蛋白翻譯后修飾：生命活動(dòng)的精細(xì)調(diào)控者

人類基因組包含約2萬到2.5萬個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因。然而，人類體內(nèi)的蛋白質(zhì)種類卻遠(yuǎn)多于基因數(shù)量，估計(jì)在20萬到200萬之間。從基因到mRNA再到蛋白質(zhì)，多樣性的產(chǎn)生是一個(gè)多層次、多機(jī)制的過程。這些機(jī)制包括基因水平的變異（如突變、融合、重復(fù)）、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控（如選擇性剪接、轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的選擇、轉(zhuǎn)錄終止位點(diǎn)的選擇、非編碼RNA的調(diào)控）以及翻譯后修飾（如磷酸化、泛素化、乙?；⑻腔?、脂質(zhì)化、氧化修飾）。這些機(jī)制相互協(xié)作，極大地豐富了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能多樣性，從而支持了生物體的復(fù)雜生理功能和適應(yīng)能力。

一、蛋白翻譯后修飾的定義與概述

蛋白翻譯后修飾是指在蛋白質(zhì)合成后，通過共價(jià)鍵連接的方式在氨基酸殘基上添加各種化學(xué)基團(tuán)，或者對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行剪切、折疊等加工過程，從而改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性、活性、定位以及與其他分子相互作用的能力。這些修飾過程通常發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細(xì)胞器中，由一系列高度特異性的酶來催化完成。目前已知的蛋白翻譯后修飾類型繁多，包括磷酸化、泛素化、乙?；?、甲基化、糖基化、泛素樣蛋白修飾、脂質(zhì)化、氧化修飾等。每種修飾都有特殊的其生物學(xué)意義和作用機(jī)制，它們相互協(xié)作，形成了一個(gè)復(fù)雜而精細(xì)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，精確地調(diào)控著蛋白質(zhì)的功能和細(xì)胞的生理活動(dòng)。

人類蛋白質(zhì)組中PTM總覽

二、常見的蛋白翻譯后修飾類型及其功能

（一）磷酸化（Phosphorylation）

磷酸化是蛋白質(zhì)最常見的翻譯后修飾之一，主要發(fā)生在絲氨酸（Ser）、蘇氨酸（Thr）和酪氨酸（Tyr）殘基上。磷酸化修飾通常由蛋白激酶催化，通過將 ATP 分子上的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到特定的氨基酸殘基上，從而改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能。磷酸化修飾在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起著核心作用，它可以調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的活性、穩(wěn)定性、亞細(xì)胞定位以及與其他蛋白質(zhì)的相互作用。例如，在細(xì)胞生長、分化、凋亡、代謝調(diào)節(jié)等過程中，許多關(guān)鍵的信號(hào)通路依賴于蛋白質(zhì)的磷酸化修飾來傳遞和放大信號(hào)。當(dāng)細(xì)胞外信號(hào)分子（如激素、生長因子等）與細(xì)胞表面受體結(jié)合后，會(huì)激活一系列的蛋白激酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)，通過磷酸化修飾將信號(hào)從受體傳遞到細(xì)胞內(nèi)，最終導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)靶蛋白的活性改變，引發(fā)相應(yīng)的細(xì)胞反應(yīng)。此外，磷酸化修飾還參與基因表達(dá)調(diào)控，一些轉(zhuǎn)錄因子在磷酸化后能夠結(jié)合到 DNA 上，調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄活性。作為研究很廣泛的翻譯后修飾類型之一，磷酸化的檢測抗體現(xiàn)在也比較常見。

（二）泛素化（Ubiquitination）

泛素化修飾是將泛素分子共價(jià)連接到目標(biāo)蛋白質(zhì)上的過程，主要通過泛素激活酶（E1）、泛素結(jié)合酶（E2）和泛素連接酶（E3）的協(xié)同作用完成。泛素化修飾在蛋白質(zhì)降解、細(xì)胞周期調(diào)控、DNA 修復(fù)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等多個(gè)生物學(xué)過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。最典型的功能是通過多泛素鏈的形成，標(biāo)記目標(biāo)蛋白質(zhì)進(jìn)入蛋白酶體降解途徑，從而調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的水平和細(xì)胞內(nèi)的穩(wěn)態(tài)。例如，在細(xì)胞周期的各個(gè)階段，許多細(xì)胞周期蛋白通過泛素化修飾被蛋白酶體降解，確保細(xì)胞周期的正常進(jìn)行。此外，泛素化修飾還可以調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的亞細(xì)胞定位、活性以及與其他蛋白質(zhì)的相互作用，參與細(xì)胞內(nèi)多種信號(hào)通路的調(diào)控，如 NF-κB 信號(hào)通路、Wnt 信號(hào)通路等。

泛素化過程

（三）乙?；ˋcetylation）

乙?；揎椫饕l(fā)生在賴氨酸殘基上，由乙酰轉(zhuǎn)移酶催化，將乙酰輔酶 A 上的乙?；鶊F(tuán)轉(zhuǎn)移到賴氨酸殘基的氨基上。乙?；揎椩诨虮磉_(dá)調(diào)控、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)重塑、細(xì)胞代謝、蛋白質(zhì)穩(wěn)定性等方面具有重要作用。在基因表達(dá)調(diào)控中，組蛋白乙酰化是一種重要的表觀遺傳修飾方式，乙酰化修飾可以中和組蛋白的正電荷，減弱組蛋白與 DNA 的結(jié)合，使染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變得松散，從而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子和 RNA 聚合酶等轉(zhuǎn)錄相關(guān)因子與 DNA 的結(jié)合，激活基因的轉(zhuǎn)錄。除了組蛋白外，許多非組蛋白也存在乙?；揎?，這些修飾可以調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的活性、穩(wěn)定性、亞細(xì)胞定位以及與其他蛋白質(zhì)的相互作用，參與細(xì)胞內(nèi)的多種代謝過程和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。

賴氨酸乙?；?/span>

（四）糖基化（Glycosylation）

糖基化修飾是指將糖基團(tuán)連接到蛋白質(zhì)上的過程，主要分為 N - 糖基化和 O - 糖基化兩種類型。N - 糖基化修飾發(fā)生在天冬酰胺殘基上，而 O - 糖基化修飾則主要發(fā)生在絲氨酸、蘇氨酸或羥賴氨酸殘基上。糖基化修飾在蛋白質(zhì)的折疊、穩(wěn)定性、亞細(xì)胞定位、細(xì)胞間識(shí)別和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等方面發(fā)揮著重要作用。在蛋白質(zhì)折疊過程中，糖基化修飾可以分子作為伴侶，幫助蛋白質(zhì)正確折疊，防止蛋白質(zhì)聚集。糖基化修飾還可以調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性，影響蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的運(yùn)輸和亞細(xì)胞定位。在細(xì)胞間識(shí)別和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)方面，細(xì)胞表面的糖蛋白通過其糖基化修飾與細(xì)胞外的配體、受體或細(xì)胞間基質(zhì)相互作用，參與細(xì)胞 - 細(xì)胞間的粘附、免疫識(shí)別、細(xì)胞遷移等過程。例如，在免疫系統(tǒng)中，抗體的糖基化修飾可以影響其與抗原的結(jié)合親和力和免疫效應(yīng)功能。

N - 糖基化和 O - 糖基化

三、蛋白翻譯后修飾的調(diào)控機(jī)制

蛋白翻譯后修飾的調(diào)控是一個(gè)復(fù)雜的過程，涉及到多種因素的相互作用。首先，修飾酶和去修飾酶的活性是調(diào)控蛋白翻譯后修飾的關(guān)鍵因素。修飾酶和去修飾酶的表達(dá)水平、活性狀態(tài)以及它們與底物的結(jié)合親和力都會(huì)影響蛋白翻譯后修飾的程度。例如，蛋白激酶和磷酸酶的活性平衡決定了蛋白質(zhì)的磷酸化水平；乙酰轉(zhuǎn)移酶和去乙?；傅幕钚云胶鈩t決定了蛋白質(zhì)的乙?；健Ｆ浯?，細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路也會(huì)對(duì)蛋白翻譯后修飾進(jìn)行調(diào)控。細(xì)胞外的信號(hào)分子通過激活特定的信號(hào)通路，可以調(diào)節(jié)修飾酶和去修飾酶的活性，從而改變蛋白質(zhì)的翻譯后修飾狀態(tài)。例如，生長因子激活的 PI3K - Akt 信號(hào)通路可以調(diào)節(jié)蛋白激酶的活性，進(jìn)而影響蛋白質(zhì)的磷酸化修飾。此外，細(xì)胞內(nèi)的代謝狀態(tài)、氧化還原狀態(tài)等也會(huì)對(duì)蛋白翻譯后修飾產(chǎn)生影響。例如，細(xì)胞內(nèi)的能量代謝狀態(tài)可以影響乙酰輔酶 A 的水平，進(jìn)而調(diào)節(jié)乙?；揎椀某潭龋谎趸瘧?yīng)激可以誘導(dǎo)蛋白質(zhì)的氧化修飾，如酪氨酸硝化、半胱氨酸氧化等。

四、蛋白翻譯后修飾的研究方法與技術(shù)

隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，研究蛋白翻譯后修飾的方法和技術(shù)也越來越多樣化。傳統(tǒng)的研究方法包括免疫沉淀、免疫印跡、質(zhì)譜分析等。免疫沉淀和免疫印跡技術(shù)可以用于檢測特定蛋白質(zhì)的翻譯后修飾狀態(tài)，通過特性的異抗體識(shí)別和結(jié)合修飾后的蛋白質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)蛋白質(zhì)修飾的定性和定量分析。近年來，隨著蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)已成為研究蛋白翻譯后修飾的強(qiáng)大工具。通過高通量的蛋白質(zhì)組學(xué)分析，可以同時(shí)鑒定和定量分析細(xì)胞或組織中大量蛋白質(zhì)的翻譯后修飾狀態(tài)，揭示蛋白質(zhì)修飾的全局性變化和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

WB示例：

WB resuLt of Phospho-NF-kB p105/p50 (Ser337) Recombinant Rabbit mAb

Primary antibody: Phospho-NF-kB p105/p50 (Ser337) Recombinant Rabbit mAb at 1/5000 dilution
Lane 1: untreated NIH/3T3 whole cell lysate 20 µg
Lane 2: NIH/3T3 treated with 20 ng/mL TNF-alpha and 100 nM CalycuLin A for 10 minutes whole cell lysate 20 µg
Secondary antibody: Goat Anti-Rabbit IgG, (H+L), HRP conjugated at 1/10000 dilution Predicted MW: 105 kDa
Observed MW: 55 kDa

CoIP示例：

利用目的蛋白抗體富集出總蛋白之后用修飾泛抗體檢測富集后蛋白的翻譯后修飾或利用修飾泛抗體富集出修飾的所有蛋白，再用目的蛋白抗體檢測該蛋白的翻譯后修飾。

在MDA-MB-231和HEK293T細(xì)胞中進(jìn)行了內(nèi)源性和轉(zhuǎn)染質(zhì)粒后外源性免疫沉淀實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，在內(nèi)源性和外源性免疫沉淀物中，RCC2的分子量處檢測到了特定的乳?；瘲l帶（圖D，E） abs9649 免疫(共)沉淀(IP/CoIP)試劑盒（磁珠法）^[1]

參考文獻(xiàn):
[1]Luo C, Xu H, Yu Z, Liu D, Zhong D, Zhou S, Zhang B, Zhan J, Sun F. Meiotic chromatin-associated HSF5 is indispensable for pachynema progression and male fertility. Nucleic Acids Res. 2024 Sep 23;52(17):10255-10275. doi: 10.1093/nar/gkae701. PMID: 39162221; PMCID: PMC11417359.

貨號(hào)

產(chǎn)品名稱

規(guī)格