上一期和科研寶子們介紹了最常見(jiàn)的兩種修飾甲基化和糖基化,本期將帶大家了解脂質(zhì)化和硝基化兩種翻譯后修飾,每種修飾也都參與了絕大部分的細(xì)胞生命進(jìn)程。
脂質(zhì)化
脂質(zhì)化是指在蛋白質(zhì)或其他生物大分子上添加脂質(zhì)分子的翻譯后修飾過(guò)程。這類修飾極大地?cái)U(kuò)展了蛋白質(zhì)的功能多樣性,并在信號(hào)傳導(dǎo)、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)、亞細(xì)胞定位以及蛋白質(zhì)穩(wěn)定性等多個(gè)層面發(fā)揮作用。
脂質(zhì)化類型
(1)棕櫚?;?/span>是最常見(jiàn)的一類脂質(zhì)化形式,通過(guò)硫酯鍵將棕櫚酸(十六烷酸)共價(jià)附加至蛋白質(zhì)中的半胱氨酸殘基上??赡娴?,通過(guò)去棕櫚酰化酶介導(dǎo)脫除。
(2)異戊二烯化:包括法尼基化和格伯里基化,這兩種修飾均通過(guò)共價(jià)鍵將異戊二烯衍生物(分別為C15的法呢醇和C20的格柏醇)附加到特定蛋白質(zhì)的半胱氨酸殘基上。常見(jiàn)于GTPase超家族成員,如Ras蛋白,這些蛋白質(zhì)在信號(hào)傳遞網(wǎng)絡(luò)中起關(guān)鍵作用。
(3)酰基輔酶A(acyl-CoA)依賴的脂質(zhì)化:少數(shù)情況下,蛋白質(zhì)會(huì)被長(zhǎng)鏈脂肪酸通過(guò)酰基輔酶A(acyl-CoA)依賴的方式修飾。
(4)糖脂化:特別是糖基磷脂酰肌醇(Glycosylphosphatidylinositol, GPI)錨定,將蛋白質(zhì)固定在細(xì)胞膜上,常見(jiàn)于細(xì)胞表面蛋白和分泌蛋白。
脂質(zhì)化修飾對(duì)蛋白質(zhì)的功能具有多重效應(yīng):
(1)膜定位與信號(hào)傳導(dǎo):大多數(shù)脂質(zhì)化修飾增強(qiáng)了蛋白質(zhì)與細(xì)胞膜的結(jié)合能力,使蛋白質(zhì)得以在特定膜區(qū)域富集,這對(duì)于信號(hào)蛋白如G蛋白、受體激酶等的定位與功能至關(guān)重要。
(2)蛋白質(zhì)穩(wěn)定性與亞細(xì)胞分布:通過(guò)提供額外的保護(hù)屏障,脂質(zhì)化可以增加蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性,同時(shí)指導(dǎo)蛋白質(zhì)的亞細(xì)胞定位,使其能夠在特定的細(xì)胞器上執(zhí)行特定任務(wù)。
(3)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用:脂質(zhì)化可以作為蛋白質(zhì)之間相互識(shí)別的信號(hào),影響蛋白質(zhì)復(fù)合體的形成和分解,進(jìn)而調(diào)節(jié)信號(hào)通路的活化。
(4)細(xì)胞骨架重構(gòu)與運(yùn)動(dòng):如肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白(如Rho GTPases)的脂質(zhì)化對(duì)于細(xì)胞骨架的動(dòng)力學(xué)和細(xì)胞遷移至關(guān)重要。
(5)病毒入侵與免疫應(yīng)答:病毒利用宿主細(xì)胞的脂質(zhì)化機(jī)制來(lái)促進(jìn)其復(fù)制和傳播,同時(shí)也影響宿主的免疫防御機(jī)制。
實(shí)例:
(1)Ras蛋白的異戊二烯化:Ras蛋白在C端的半胱氨酸殘基上接受法尼基化或格伯里基化修飾,這對(duì)其膜定位和GTPase活性至關(guān)重要,進(jìn)而影響下游信號(hào)級(jí)聯(lián)。
(2)G蛋白偶聯(lián)受體的棕櫚?;?/span>許多G蛋白偶聯(lián)受體(GPCRs)在其C端含有多個(gè)可被棕櫚?;陌腚装彼幔@一修飾對(duì)于受體的活性、膜定位和內(nèi)吞過(guò)程極為重要。
(3)CD59的GPI錨定:CD59是一種GPI錨定蛋白,負(fù)責(zé)抑制補(bǔ)體系統(tǒng)的經(jīng)典途徑和替代途徑,保護(hù)細(xì)胞免受自身補(bǔ)體系統(tǒng)的攻擊。
硝基化
硝基化是一種較為特殊且在生物體內(nèi)較罕見(jiàn)的蛋白質(zhì)翻譯后修飾,其中蛋白質(zhì)的酪氨酸(Tyr)、色氨酸(Trp)和精氨酸(Arg)殘基可被氧化成相應(yīng)的硝基化產(chǎn)物。盡管這種修飾的頻率較低,但它在炎癥、氧化應(yīng)激和疾病狀態(tài)下扮演著重要角色,特別是與慢性炎癥、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病和癌癥等關(guān)聯(lián)密切。
硝基化的類型
(1)酪氨酸硝基化(Nitration of Tyrosine):酪氨酸殘基的酚羥基被氧化生成3-硝基酪氨酸(3-nitrotyrosine)。這是最常見(jiàn)的硝基化形式,通常在強(qiáng)烈的氧化應(yīng)激環(huán)境中發(fā)生。
(2)色氨酸和精氨酸的硝基化:色氨酸和精氨酸也可經(jīng)歷類似過(guò)程,但相較于酪氨酸而言,它們的硝基化程度要低得多。
硝基化對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
抗氧化防御機(jī)制的調(diào)節(jié):硝基化可以作為細(xì)胞響應(yīng)氧化壓力的一種方式。在炎癥或疾病狀態(tài)下,活性氧(ROS)和活性氮(RNS),如一氧化氮(NO),的水平升高。一氧化氮與超氧化物陰離子結(jié)合形成過(guò)亞硝酸根(NO3•-),后者可直接或間接地催化蛋白質(zhì)酪氨酸的硝基化。這種修飾可以調(diào)節(jié)抗氧化酶如超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GPx)的活性,從而參與了細(xì)胞的自我保護(hù)機(jī)制。
信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的調(diào)控:蛋白質(zhì)硝基化可以干擾多種信號(hào)傳導(dǎo)通路的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),例如NF-κB、MAPKs(Mitogen-activated protein kinases)和JAK/STAT(Janus kinase/signal transducers and activators of transcription)通路,影響細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化、凋亡和免疫反應(yīng)。例如,酪氨酸硝基化可以抑制某些激酶的活性,進(jìn)而調(diào)節(jié)下游信號(hào)的傳遞。
免疫反應(yīng)的調(diào)制:硝基化能影響免疫系統(tǒng)的功能,特別是通過(guò)調(diào)控免疫細(xì)胞如巨噬細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞的活動(dòng)狀態(tài)。在炎癥條件下,過(guò)度的蛋白質(zhì)硝基化可能引發(fā)自身免疫反應(yīng),與多種慢性炎癥性疾病的發(fā)生發(fā)展相關(guān)聯(lián),如類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、炎癥性腸病等。
疾病關(guān)聯(lián)與病理學(xué)標(biāo)志:異常的蛋白質(zhì)硝基化已被證明是多種疾病的病理特征之一,包括心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病、腫瘤和自身免疫性疾病等。因此,檢測(cè)特定蛋白質(zhì)的硝基化水平不僅有助于疾病的早期診斷,也為開(kāi)發(fā)新型治療策略提供了理論依據(jù)。
細(xì)胞老化和疾病模型:硝基化被認(rèn)為是細(xì)胞老化的一個(gè)重要標(biāo)志,以及在疾病模型中模擬病理生理狀態(tài)的關(guān)鍵工具。通過(guò)誘導(dǎo)或抑制蛋白質(zhì)硝基化,科學(xué)家們能夠探索其在各種生物過(guò)程中的具體角色,為揭示疾病機(jī)制和尋找潛在的治療靶點(diǎn)提供了新的視角。
實(shí)例:
(1)iNOS(誘導(dǎo)型一氧化氮合酶)與NO介導(dǎo)的硝基化:iNOS在炎癥條件下過(guò)量產(chǎn)生一氧化氮(NO),后者與超氧陰離子自由基(O??)反應(yīng)生成強(qiáng)氧化劑——過(guò)氧亞硝酸鹽(ONOO?)。ONOO?隨后可引發(fā)蛋白質(zhì)的酪氨酸硝基化,影響多種信號(hào)蛋白和酶的功能。
(2)線粒體呼吸鏈蛋白的硝基化:線粒體是細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生ROS的主要部位之一。在氧化應(yīng)激下,線粒體呼吸鏈蛋白的硝基化可能導(dǎo)致電子傳輸鏈功能障礙,加劇氧化應(yīng)激循環(huán)。
(3)血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(ACE)的硝基化:ACE在高血壓和心臟病中扮演重要角色。其硝基化狀態(tài)的變化與心血管疾病的嚴(yán)重程度相關(guān),提示其在疾病進(jìn)程中可能的作用。
下一期將帶科研寶子們了解泛素化和去泛素化這兩種修飾,敬請(qǐng)期待吧!