛋白的輔助[3]。

人類基因組編碼大約100個去泛素化酶，分為五個家族。它們是泛素C末端水解酶(UCH)家族，泛素特異性蛋白酶(USP/UBP)家族，Otubaim(OTU)家族，Josephin結構域蛋白家族及JAMN家族。另有一個小的蛋白家族，但其泛素的特異性差。

去泛素化是受嚴格調(diào)控的，就像蛋白的泛素化一樣。去泛素化涉及到細胞周期調(diào)控，依賴于蛋白酶體和溶酶體的蛋白降解、基因表達、DNA修復、激酶活化、微生物致病性等。有些病原微生物已獲得編碼去泛素化酶的基因，這意味著影響宿主細胞蛋白的泛素化對這些微生物是有選擇性優(yōu)勢的。

去泛素化酶的活性是受到精細調(diào)控的，以避免偶然切割了不正確的底物。去泛素化酶可以被磷酸化、泛素化或SUMO化，這些修飾影響了它們的活性，定位或半衰期。

去泛素化酶一般都有一個催化結構域和一個泛素結合結構域以及不同的蛋白—蛋白相互作用結構域。這些結構域有利于結合、識別不同的蛋白及指導蛋白復合體的裝配，從而有利于去泛素化酶的定位和選擇底物，發(fā)揮生理功能。去泛素化酶與底物接頭蛋白、腳手架蛋白及抑制蛋白的聯(lián)系是非常特異的[5]。

2　泛素特異的去泛素化家族

2.1UCH去泛素化酶家族

UCH去泛素化酶家族成員是巰基蛋白酶，主要是對泛素鏈起修飾作用[1]，其催化核心區(qū)包含230個氨基酸，如UCH-L1和UCH-L3。人類有4個UCH去泛素化酶，釀酒酵母有一個。UCH-L1和UCH-L3有可能參與泛素前體的加工以及拯救。UCH37在其C端有個100氨基酸的區(qū)域可以引導UCH37到達蛋白酶體并將蛋白上的泛素多聚體切下。BAP1則有個500個氨基酸的區(qū)域，它含有核定位信號，并可以結合一個叫N-terminal ring finger of BRCA1的泛素連接酶[1-7]。

2.2USP去泛素化酶家族

USP去泛素化酶家族是最大的DUB家族。在酵母中USP稱為UBP。UBP家族具有種屬和組織特異性，不同的生物其UBP或USP的種類數(shù)量是不一樣的[1]。酵母有16個USP家族蛋白，而人可能含有56個USP家族蛋白。6個USP去泛素化酶的結構顯示USP結構域是高度保守的，它包括三個亞區(qū)域：finger、palm和thumb。CYLD是一個與腫瘤綜合癥相關的去泛素化酶，它缺乏finger亞結構域。USP的結構研究顯示泛素的C端插入到介于thumb亞結構域和palm亞結構域之中，而泛素的球狀部分則與finger亞結構域相互作用。絕大多數(shù)USP蛋白含有一個催化區(qū)域以及與其它蛋白相互作用的結構域[1-7]。

2.3OTU去泛素化酶家族

由于屬于OTU結構域家族的去泛素化酶，其結構與果蠅卵巢發(fā)育相關的蛋白同源而得名。OTU家族成員在氨基酸序列上與UBP/USP和UCH完全不同，不存在同源性，對不同的泛素鏈具有不同的專一性，如OTUB1只針對K48連接的泛素鏈，而OTUB2卻能針對K63和K48連接的泛素鏈，A20只針對K48連接的泛素鏈，Cezanne DUB更傾向于K11連接的泛素鏈，TRABID則可以切割K29和K33連接的泛素鏈[3，5]。酵母編碼2個OTU去泛素化酶，斑馬魚也有一編碼OTU蛋白的基因Z-otu[1]，人類編碼15個OTU去泛素化酶，分為OTU，OTUB和A20類似OTU。不是所有具有類似結構域的蛋白都具有去泛素的功能。例如，果蠅的卵巢腫瘤相關蛋白在活性位點有個絲氨酸，從而不能被激活。OTU核心區(qū)域由兩個螺旋結構中夾有5個β-折疊，不同的OTU家族成員只是結構域大小不同而已[1-7]。

2.4MJD去泛素化酶家族

Machado-Joseph疾病相關蛋白Ataxin-3被研究得較為清楚，它是個與神經(jīng)退化紊亂相關的蛋白。人類的Josephin家族蛋白有4個，它們的結構類似于UCH去泛素化酶家族，分別是Ataxin-3、Ataxin-3L、Josephin-1和Josephin-2。其中的Ataxin-3是個半胱氨酸蛋白酶，它可以結合K48、K63方式連接的泛素鏈，但是對K63方式連接的泛素鏈更特異。Ataxin-3和Ataxin-3L在氨基酸序列上是85%同源的，以相似的方式折疊，但結合Ub的方式卻大不同[1-7]。

2.5JAMM去泛素化酶家族

至少有4個不同的含有JAMM結構域的去泛素化酶，它們屬于金屬蛋白酶。其中3個是以泛素化的蛋白為底物的，另一個是以泛素類似多肽-Nedd8修飾過的蛋白為底物。一種具有AMSH類似結構的蛋白AMSH-LP也是一種去泛素化酶，可以特異性地切割K63連接的泛素多聚物。AMSH-LP蛋白結合兩個鋅離子，其中一個位于活性中心，另一個與AMSH結構形成一個泛素識別區(qū)。AMSH-LP蛋白的JAMM結構域可以和遠處的泛素及一個鄰近的泛素的三肽序列Gln62-Lys63-Glu64相互作用。這個三肽序列只存在于K63連接的多聚泛素鏈上。JAMM家族對一些去泛素化酶抑制劑不敏感，但卻被金屬螯合劑TPEN所抑制[1-7]。

3　去泛素化酶的活性調(diào)節(jié)

既然DUB是蛋白酶，它們的酶活調(diào)節(jié)就顯得很重要，以免錯誤地切割了非底物蛋白，另外，對底物蛋白切割的時空調(diào)節(jié)也很重要[5，7]。

3.1底物誘導的構型變化

每一個DUB家族的代表成員的分子結構都已經(jīng)知道。結構研究表明當結合泛素時，DUB分子的活性部位的結構會發(fā)生重排，以促進分子間結合與催化水解。這避免了在Gly-Gly序列處錯誤切割并提高了特異性。

人類的UCH-L1和UCH-L3及釀酒酵母的YUH1的晶體結構研究表明，這些分子發(fā)生了催化所需要的分子結構的變化。在UCH-L3的活性部位有一個環(huán)狀結構發(fā)生了變化并橫穿活性位點。當結合基于泛素的抑制劑(泛素的乙烯-甲基酯)時，這個UCH-L3的橫穿的環(huán)以一種α-螺旋-S形狀環(huán)的方式被固定了，以便接觸泛素的C末端。這個構型在酵母的YUH1結合另一個抑制劑—泛素—乙醛時也發(fā)生類似變化。這表明這個橫穿環(huán)在具有UCH結構域的去泛素化酶中是保守的。這個結構可能避免了UCH結構域過分緊密地結合泛素的C末端[3，5]。

USP7含有三個亞結構域，包括拇指、手掌和手指部分。在手掌和拇指間形成一個縫隙而稱為催化中心。而手指部分則與泛素相互作用。在與泛素結合之后，USP7在催化區(qū)域發(fā)生構型的變化，如具有催化活性的半胱氨酸和組氨酸的移動。當存在DTT時，USP7的活性增強[3]。

結合了基于泛素的抑制劑的酵母的OTU1分子的結構清楚地表明OTU結構域在結合泛素時也發(fā)生了活性位點重排。Otubain-2的活性位點只是部分地發(fā)生結構變化，以便參與結合泛素。OTU1分子中的環(huán)成為β折疊形式而結合泛素[5]。

正如UCH家族，USP結構域去泛素化酶在結合泛素時也發(fā)生構型變化[4]。

3.2由腳手架蛋白或接頭蛋白誘導的活性

DUB在變更細胞內(nèi)位點前是無活性的，這需要調(diào)控。在結合蛋白酶體前，USP14、UCH37和POH1是沒有活性的。這些去泛素化酶在細胞內(nèi)可以自由單體或與蛋白酶體結合的方式存在，因此，當它們與蛋白酶體結合時其活性就受到了調(diào)節(jié)。

去泛素化酶遇到的另一個挑戰(zhàn)是底物的專一性。它們的核心催化區(qū)域只結合泛素，為了選擇正確的泛素化的蛋白底物，就需要它們與目標蛋白的額外的相互作用。一些去泛素化酶具有很好的催化能力，但對泛素的親和性卻較低，因此需要其它的相互作用以獲得底物。與腳手架蛋白的相互作用可以讓去泛素化酶正確定位到底物區(qū)域。與底物接頭蛋白的相互作用可以在去泛素化酶/腳手架蛋白和目標蛋白之間架起一座橋梁。這樣，正確的底物可以在恰當?shù)臅r機被傳遞到去泛素化酶的恰當位置，以便催化反應發(fā)生[3，5]。

3.3去泛素化酶的轉錄調(diào)控

去泛素化酶活性的專一性可以通過恰當?shù)臅r機來調(diào)控，特別是當特定的DUB累積時，例如細胞因子誘導的小鼠淋巴細胞DUB。使用不同的細胞因子來刺激淋巴細胞會導致一種分子量為60 kDa的類似于人USP17的DUB產(chǎn)生，DUB-1可以被白介素-3、白介素-5和集落刺激因子GM-CSF誘導產(chǎn)生，而DUB-2則由白介素-2刺激產(chǎn)生。這些DUB是即時轉錄基因，它們在DUB基因中的細胞因子反應元件控制下迅速被誘導和轉錄。當細胞因子反應被抑制時它們又會迅速降解，它們通過多聚泛素化而被轉移到蛋白酶體上降解。這種時空的調(diào)控表明DUB-1和DUB-2在調(diào)控細胞因子反應中起一定作用。其它的DUB也以類似的方式調(diào)控，例如CYLD的轉錄是由NF-κB和MKK3/6-p38信號通路來調(diào)控的[5]。

3.4翻譯后共價修飾

一些關鍵的調(diào)節(jié)性酶是被一系列信號通路和DUB調(diào)控的。大多數(shù)調(diào)控蛋白被一種或多種激酶進行磷酸化修飾。絕大多數(shù)DUB在絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸位置發(fā)生磷酸化，最近的蛋白質(zhì)組學發(fā)現(xiàn)大量的泛素-蛋白酶體成分，包括USP15，USP19，USP28和USP34，是被應對DNA損傷的ATM/ATR激酶所磷酸化的。一些成分調(diào)節(jié)DNA損傷檢驗點，例如，在離子照射時，由ATM/ATR激酶介導的USP34可以讓細胞迅速停留在G1期。USP28也被ATM/ATR激酶磷酸化，從而參與DNA損傷反應，它能夠?qū)BW7去泛素化并穩(wěn)定其蛋白水平，F(xiàn)BW7是一個參與myc轉錄因子降解的泛素連接酶。USP15也被ATM/ATR激酶磷酸化，并將IκB上的泛素切下，從而抑制NF-κB反應。另外A20也調(diào)節(jié)NF-κB通路。首先，將通路中K63連接的泛素鏈從RIP1、TRAF2、TRAF6或NEMO上切下，然后，A20分子上的泛素連接酶結構域促進了這些蛋白的K48泛素化，從而促進了它們的降解并下調(diào)NF-κB通路。由IκB激酶β激活的A20蛋白的381位絲氨酸(S381)磷酸化，促進了A20抑制NF-κB信號通路的能力?，F(xiàn)在還不知道DUB的活性提高或者連接酶活性降低是否由A20的磷酸化導致，但最終結果都是反饋抑制NF-κB信號通路[1，5]。

泛素化也是一種調(diào)節(jié)性修飾。有些DUB本身也被泛素化，以便降解。除了上述小鼠細胞因子誘導的DUB，USP4也被多聚泛素化。USP4可以將Rho52去泛素化，Rho52是一個癌蛋白和E3連接酶。反過來Rho52可以將USP4泛素化。在USP4- Rho52復合物中，USP4是被抑制的，這表明在有底物蛋白的時候，異源二聚體可以作為一個連接酶。當沒有底物蛋白時，Rho52可以自身泛素化，而USP4則可以逆轉這種泛素化。然而，當Rho52將USP4泛素化時，這個DUB就會降解。因此，USP4和Rho52是相互調(diào)節(jié)的。另一個癌蛋白，TRE17則是一個依賴于鈣/鈣調(diào)蛋白信號通路的蛋白，它可以被單泛素化。這些都表明，蛋白的泛素化調(diào)節(jié)是受信號通路調(diào)節(jié)的。另外，USP7、USP36和DUB-1也可以被泛素化，但其重要性尚不清楚。USP25可以被SUMO化，使得其結合與水解多聚泛素鏈的能力降低[5]。許多DUB與E3結合在一起，有時調(diào)節(jié)E3的泛素化，但有時卻被E3泛素化，從而調(diào)節(jié)DUB蛋白的穩(wěn)定性[4]。

另外，DUB可以被其它蛋白酶切割降解而調(diào)節(jié)，如A20被MALT1切割而滅活[4]。當有紫外照射時，USP1還可以切割自身，導致PCNA的積累[4]。

4　DUB的模塊化

除了核心的活性結構域，大多數(shù)去泛素化酶含有N端、C端和其它間隔部分，它們參與了底物蛋白的識別，去泛素化蛋白在細胞內(nèi)的定位、催化活性以及蛋白—蛋白相互作用。這些分子結構域包括蛋白—蛋白相互作用結構域，它與底物、腳手架蛋白或底物接頭蛋白相互作用；泛素結合結構域，它參與泛素單體或多聚體的識別[5]。

4.1多聚泛素結合結構域

不同的多聚泛素鏈連接方式導致了底物蛋白在細胞內(nèi)的不同命運，這表明細胞受體及參與泛素化的酶是能夠區(qū)分這些不同的泛素鏈的。一個模型表明受體/酶能夠識別一條泛素鏈中的幾個泛素。在泛素系統(tǒng)中一些蛋白有多個泛素結合區(qū)域，從而能夠保證這種相互作用。USP5也叫IsoT，是最先鑒定的DUB之一。IsoT在酵母、霉菌、植物、果蠅及其它真核生物中都有同源結構。功能分析表明，這些模式生物中，IsoT負責游離的多聚泛素鏈的體內(nèi)裝配。游離多聚泛素鏈的水平是由酵母的異肽酶T的去泛素化酶活性調(diào)節(jié)的。游離多聚泛素鏈的積累是有害的，因為它可以作為一個底物蛋白競爭性抑制劑，使得底物蛋白不能結合蛋白酶體或其它泛素受體。游離多聚泛素鏈可以由泛素連接系統(tǒng)產(chǎn)生，也可以由泛素化的靶蛋白被蛋白酶體相關的去泛素化酶切割而得到。

酵母IsoT的同源物UBP14的缺失突變導致的缺陷類似于其它泛素-蛋白酶體系統(tǒng)蛋白的突變，例如孢子產(chǎn)生缺陷，刀豆氨酸過敏，兩種典型泛素-蛋白酶體系統(tǒng)底物降解效率的降低。然而，UBP14缺失會導致游離泛素鏈以及泛素連接物的累積。雖然，UbpA不是D.discoideum的生長所必需，但是它對這個生物的聚集、趨化和細胞粘附活動是關鍵的。這種缺陷會導致由過量游離多聚泛素引發(fā)的蛋白酶體功能抑制。

IsoT在多聚泛素鏈中識別多個泛素分子，并在K29、K48和K63處切割多聚泛素鏈。切割機制研究表明，IsoT是依次切割鄰近的泛素，依次擔當一個外切異構酰胺酶。IsoT有至少4個K48連接的多聚泛素鏈的結合位點，這些位點由4個泛素結合結構域形成，它們是N末端ZnF UBP結構域、USP/UBP結構域和兩個UBA結構域。在鄰近的泛素具有一個自由的C末端時，ZnF UBP結構域可以誘導分子構型變化以產(chǎn)生活性。當這個C末端被截短或延伸時，ZnF UBP結構域的結合泛素的能力大大降低。當IsoT分子還沒有被其它DUB分子切割而從靶蛋白上釋放時，底物誘導的分子構型變化使得IsoT不能夠?qū)⒍嗑鄯核劓溄饩邸?/p>

雖然不同的多聚泛素鏈采用了不同的三維結構，IsoT采用同樣的一套結構域與相應的泛素單體相互作用，而不管連接方式。這就要求IsoT分子是柔軟的以便結合靶蛋白結構域的運動，從而采用類似的三維定向，以適應不同的鏈結構或不同的多聚泛素鏈中的泛素。

4.2底物的直接識別

除了識別多聚泛素鏈中的特殊連接方式，一些DUB呈現(xiàn)出直接的泛素化蛋白親和性。USP7也叫HAUSP，能夠?qū)53和Mdm2去泛素化，并被EB病毒的EBNA1蛋白抑制。 USP7的N端結構域可以結合在p53和Mdm2分子中的4個空間上緊密相連的氨基酸殘基。對于p53，是359—367位氨基酸；對于Mdm2，是147—159位氨基酸。結合了EBNA1多肽的USP7的p53結合結構域晶體結構的研究表明，EBNA1多肽和p53結合在USP7的同一個位點，但是p53結合得略微松散。功能研究表明，當EBNA1結合USP7后，抑制了它的p53去泛素化能力，使得細胞降低p53水平從而不會凋亡[5]。

4.3蛋白—蛋白相互作用結構域

DUB的另一個特征是它們都含有蛋白—蛋白相互作用結構域，所以，許多DUB可以結合底物蛋白、接頭蛋白和腳手架蛋白。這些相互作用使得許多DUB可以與泛素連接酶形成大分子復合物。

蛋白酶體是一個大的多蛋白復合物，它催化依賴于泛素的蛋白降解。26S蛋白酶體含有至少30個蛋白，它們形成兩個主要的亞單位：20S核心顆粒和19S調(diào)節(jié)顆粒。4個堆積的七聚體形成了20S核心顆粒。兩個內(nèi)環(huán)由β亞單位形成，它含有蛋白酶的活性位點，以便降解蛋白質(zhì)。外環(huán)由7個α亞單位構成，它們形成一個門控的孔，那些未折疊的多肽必需通過它。因為結合在蛋白上的多聚泛素鏈會妨礙底物蛋白轉位到蛋白酶體的腔道中，因此必須被除掉。

在高等真核生物中，三個分屬不同DUB家族的USP14、UCH37和POH1是和蛋白酶體相關的。釀酒酵母缺乏UCH37蛋白，而其它生物則有這個酶的同源物。在蛋白酶體降解蛋白過程中，這些DUB將底物蛋白上的多聚泛素鏈切掉。這三個DUB都需要與蛋白酶體聯(lián)系并發(fā)生分子的變化構型，以便發(fā)揮明顯的催化活性。其中，POH1和UCH37是19S調(diào)節(jié)顆粒中的組成成分。UCH37含有一個與19S調(diào)節(jié)顆粒中的亞單位Admr1相互作用的C端突出。不同的截短突變表明，酵母同源蛋白POH1(人類是RPN11)的N端JAMM結構域必需與蛋白酶體蓋子亞單位蛋白相聯(lián)系，但是，不知道這些截短的蛋白是否正確折疊。因此，其它的蛋白-蛋白相互作用也參與了。第三種DUB，Usp14通過一個N端泛素類似結構域，與19S顆粒基底的一個亞單位蛋白Rpn1(人類則是PSMD2)相聯(lián)系[5]。

5　DUB在細胞中的功能

去泛素化酶DUB由于其自身的特點，從而在調(diào)節(jié)蛋白酶體的活性、細胞的生長和分化、器官的發(fā)生、腫瘤的形成方面都有著重要的作用[1]。直接的證據(jù)表明DUB必需與多蛋白復合物相聯(lián)系以體現(xiàn)其生理功能。這種相互作用有利于底物蛋白與DUB共定位，但也容許一個泛素化—去泛素化循環(huán)指導信號通路的激活與否。

5.1與蛋白酶體相關的DUB影響蛋白多聚泛素化

蛋白酶體中的三個DUB是與19S調(diào)節(jié)亞單位相聯(lián)系的。19S調(diào)節(jié)顆?？梢允沟梅核鼗牡鞍捉忾_并去泛素化。19S調(diào)節(jié)顆?？梢栽偌毞譃閮蓚€小的復合體：基底和蓋子。蓋子中含有多個多聚泛素化的受體，其中S5a和Amrm1是19S顆粒的整合成分，而其它的多聚泛素受體則是與蛋白酶體相關的。其它受體蛋白通過一個泛素類似結構域與19S蛋白酶體的Rpn1亞單位(人類則是PSMD2)相聯(lián)系，它們還含有一個屬于泛素相關結構域(UBA)家族的泛素結合結構域。它們作為一個接頭蛋白將多聚泛素化的底物與蛋白酶體相聯(lián)系?；讖秃衔镏泻辛鶄€AAA結構的ATP酶，可能用于解開底物蛋白并將其轉位到蛋白酶體的腔道中。因此，19S調(diào)節(jié)亞單位結合多聚泛素，而基底復合物可能解開靶蛋白并將其轉位到20S蛋白酶的門孔處。

功能研究表明UCH37通過蛋白酶體將多聚泛素鏈遠端的泛素移除，從而抑制了多聚蛋白的降解。UCH37的缺失體會加速底物蛋白的水解，相應地，細胞多聚泛素化的蛋白水平也出現(xiàn)下降。UCH37的C端結構域與蓋子亞單位Adrm1的C末端相聯(lián)系。這種聯(lián)系增加了底物蛋白水解的有效性。UCH37的C末端會抑制自身的催化活性，而當它與Adrm1結合后就解除了自身抑制。除了結合并激活UCH37，Adrm1也可以通過N端結構域的不同表面區(qū)域與Rnp2/PSM1D和泛素相互作用。雖然，Adrm1的N端泛素結合域與多聚泛素相互作用，它可以結合酶和底物的一端。UCH37的催化中心結合多聚泛素鏈的遠端亞單位，并將它從鏈上水解下來。然而，只有當UCH37與整個19S調(diào)節(jié)顆粒相聯(lián)系時，兩個泛素的水解才會發(fā)生。這表明其它蛋白也參與了UCH37的激活[1，5]。

正如UCH37，Usp14也只有與19S調(diào)節(jié)顆粒相聯(lián)系時才被激活。在人細胞中的USP14蛋白缺失或?qū)⒔湍傅念愃莆颱BP6敲除，會加速蛋白的降解。這種由UBP6介導的蛋白降解抑制，是不依賴于它的去泛素化活性，但是依賴于它通過UBL結構域與19S調(diào)節(jié)顆粒的基底相聯(lián)系。Usp6與一個蛋白酶體相關E3連接酶Hul5合作，從而發(fā)揮催化作用，以調(diào)節(jié)靶蛋白上的多聚泛素鏈的長度。Usp6可以從遠端將多聚泛素鏈拆開。這種動態(tài)的多聚泛素鏈的延長和縮短代表了一種蛋白酶體相關底物和多聚泛素鏈移除的必要性之間的平衡。除了調(diào)節(jié)泛素鏈長度的功能外，Usp6通過將泛素在蛋白酶體處進行循環(huán)利用而調(diào)節(jié)泛素水平。如果缺失小鼠類似物Usp14，則會導致自由泛素單體的缺失。

第三種去泛素化酶，Rpn11/POH1是個19S調(diào)節(jié)顆粒的組成部分。Rpn11屬于金屬蛋白酶JAMM結構域家族。Rpn11對酵母的成活非常重要。如果通過RNA干擾，將人的類似物POH1缺失將會抑制細胞生長。將POH1敲低會導致多聚泛素化的蛋白水平增高，細胞蛋白降解缺陷，蛋白酶體的活性受到影響，因為26S蛋白酶體不能成熟并且不穩(wěn)定。因此，不像其它兩個蛋白酶體相關DUB，POH1對蛋白酶體的完整性是必需的。已有報道認為Rpn11活性位點的突變會導致果蠅、人類細胞和酵母的死亡。然而酵母Rpn11的D121A活性位點突變會導致蛋白降解缺陷，但不會導致細胞死亡。Rpn11與19S調(diào)節(jié)顆粒的蓋子及ATP水解的相互聯(lián)系是Rpn11依賴的去泛素化過程所必需的。這表明去泛素化是與基底復合物ATP酶完成的蛋白去折疊相偶聯(lián)的。不像Usp14和UCH37，Rpn11是在鏈的近端將底物蛋白上的多聚泛素切除[4-5，8]。

5.2內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關的蛋白降解

在細胞中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)參與蛋白的產(chǎn)生與折疊，同時也參與蛋白的質(zhì)量控制。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上錨定的泛素連接酶對蛋白的泛素化非常重要。這種E3連接酶共有24個。這些Ub連接酶與E2 Ubc7/UBE2G2一起負責錯誤折疊的蛋白泛素化并降解，如Hrd1/synoviolin和gp78/Doa10的降解。這個降解過程又由p97蛋白以及接頭蛋白Ufd1和Np14介導。DUB與p97的相互作用對于蛋白從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到細胞質(zhì)被降解的轉位是非常必要的[6]。USP19能夠抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關的蛋白降解，并通過這種機制抑制肌細胞的分化和融合[4]。

5.3組蛋白的去泛素化

在高等真核生物中，單泛素化的組蛋白H2A和H2B在多種細胞核相關過程中是非常關鍵的，例如有絲分裂、轉錄起始和延長、mRNA的向外運輸和沉默。相反，組蛋白H2A在釀酒酵母中是不被泛素化的。去泛素化酶可以將H2A和H2B同時去泛素化，或僅僅將H2B去泛素化，或僅僅將H2A去泛素化。許多組蛋白的去泛素化酶也只在多蛋白復合物中起作用。在活躍染色質(zhì)上的泛素化的組蛋白數(shù)量可能與沉默染色質(zhì)上的不同，因為還有其它的相關蛋白和表觀遺傳學修飾[4-5，7，8]。

5.3.1H2B的依次泛素化與去泛素化調(diào)節(jié)轉錄和沉默

特異的E2和E3催化H2B的單泛素化，在酵母中是K123，在人是K120。酵母中，Rad6和Bre1催化H1b的泛素化，而人的相應的酶是UbcH6和RNF20。這種修飾在轉錄激活過程中的很多基因的啟動子區(qū)和5’末端很多。H2B泛素化是H3組蛋白在K4(H3K4me)和K79(H3K79me)的二甲基化和三甲基化所必需的，這是一個與轉錄激活染色質(zhì)相關的修飾，幫助招募SAGA共激活復合物以及進行進一步的染色質(zhì)修飾。

將一些基因的啟動子區(qū)和編碼區(qū)的組蛋白H2B上的泛素切除對于基因的正確轉錄是必需的。釀酒酵母Ubp8和人類似物USP22是Spt-Ada-Gcn5-乙酰轉移酶(SAGA)的一部分。SAGA是一個共激活復合物，它調(diào)節(jié)幾個基因的轉錄激活，延長及mRNA輸出。部分通過組蛋白的翻譯后修飾狀態(tài)來調(diào)節(jié)，例如組蛋白的乙酰化和H2B的泛素化。因此，組蛋白H3的K4和K79被甲基化后，招募SAGA復合物會導致RNA延長過程中H2B的去泛素化，從而有利于RNA聚合酶II的C末端結構域的2位絲氨酸(S2)磷酸化。H2B的泛素化阻撓了RNA聚合酶II激酶Ctk1的招募，因此防止了RNA聚合酶II C末端結構域(CTD)S2磷酸化。由Ubp8/ USP22完成的H2B去泛素化會導致Ctk1的招募以及S2的磷酸化，這與RNA延長相關[2，5]。

Ubp8通過一個SAGA內(nèi)的蛋白質(zhì)模塊而與mRNA輸出相關，這個SAGA模塊包括Sgf73(酵母是Ataxin7)，Sus1(這是一個TREX-2 mRNA輸出復合物成員)及Sgf11。這個模塊介導了SAGA與其它TREX-2 mRNA輸出復合物成員的結合，如Sac3和Thp1，它們與核孔復合物相互作用，幫助輸出mRNA，并有利于基因轉錄。一些基因的轉錄被SAGA調(diào)控，這包括GAL1基因。在轉錄過程中，這些基因定位于核周邊并依賴于Sus1蛋白。如果沒有Sgf73蛋白(可以激活Ubp8的去泛素化活性)，會導致GAL1基因的mRNA出核運輸缺陷。這表明SAGA，組蛋白H2B去泛素化和mRNA輸出在基因調(diào)控上是有聯(lián)系的。

除了基因的轉錄起始，延伸和mRNA輸出，H2B的去泛素化對基因沉默也是必需的。缺失Ubp8和Ubp10會導致泛素化的H2B增高。Ubp8參與了基因的激活，而Ubp10通過將泛素化的H2B去泛素化而導致基因沉默。Ubp10定位于兩個沉默區(qū)，即端粒和rDNA處，并與一個沉默蛋白相關。Sir4是個Sir復合物成員，這個復合物還包括Sir3和Sir2。缺失Ubp10會增加泛素化的H2B水平及H3K4me和H3K79me的水平而影響端粒沉默，從而抑制了Sir蛋白與沉默位點的聯(lián)系。過表達Ubp10也會導致泛素化的H2B、H3K4me和H3K79me水平降低，Sir復合物轉移至非沉默區(qū)，從而不發(fā)生端粒沉默。Sir復合物轉位是因為Sir3蛋白在非沉默區(qū)結合了非甲基化的組蛋白上的K4，從而不能結合到沉默區(qū)。Ubp10的一個導致不發(fā)生端粒沉默的突變體不會增加H2B的泛素化或H3K4me[5-8]。

5.3.2高等生物H2A的泛素化與去泛素化

H2A的泛素化與發(fā)育相關基因沉默、X染色體的失活、基因轉錄起始和延伸有關。在有些基因中是因為抑制了H3的K4甲基化造成的，這與泛素化的H2B功能相反。而另一些基因中，泛素化的H2A降低了轉錄的延伸。不同的組蛋白的表觀修飾依賴于基因的不同而不同，因此，組蛋白泛素化效果也會不同。

三個去泛素化酶，Usp16、Usp21和2A-DUB會特異地將泛素化的H2A去泛素化。H2A去泛素化酶2A-DUB屬于JAMM結構域家族。2A-DUB是個雄激素受體(AR)的共激活因子，通過H2A的去泛素化而充分激活AR依賴的基因表達。2A-DUB與組蛋白乙酰轉移酶p300/CBP相關因子(p/CAF)相關，這個復合物介導轉錄激活區(qū)組蛋白H3和H4的乙酰化。2A-DUB優(yōu)先將高度乙?；暮诵◇w中的H2A去泛素化。然而，泛素化的H2A發(fā)生去泛素化不會影響pCAF的乙酰轉移酶活性。這意味著這些表觀修飾是通過一系列步驟來完成的。敲低2A-DUB導致的H2A泛素化增加可部分地由敲低p/CAF來拮抗。組蛋白的乙酰化可以控制H2A的去泛素化。2A-DUB的去泛素化活性也會導致組蛋白H1的不穩(wěn)定，這個過程要求組蛋白的乙?；⒓せ罨虻谋磉_。Usp16參與基因表達和細胞周期的調(diào)控。野生型的Usp16定位于細胞質(zhì)，然而這個酶的活性位點突變與有絲分裂中的染色體相關，而有絲分裂之后它則滯留在細胞核中。Usp16能夠在體內(nèi)將H2A去泛素化，而過表達的Usp16則會降低泛素化的H2A的水平。Usp16將核小體內(nèi)H2A的泛素移除。敲低Usp16會導致泛素化的H2A的水平增加，分裂的細胞減少。有絲分裂時，泛素化的H2A的水平是降低的，結束時是增加的。H2A的泛素化反過來與Aurora B激酶介導的H3的10位絲氨酸磷酸化相關。H2A的泛素化抑制Aurora B激酶結合到核小體上，從而影響了染色質(zhì)的濃縮，染色體的分離以及有絲分裂進程。在爪蟾中，Usp16調(diào)節(jié)Hox基因的表達。H2A的泛素化調(diào)節(jié)Hox基因的沉默，可能是Usp16通過在啟動子區(qū)以及Hox基因調(diào)節(jié)區(qū)的5’端調(diào)節(jié)泛素化H2A的水平而抑制了Hox基因的表達。

泛素化的H2A也控制了轉錄起始。Usp21是人類中第三種將H2A去泛素化的酶。在肝細胞再生中，Usp21調(diào)節(jié)基因轉錄[5-8]。

5.4SCF E3的活性調(diào)節(jié)

E3連接酶Skp、cullin、F-box即SCF的催化活性是高度依賴于一個DUB的。在這個DUB的cullin亞單位上的一個位點是和Nedd8相連接的。它的活性則由CSN5亞單位提供的。cullin亞單位的Neddy化和去Neddy也對SCF的活性是必需的。CSN參與許多細胞活性，如細胞周期調(diào)控，轉錄調(diào)控和DNA損傷反應，也與腫瘤發(fā)生相關[3]。在缺乏底物蛋白時，E3可以發(fā)生自身泛素化，然后被蛋白酶體降解。這些E3也可以被其它的E3所泛素化，而DUB則可以逆轉這個過程。USP7可以將自身泛素化的Mdm2和RING2連接酶去泛素化[3]。

5.5E2活性的調(diào)節(jié)

DUB可以干擾E2-Ub中間復合物的形成，從而抑制泛素化。Parkin是個帕金森癥相關的E3，含有一個RING-between-RING(RBR)結構域。Parkin、UbcH7(Parkin的E2)和Ataxin-3可以形成一個緊密的復合物，以防止Parkin蛋白的自身泛素化，從而釋放出UbcH7蛋白。這個復合物的形成需要DUB結構域中的巰基。但Ataxin-3對已經(jīng)泛素化的Parkin蛋白或已經(jīng)形成的E2-Ub復合物無作用。RBR連接酶首先將Ub從E2-Ub復合物中轉移至活性位點巰基處，然后再轉移到一個蛋白氨基群處。UbcH7與Parkin相互作用，但不能直接轉移Ub，因此，Ataxin-3可能通過利用自身的活性巰基從E2-Ub處截取Ub，從而抑制Parkin的自身泛素化[3]。

OTUB1是K48泛素鏈特異的去泛素化酶。它可以結合Ubc13(一種在DNA損傷反應時可以產(chǎn)生K63泛素鏈的E2)或UbcH5b與Ub的中間體，從而抑制了Ubc13或UbcH5b的功能[3]。

5.6DUB在細胞周期、分化和凋亡中的作用

細胞周期調(diào)控要求對許多檢驗點和信號分子進行有序降解，從而有序地進行復制、生長和有絲分裂。這些檢驗點參與了對基因組完整性以及影響細胞周期突變的監(jiān)督。

Usp3作用于泛素化的H2A和H2B，它定位于細胞核并與染色質(zhì)相互作用。半胱氨酸位點的突變會穩(wěn)定Usp3和染色質(zhì)之間的相互作用。除了催化核心區(qū)，Usp3在N端還有一個ZnF Ubp結構域。這個假定的泛素結合區(qū)對結合泛素化的H2A調(diào)節(jié)是必需的。在人細胞中，Usp3能夠?qū)2A和H2B都去泛素化。在HeLa細胞中過表達Usp3會導致泛素化的H2A和H2B減少，但并不改變總的蛋白的泛素化水平。使用RNA干擾導致的Usp3缺失會導致泛素化的H2A增加，而H2B則略微增加，細胞周期的S期延遲，DNA復制受影響，DNA缺口增加，從而誘導表達Ataxia-Telangiectasia突變(ATM)和ATM/Rad3相關(ATR)檢驗點激酶，并調(diào)節(jié)DNA損傷應答。

UBP41是個UBP家族成員中已知最小的分子。它能夠特異性地催化某些蛋白酶的底物，使之去泛素化，從而影響細胞凋亡相關通路。一些骨骼形成因子，如甲狀旁腺激素PTH，甲狀旁腺激素相關蛋白PTHrP及前列腺素PGE2可以共同提高細胞內(nèi)的cAMP水平，從而促進骨骼形成。在體外培養(yǎng)時，如果僅有PTHrP和PGE2而無PTH，則細胞內(nèi)cAMP量不增加，如果導入UBP41，則可以增加cAMP含量，從而促進骨骼生長[1]。

USP29是個在氧化壓力下由JTV1和FBP驅(qū)動轉錄的去泛素化酶，它對于從分激活PUMA及促進凋亡非常重要[7，9-10]。

5.7DUB在DNA修復中的角色

當機體的遺傳物質(zhì)受到侵害時，DNA損傷檢驗點通過延遲細胞周期進展并進行DNA修復，以維持基因組的完整性。轉錄因子DEC1由于SCF泛素連接酶和CK1的作用而不穩(wěn)定。在DNA損傷時，DEC1迅速被ATM/ATR復合物誘導表達，并被去泛素化酶USP17穩(wěn)定。DNA修復后，DEC1的蛋白降解又得以恢復[11]。

在DNA損傷誘導的凋亡研究中發(fā)現(xiàn)，Usp28參與檢驗點激酶2(Chk2)-p53-PUMA信號通路，這個信號通路調(diào)節(jié)體內(nèi)應對雙鏈DNA斷裂導致的DNA損傷。Usp28與檢驗點調(diào)節(jié)因子53BP1、Claspin和Mdc1相互作用。這些腳手架蛋白介導了離子輻射導致的DNA損傷反應。將Usp28敲低會引起這三種蛋白及Chk2的降低，因此Usp28對這幾種蛋白有穩(wěn)定作用。Usp28也調(diào)節(jié)了G2期的DNA損傷反應檢驗。此時，Claspin被APC泛素化并被蛋白酶體降解。Usp28可以通過將Claspin去泛素化而逆轉這個過程，并激活Chk2以應對DNA損傷。

Usp28也控制了細胞內(nèi)轉錄因子MYC的水平。MYC是原癌基因，它調(diào)節(jié)細胞生長、凋亡和細胞增殖。MYC被E3連接酶FBW7以泛素依賴的方式降解。FBW7是SCF的一個成分。MYC的泛素化可以被Usp28的DUB活性拮抗。將Usp28敲低會導致MYC蛋白水平的降低，過表達Usp28則會穩(wěn)定該蛋白[5]。

PCNA是一種DNA復制促進因子，能夠通過泛素結合酶而發(fā)生單個的泛素化，然后激活一種跨損傷合成聚合物如polη,催化DNA的合成，從而完成DNA鏈的修復[1]。而Usp1通過對FANCD2蛋白和PCNA的去泛素化而參與DNA修復。Usp1與FANCD2相互作用并共定位于DNA損傷后的染色質(zhì)。敲低Usp1會導致單泛素化的FANCD2過度積累。當細胞離開S期時，Usp1將FANCD2去泛素化，或者在DNA損傷后Usp1使細胞周期重新開始。Usp1存在于一個含有80kDaWD40重復序列的USP1相關因子1(UAF1)的大分子復合物中。這個異源二聚體的形成激活了Usp1，因此UAF1是個腳手架蛋白。當DNA損傷時，USP1的轉錄被終止，或者USP1通過腫瘤壞死因子受體p75的介導被蛋白酶體降解，其蛋白很快消失，對DNA修復的抑制被解除，然后細胞修復損傷的DNA的能力提高[1，5]。

Usp11是個應對DNA損傷并促生存的去泛素化酶。當Mitomycin C(MMC)誘導DNA損傷時，Usp11通過BRCA2信號通路參與DNA損傷修復，但并不需要BRCA2的去泛素化。BRCA2的泛素化和降解與前列腺癌細胞的增殖相關。BRCA2水平的下調(diào)則需要PI3K信號通路并上調(diào)Skp1-Cul1-F-box蛋白復合物成員Skp2蛋白[5，7，10]。

5.8DUB調(diào)節(jié)信號傳導通路的激酶

泛素化通過兩種機制調(diào)節(jié)信號傳導通路。首先，K63方式連接的多聚泛素鏈作為一個識別信號招募接頭蛋白和激酶來擴大信號。然后，去泛素化又通過調(diào)節(jié)信號復合物和成分的半衰期來調(diào)節(jié)這些通路，例如NF-κB通路。它參與放大TNF、IL-1/TLR和T/B細胞抗原受體引發(fā)的信號，以便控制免疫、炎癥和抗微生物反應。去泛素化則下調(diào)這些反應[5]。

干擾素信號通路在機體抗病毒感染方面非常重要。USP13通過結合STAT1并將其去泛素化，從而穩(wěn)定它，由此增強了I型和II型干擾素信號通路[12]。

5.9DUB與內(nèi)吞的關系

哺乳動物蛋白單泛素化或與寡聚泛素相連在受體內(nèi)吞及內(nèi)吞的蛋白分選中很重要。去泛素化酶也參與這些過程并參與其它細胞內(nèi)物質(zhì)傳輸。為了調(diào)節(jié)幾個NF-κB激酶的活性，去泛素化酶CYLD參與調(diào)控了不同的細胞生理過程，包括NGF受體(TrkA)內(nèi)吞。

在酵母中，去泛素化酶Doa4將晚期內(nèi)吞體中的泛素進行循環(huán)。在內(nèi)吞體膜上，Doa4的N端與Bro1蛋白相互作用。Usp8是個人的Doa4類似物，可被磷酸化及14-3-3蛋白調(diào)節(jié)。Usp8與ESCRT裝置相互作用才會調(diào)節(jié)內(nèi)吞體物質(zhì)運輸，并且它抑制了EGFR受體內(nèi)吞。

AMSH是個含有JAMM結構域的去泛素化酶，但是它只將K63方式連接的泛素鏈切除。抑制AMSH活性加速下調(diào)EGFR信號通路，以便拮抗泛素依賴的溶酶體貨物分選。當結合配體并迅速內(nèi)吞時，EGFR被泛素化且在溶酶體中降解。在內(nèi)吞體膜上，泛素化的RTK被分選。其實，去泛素化酶也參與這個過程。AMSH和USP8在EGFR下調(diào)過程中作用相反。這可能與它們特異識別不同的多聚泛素鏈有關。AMSH可以通過將K63方式相連的多聚泛素鏈切下而將泛素化的貨物從溶酶體降解中解救出來。USP8的功能是多面的，可以針對K63方式或K48方式連接的多聚泛素鏈[3-5，13]。

5.10DUB與腫瘤發(fā)生的關系

DNA錯誤修復相關的蛋白p53是個抑癌蛋白，它的突變會誘導其它基因的產(chǎn)生，從而誘發(fā)腫瘤。由E3泛素連接酶Mdm2的導致的泛素化是p53蛋白的主要調(diào)節(jié)方式。它可以誘導p53出核并降解。而細胞質(zhì)內(nèi)的去泛素化酶USP10在DNA損傷后轉位到核中，將p53蛋白去泛素化，從而拮抗Mdm2的功能，由此抑制了腫瘤細胞的生長[14]。在受到外界壓力時，另一個DUB分子USP42能夠結合p53分子，將p53分子上泛素鏈切除后能夠穩(wěn)定p53蛋白分子，從而迅速激活p53信號通路，導致細胞增殖停止，以進行DNA錯誤修復，由此抑制腫瘤發(fā)生[10]。USP15能夠穩(wěn)定Mdm2，并降解轉錄因子NFATc2，以調(diào)控T細胞的激活。缺失USP15會激活T細胞，增強它對細菌感染和腫瘤發(fā)生的反應[15]。

OTUD1是個OTU結構域去泛素化酶家族成員，它可以直接抑制Mdm2介導的p53泛素化，它可以穩(wěn)定并激活p53，從而導致p53依賴的細胞增殖抑制和凋亡。DNA損傷增強了OTUD1與p53的相互作用，因此，OTUD1主要在細胞周期的G2/M和S期檢驗點起作用[16]。OTUD1通過抑制Ubc13/RNF168的活性來抑制DNA修復。它控制了RNF168影響染色質(zhì)的泛素化的能力。當DNA損傷時，OTUD1暫時地從Ubc13/RNF168復合物中解離出來，從而使得RNF168能夠催化DNA損傷點的染色質(zhì)泛素化。在這個位點它又和UbcH5/MDM2復合物相關，從而抑制了MDM2依賴的p53泛素化，p53變得穩(wěn)定并被激活[16-17]。OTUD5也可以將p53蛋白去泛素化并穩(wěn)定它，從而影響由DNA損傷誘發(fā)的細胞凋亡[18]。

USP4是一個重要的p53調(diào)節(jié)分子，它直接與ARF-BP1結合并將其去泛素化，導致ARF-BP1復合物的穩(wěn)定化以及后續(xù)的p53水平降低，而且抑制了p53相關的細胞凋亡。缺失USP4會促進細胞衰老。USP4在許多腫瘤中高表達，如膀胱癌，前列腺癌和甲狀腺癌等，意味著它是個潛在的癌基因[19]。USP7也是一個p53調(diào)節(jié)因子，它能夠?qū)53和Mdm2去泛素化并穩(wěn)定它們[3]。

轉錄因子KLF5是個BAP1/HCF-1復合物中的成員，它在乳腺癌組織中表達，促進癌細胞增殖、轉移以及腫瘤生長。BAP1是個去泛素化酶，可以結合KLF5并將其上的泛素鏈切除，從而穩(wěn)定該蛋白，由此促進乳腺癌發(fā)生和轉移。抑制BAP1的表達會抑制肝癌腫瘤的生長，并抑制腫瘤細胞的轉移[20]。

Cdc25A是個磷酸酶，激活細胞周期素依賴的激酶Cdk而促進細胞周期進程，有潛在的促癌性。腫瘤組織中Cdc25A是高表達的，Cdc25A可以被去泛素化酶Dub3作用并穩(wěn)定。過表達Dub3，細胞將累積在S期和G2期并激活DNA損傷應答。Dub3促進了細胞的成瘤性。Dub3的高表達，促進了Cdc25A高水平地存在于乳腺癌中[21]。

PTEN是個抑癌基因，在很多腫瘤中是缺失的。USP13能夠?qū)TEN蛋白去泛素化并穩(wěn)定它。缺失了USP13的乳腺癌細胞，其PTEN蛋白被下調(diào)，而Akt蛋白磷酸化、細胞增殖、軟瓊脂集落形成、糖酵解和腫瘤生長能力都明顯提高[7，22]。OTUD3結合PTEN蛋白，將其泛素鏈切除并穩(wěn)定該蛋白。缺失OTUD3會激活Akt信號通路，細胞轉化和腫瘤轉移。降低OTUD3表達，會導致PTEN蛋白量降低，促進乳腺癌發(fā)生[7-8，10，23]。

USP22參與組蛋白的去泛素化和乙?；?，從而影響基因的轉錄和表達，它通過對BMI-1、MYC、FBP1和TRF1的影響而影響腫瘤的發(fā)生和轉移[24]。

5.11DUB與骨骼肌萎縮的關系

泛素蛋白酶系統(tǒng)在骨骼肌萎縮中扮演重要角色，肌肉損耗時，大量的泛素連接酶被誘導產(chǎn)生了。但是，幾個去泛素化酶也在肌肉萎縮中被誘導表達，如USP19和USP14。而USP19、USP2和A20則參與肌肉發(fā)生。在肌肉萎縮中，USP19的表達可以通過p38/MAPK信號通路調(diào)控。在培養(yǎng)的肌肉細胞中，USP19抑制了肌纖維蛋白的轉錄。肌肉萎縮中DUB的上調(diào)表達可能是為了維持一定濃度的自由單體泛素，以便后續(xù)肌肉相關蛋白的降解用，同時調(diào)節(jié)了肌肉損耗相關蛋白的穩(wěn)定性和功能[25-26]。

5.12自噬相關的去泛素化酶

自噬是個進化上保守的生理過程，它將多種細胞質(zhì)成分轉入溶酶體以便再循環(huán)或降解。這個過程涉及蛋白聚集物的去除，細胞器的變化以及細胞內(nèi)病原微生物的根除。這些目標物質(zhì)必需用泛素來選擇性地標記，以便被自噬受體識別，因此，泛素化就顯得很重要，而去泛素化過程則可以拮抗它。巨噬細胞在細胞膜上有TLR受體，它可以結合細菌的脂多糖并啟動針對病原體的吞噬過程以及由此導致的自噬。在這個過程中有E3連接酶TRAF6和去泛素化A20參與。TRAF6將吞噬和自噬相關的Beclin 1蛋白泛素化，它可被A20拮抗。除了TRAF6外，Nedd4和Rbx1/Cil4/DDB1復合物也可以修飾Beclin 1蛋白。A20也可以將TRAF6其它底物去泛素化，如UKL1和TAK1。

USP10、USP13、USP36和AMSH等DUB也參與細胞自噬過程。USP13與Berlin1直接作用，影響它的泛素化并影響了細胞的自噬[10，27]。

5.13DUB與發(fā)育

許多DUB參與了斑馬魚的發(fā)育過程。例如Otud7b、Bap1和Uchl3通過調(diào)節(jié)Notch信號通路而影響斑馬魚的發(fā)育。Otud4、Usp5、Usp15和Usp25影響了斑馬魚的背腹發(fā)育模式[12]。

5.14DUB與病毒感染

機體抗病毒感染涉及到多條信號通路及眾多分子的調(diào)節(jié)，例如泛素化與去泛素化。病毒感染細胞后，信號分子TBK1被激活，它能夠磷酸化IRF3，使之二聚化，然后入核啟動I型干擾素基因轉錄，發(fā)生抗病毒免疫反應。而USP2b則參與調(diào)節(jié)TBK1的活性并抑制干擾素信號通路及抗病毒免疫。USP3通過與RIG-I相互作用，減少IRF3的磷酸化，影響干擾素的抗病毒機制，USP25有類似的功能。而USP4、USP13和USP25則增強干擾素的功能。有些單純皰疹病毒也能編碼USP，如UL36基因，其產(chǎn)物UL36USP能夠抑制干擾素的功能[28]。

5.15DUB與線粒體

USP30被發(fā)現(xiàn)存在于線粒體的外膜上，調(diào)節(jié)線粒體的動態(tài)變化。USP30通過將底物蛋白去泛素化而抑制Parkin蛋白介導的線粒體自噬，USP15和USP35也參與這個過程[4]。

5.16DUB與干細胞分化

USP22通過影響H2A和H2B的泛素化而影響干細胞分化相關的轉錄因子，例如Myc和Sox2，從而調(diào)控相應的靶基因。Psmd14通過影響Oct4而影響干細胞的形態(tài)變化。USP44和USP7結合在Oct4的啟動子區(qū)，而USP25、USP44、USP49和USP7則結合在Sox2的啟動子區(qū)，調(diào)控基因表達和干細胞的維持和分化。USP7通過將SCF誘導的泛素化而穩(wěn)定REST蛋白，以維持干細胞的狀態(tài)。USP44是個干細胞分化的負調(diào)節(jié)因子[2]。

6　結束語

蛋白的去泛素化過程是非常重要的蛋白修飾方式，與細胞的增殖、分化及凋亡相關，也與機體的發(fā)育和疾病發(fā)生相關。但是一些DUB的功能并不是特別專一的。例如p53蛋白可以被USP10、USP11、USP42、Otub1、OTUD5等十幾種DUB修飾和調(diào)控[9，14，29-30]，而USP13這一種DUB又可以調(diào)控PTEN、STAT1、Ubl4A、MITF等多種蛋白的功能[12，22，31-32]。各種分子之間的泛素化和去泛素化調(diào)控形成了一個非常復雜的網(wǎng)絡，以適應生命活動的需要。

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Proceeding of deubiquitinase study

LIUWen-bin

(School of Health Sciences and Nursing, Wuhan Polytechnic University, Wuhan 430023,China)

Ubiquitination and deubiquitination are two popular styles of post-translation modification of protein. These two modifications affect intracellular localization, stability and functions of target proteins. And the process of deubiquitination is involved in the modification of histone, cell cycle, cell differentiation, cell apoptosis, endocytosis, autophagy and DNA repair after damage, and it is also involved in the procedures of carcinogenesis, muscle dystrophy, development and anti-virus-infection.

ubiquitin; deubiquitination; enzyme

2016-03-30.

劉文斌(1970-)，男，博士.E-mail:liuwenbin_1@yeah.net.

2095-7386(2016)03-0001-12

10.3969/j.issn.2095-7386.2016.03.001

Q 7

A