Ubp2特异性调控Lsb1泛素链状态及其功能的定量蛋白质组学研究

摘要

泛素—蛋白酶体系统（ubiquitin-proteasome system, UPS）是真核细胞特异性降解蛋白质的主要场所，实现蛋白质质、量的精准调控，影响甚至决定了细胞周期、免疫应答和信号传递等几乎所有的生命活动过程。蛋白的泛素化需要 E1，E2和E3级联反应，将泛素分子（Ub）转移到底物蛋白的不同赖氨酸上造成翻译后修饰的宏观不均一性。底物蛋白上的泛素分子又可继续被泛素修饰进而形成不同的泛素链修饰。而不同的泛素链发挥不同的生物学功能。去泛素化酶（DUBs）可将底物蛋白上的泛素链或泛素分子特异地水解下来，逆转泛素化过程，以维持泛素—蛋白酶体系统的平衡。其失调使UPS系统紊乱，从而导致人类诸多疾病。研究发现 DUBs与泛素链之间存在特异性对应关系，但由于技术的限制，特定的 DUBs调控其特异性底物的泛素链并参与到生物学过程的机制尚属未知，有待我们深入研究。
　　在之前的研究中，我们以芽殖酵母为研究对象，系统评价了酵母所有DUB的泛素链的特异性，发现USP家族的Ubp2对K63链有偏好性。本课题以Ubp2的潜在底物Lsb1为研究对象，通过在其C端加上6×his和biotin双标签的策略来系统描述Lsb1。经过串联纯化和SDS-PAGE验证，我们得到了高纯度泛素化的Lsb1，证明我们的研究策略有效。纯化的样品经过LC-MS/MS高覆盖蛋白质组分析，我们证实Lsb1的K41和K79位点被泛素化，验证了以往的研究结果；与此同时我们还发现了K37、K85、K98和K108这4个新的泛素化位点。分别将主要的修饰残基的赖氨酸突变成精氨酸，并做SILAC-IP-MS精准定量蛋白质组分析，发现Lsb1蛋白上的K41和K79位点都含有K48和K63泛素链的修饰，其中K41位点主要为K63链修饰，而K79位点主要发生K48修饰，它们受到Ubp2, Ubp3和Ubp14调控。
　　为阐明 Lsb1受 Ubp2调控的分子机制，我们开展了 Lsb1特定泛素链的SILAC-Protein-Protein Interacting研究。经过SILAC定量和严格的筛选，我们鉴定了151个高可信的Lsb1相互作用蛋白，这些蛋白主要参与氨基酸代谢、蛋白折叠、细胞离子平衡、内吞作用等重要的生物学过程。在泛素链特异性结合的底物研究中，我们用相同的筛选条件得到了共45个与泛素链结合的蛋白，这群蛋白主要与支链氨基酸合成、蛋白折叠、锌离子跨膜转运等生物学过程。在随后的表型实验中也证明泛素化的 Lsb1参与酵母支链氨基酸的合成，这与之前的功能分析吻合，也为我们深入研究Lsb1及其泛素链的生物学功能提供了参考。

目录

声明

缩略词表

1.引言

1.1泛素化系统简介

1.2 Lsb1功能以及泛素化研究进展

1.3 SILAC定量蛋白质组学与泛素链

1.4 课题研究内容和创新及意义

2.实验仪器、材料和方法

2.1 实验材料

2.2 实验仪器及试剂

2.3 方法

3. 实验结果与讨论

3.1 Ubp2参与Lsb1泛素化修饰调控

3.2 Lsb1敲除菌株和过表达菌株的构建

3.3 Lsb1的变性纯化及质谱分析

3.4 SILAC定量研究Lsb1泛素化水平

3.5 SILAC定量研究Lsb1相互作用蛋白

3.6 Lsb1特定泛素化位点的泛素链结合蛋白的筛选

3.7 Lsb1敲除和过表达菌株的表型

4. 讨论

4.1 Lsb1新的泛素化位点的发现

4.2 突变Lsb1的主要泛素化位点影响Lsb1的含量

4.3 Lsb1泛素链及其DUBs的研究

4.4 Lsb1相互作用蛋白研究

4.5 Lsb1泛素化位点上泛素链的结合蛋白筛选和表型验证

5. 结论

参考文献

7. 附录

附录1. SRM靶向检测泛素、泛素链以及Lsb1泛素化位点的含量

附录2. 潜在的Lsb1泛素链结合蛋白

个人简历

科研成果和所获荣誉

致谢

综述:K29泛素链修饰蛋白质底物及其功能研究进展