泛素化、磷酸化和pH变化

关键字：泛素化；磷酸化；泛素修饰；磷酸化泛素

泛素化是一种广泛存在的蛋白质修饰。2014年的研究报道首次指出泛素能被PINK1在其S65位点磷酸化，磷酸化泛素能激活PARKIN，导致线粒体自噬，但对于磷酸化泛素其它的生物学功能仍不清楚。中国科学院武汉物理与数学研究所的研究人员为探究磷酸化泛素（pUb）的其他生物学功能，进行了更为深入的研究。

在中国科学院武汉物理与数学研究所研究团队此前的研究中，已发现泛素单体的S65被磷酸化后，呈现出四种能相互转化的构象，解析了每种构象的三维结构，发现了这些构象的组成比例受pH值调节。进一步，利用单分子荧光技术，发现泛素单体的构象变化还影响到泛素链的四级结构，导致泛素能够与不同的靶蛋白结合，执行不同的功能。

在细胞中，不同亚细胞部位有不同的pH值，细胞在不同的生理和病理状态下，局域的pH值也发生变化。在这次研究中，研究人员开展了对磷酸化泛素（pUb）的结构表征。运用核磁共振技术(NMR)，发现磷酸化泛素（pUb）在溶液中同时存在舒展态(relaxedstate)和收缩态(retractedstate)两种状态并在这两种结构状态之间动态转换。

通过对磷的核磁谱的分析，研究人员发现舒展态的磷酸根有异常高pKa值。于是，磷酸化泛素（pUb）的两种结果状态的分布会随pH的改变而改变:在偏酸性条件下舒展态居多，在偏碱性条件下收缩态居多。

运用单分子荧光(single-molecule FRET)和小角散射(SAXS)，研究人员进一步发现以K63和M1方式连接的多聚泛素的四级结构的系综分布，也会由于S65磷酸化而发生对pH的相应性。

磷酸化和泛素化是两种最为常见的蛋白质翻译后修饰，这项研究结果表明，磷酸化能够赋予泛素的结构和功能对环境pH的敏感性，泛素修饰的复杂性和交互性提示磷酸化泛素在生理、病理条件下信号的多样性。这一发现将对生物学研究产生深远影响。

泛素化：泛素化是指泛素分子在一系列特殊酶（如泛素激活酶、结合酶、连结酶、降解酶等）的作用下，将细胞内的蛋白质进行分类，筛选出靶蛋白分子并对其进行特异性修饰的过程。由于泛素化的多样性与多价性，泛素化广泛参与包括细胞增殖、分化、凋亡、自噬、DNA损伤修复、免疫应答等各种生理过程，是近年来生物化学研究的一个重大成果，已成为新药开发的主要方向之一。

磷酸化：磷酸化是指通过蛋白质磷酸激酶将ATP分子中的磷酸基转移到蛋白质分子特定位点（Ser、Thr、Tyr残基等）的过程。有研究表明通过多位点的磷酸化修饰，可以调节蛋白质之间的相互作用。蛋白质磷酸化水平的异常上调或者下调和多种疾病如癌症、糖尿病、代谢综合症、阿尔兹海默症等的发生密切相关。因此，研究蛋白质磷酸化修饰在多种生物和非生物胁迫领域中的特征对研究蛋白质的功能是十分必要的。

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