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Basic Scientific Research
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看到蛋白泛素化还不够:不同泛素链可能产生相反结局
探索生命空间,助力基础研究

PREFACE 00

前言

蛋白泛素化是基础科研中非常常见的一类机制。

很多文章会按照这样的逻辑展开:候选蛋白A与E3泛素连接酶B发生互作,过表达B后A的泛素化增加,A的蛋白水平下降;加入MG132后A重新积累,于是得出B通过泛素—蛋白酶体系统促进A降解的结论。

这套思路在部分研究中成立,但“泛素化增加”本身并不能直接等同于“蛋白降解增加”。

泛素可以单个连接在底物蛋白上,也可以继续彼此连接形成多聚泛素链。泛素分子自身含有多个可用于连接的位置,包括K6、K11、K27、K29、K33、K48、K63以及N端M1。不同连接方式会形成不同空间构象,并被不同泛素结合蛋白、蛋白酶体、信号复合体或细胞器运输系统识别。

K48连接链常与蛋白酶体降解有关;K63连接链更多参与信号复合体装配、DNA损伤修复、膜蛋白运输和自噬;M1线性泛素链常参与NF-κB及细胞死亡信号;K11连接链在细胞周期底物降解中具有重要作用。

同一个蛋白发生K48连接泛素化时,可能被送往蛋白酶体;发生K63连接泛素化时,可能保持蛋白稳定,却改变其互作、定位或信号活性。某些蛋白还会同时携带混合链或分支链,使泛素信号进一步复杂化。

因此,看到目标蛋白“泛素化增强”,真正需要继续回答的是:增加的是哪一种泛素链,链连接在哪些位点,由哪一个E3连接酶组装,又由哪一个去泛素化酶拆除,最终改变的是蛋白降解、稳定性、定位、复合体装配还是功能活性。

泛素化研究的创新点,往往就藏在这些问题里。

导读

一、泛素化为什么不等于蛋白降解

二、泛素链型是怎样形成的

三、K48连接链为什么常被视为蛋白酶体降解信号

四、K63连接链如何在不降解蛋白的情况下放大信号

五、K11、M1及其他非经典泛素链分别可能参与什么过程

六、同一个蛋白为什么可以被不同泛素链导向不同结局

七、怎样判断目标蛋白发生了哪一种泛素链修饰

八、怎样找到负责链型组装的E3连接酶和去泛素化酶

九、如何建立“链型—蛋白命运—细胞功能”的完整因果链

十、不同疾病方向如何切入泛素链型机制

十一、泛素化实验最容易出现哪些误区

十二、博恩生物可以提供哪些实验支持

SECTION 01

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泛素化为什么不等于蛋白降解

泛素化是将泛素分子共价连接到底物蛋白上的过程。

这套反应通常需要E1泛素激活酶、E2泛素结合酶和E3泛素连接酶共同完成。E1负责激活泛素,E2携带泛素,E3则负责识别特定底物,并决定泛素被转移到哪一个蛋白上。

底物蛋白第一次连接泛素后,可以形成单泛素化;多个不同位点分别连接单个泛素,称为多位点单泛素化;新的泛素还可以继续连接到前一个泛素上,形成多聚泛素链。

不同修饰形式对应的细胞功能并不相同。

1、单泛素化经常改变定位和运输

受体、转运蛋白和膜蛋白发生单泛素化或多位点单泛素化后,可能被内吞、重新分选或送入内体—溶酶体系统。

某些核蛋白发生单泛素化后,也可能改变染色质结合、DNA修复或转录活性。

因此,观察到目标蛋白泛素化增加,而总蛋白水平没有变化,可能意味着其位置或功能发生改变。

2、多聚泛素链具有链型差异

多聚泛素链中的每一个泛素,可以通过自身不同赖氨酸位点或N端甲硫氨酸与下一分子泛素连接。

不同连接方式会形成不同构象。

这些构象相当于不同的分子标签。细胞中的泛素结合结构域能够识别特定链型,随后募集蛋白酶体、激酶、接头蛋白、自噬受体或膜运输复合体。

所以,泛素化真正传递的信息包含多个维度:底物是谁、修饰位点在哪里、链有多长、链型是什么、是否存在分支,以及修饰发生在哪个亚细胞区域。

3、同一种链型也不一定只有一种功能

K48连接链经常推动蛋白酶体降解,但链长、分支结构、底物位置和其他修饰都可能影响其识别。

K63连接链通常被描述为非降解型信号,但它在部分膜蛋白运输、自噬和溶酶体降解过程中,同样可以参与底物清除。

因此,链型能够提示蛋白命运,却不能脱离底物和细胞环境直接得出最终结论。

SECTION 02

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泛素链型是怎样形成的

泛素链型并非随机出现,而是受到E2、E3、底物结构和去泛素化酶共同控制。

1、E2酶会影响泛素链连接方式

部分E2酶具有较明显的链型偏好。

它们与E3连接酶形成复合体后,可以促进特定泛素连接。例如,一些E2更容易延伸K48连接链,一些E2参与K63连接链组装,UBE2S则能够促进K11连接链延伸。

因此,只研究E3与底物的互作,有时仍不足以解释最终链型。E3连接酶可能负责识别和起始修饰,E2则影响后续链延伸方式。

2、E3连接酶决定底物选择和反应空间

E3连接酶通过识别底物上的降解子、磷酸化状态、构象变化或特定互作蛋白,将泛素化限制在特定蛋白和特定场景中。

同一个E3在不同E2协助下,可能组装不同链型;同一个底物也可能被多个E3连接酶修饰,分别产生不同结局。

例如,一个E3促进目标蛋白K48连接泛素化和降解,另一个E3则促进K63连接泛素化,使其更容易进入信号复合体。

因此,简单写成“某蛋白是目标蛋白的E3连接酶”仍然不够,还需说明它在什么刺激、细胞区室和链型背景下发挥作用。

3、去泛素化酶可以编辑泛素链

去泛素化酶并非只负责将所有泛素全部去除。

部分DUB具有链型选择性,可以优先切除K48、K63、M1或其他链型;一些DUB还可以修剪链长、拆除分支,或把一种泛素链编辑为另一种状态。

因此,目标蛋白稳定性增加,可能来自E3活性下降,也可能来自特定DUB过度活跃。

研究泛素化机制时,需要同时考虑“谁在加”和“谁在拆”。

4、链型还会受到底物位点和蛋白构象影响

底物蛋白可被泛素化的赖氨酸位点可能不止一个。

不同位点所处的空间位置不同,可能影响后续泛素链延伸、蛋白酶体识别、膜运输或蛋白互作。

某个赖氨酸位点突变后,泛素化下降,可能说明该位点是直接受体位点;也可能是突变改变了蛋白构象,使E3无法正常结合。

因此,位点突变结果需要与互作、定位和蛋白结构共同解释。

SECTION 03

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K48连接链为什么常被视为蛋白酶体降解信号

K48连接多聚泛素链是目前研究最充分的泛素链型之一。

当目标蛋白被组装足够长度和合适构象的K48链后,可以被泛素受体和26S蛋白酶体识别。底物被去折叠并送入蛋白酶体核心颗粒,最终被降解为短肽。

1、K48链增加通常伴随蛋白半衰期缩短

如果候选E3连接酶促进目标蛋白K48连接泛素化,常见结果包括目标蛋白水平下降、蛋白半衰期缩短,以及蛋白酶体抑制后目标蛋白重新积累。

较完整的实验应至少包括:

过表达或敲低E3后检测目标蛋白水平;环己酰亚胺追踪目标蛋白半衰期;MG132或其他蛋白酶体抑制条件下观察目标蛋白能否恢复;通过免疫沉淀检测目标蛋白的K48连接泛素链。

仅仅看到MG132恢复目标蛋白,并不能证明某个E3直接催化K48链。MG132会造成大量蛋白积累和细胞应激,需要加入E3—底物互作和链型验证。

2、K48链也会受到分支结构影响

天然泛素链并不一定是单一、均一的直链。

K48链可以与K11、K63或其他链型形成混合链和分支链。分支结构可能增强蛋白酶体识别,也可能同时承载信号和降解功能。

所以,链型特异抗体检测到K48信号,并不代表目标蛋白只携带纯K48链。

3、蛋白降解还需要满足蛋白酶体识别条件

底物带有K48链后,仍可能因为链长不足、链位置不合适、缺少可展开区域或被其他蛋白遮挡而无法高效降解。

这也是部分实验中出现“K48泛素化升高,但目标蛋白没有明显下降”的原因之一。

此时需要检查链长度、蛋白酶体结合、底物半衰期以及是否存在其他稳定化修饰。

SECTION 04

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K63连接链如何在不降解蛋白的情况下放大信号

K63连接链的构象与K48链不同,更适合作为蛋白互作和信号复合体装配的平台。

在炎症、先天免疫、DNA损伤修复、膜运输和选择性自噬中,K63链都非常常见。

1、K63链可以为激酶复合体提供装配平台

在TLR、IL-1R、TNFR及多种免疫受体信号中,TRAF家族、RIPK1、IRAK等蛋白可发生K63连接泛素化。

K63链被TAB、NEMO等含泛素结合结构域的蛋白识别后,有利于TAK1、IKK及其他激酶复合体聚集,从而激活NF-κB和MAPK通路。

在这种情况下,泛素链的作用更接近“搭建平台”。

目标蛋白并没有被迅速降解,反而因为K63链募集更多信号蛋白,使下游反应增强。

2、K63链可以改变蛋白定位

蛋白发生K63连接泛素化后,可能被重新定位到细胞膜、内体、DNA损伤位点、受损线粒体或蛋白聚集体附近。

位置改变后,蛋白能够接触新的互作伙伴和底物,功能随之发生变化。

因此,K63泛素化研究应加入亚细胞分离、共定位和膜运输检测,不能只观察总蛋白水平。

3、K63链参与DNA损伤修复

DNA发生损伤后,相关E3连接酶可以在损伤区域组装K63链,募集DNA修复蛋白并促进修复复合体形成。

此时泛素链主要控制修复蛋白到达损伤位点,而非直接推动蛋白降解。

如果研究对象涉及放疗、化疗、复制压力或基因组不稳定,可进一步观察K63链是否影响DNA修复通路选择和药物敏感性。

4、K63链可以连接自噬和溶酶体降解

受损线粒体、蛋白聚集体或膜结构可携带K63连接泛素链,被p62、OPTN、NDP52等自噬受体识别,随后送入自噬—溶酶体系统。

这说明“非蛋白酶体降解型”不等于“永远不降解”。

K63链可以不直接把底物送入蛋白酶体,却可能通过选择性自噬或膜运输参与底物清除。

SECTION 05

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K11、M1及其他非经典泛素链分别可能参与什么过程

除了K48和K63,其他泛素链型也在快速成为研究热点。

1、K11连接链与细胞周期调控

K11链常与APC/C介导的细胞周期底物降解相关。

在有丝分裂退出过程中,APC/C识别特定细胞周期蛋白和调控因子,UBE2S参与K11链延伸,促进底物降解,使细胞能够按顺序完成染色体分离和有丝分裂退出。

K11链异常可能导致细胞周期紊乱、染色体不稳定和异常增殖。

因此,在肿瘤、干细胞和组织再生研究中,K11连接泛素化是一个值得关注的机制入口。

但K11链也可能与其他链型形成分支,其功能不能全部归结为细胞周期降解。

2、M1线性泛素链与炎症及细胞死亡

M1链由一个泛素的C端连接到另一个泛素的N端甲硫氨酸,因此也称线性泛素链。

LUBAC是M1链组装的核心复合体,其主要成员包括HOIP、HOIL-1和SHARPIN。HOIP承担主要线性泛素链催化功能。

M1链能够修饰NEMO、RIPK1及其他信号蛋白,稳定受体信号复合体并调控NF-κB激活、炎症反应和细胞死亡选择。

OTULIN等DUB能够选择性切除M1链。

如果M1链组装或拆除失衡,细胞可能出现异常炎症、免疫缺陷、凋亡或坏死性凋亡。

所以,研究NF-κB、TNF信号和炎症性细胞死亡时,只检测K63链可能不够,还应考虑M1链以及两种链型之间的协作。

3、K6连接链与线粒体及DNA损伤相关过程

K6链在部分DNA损伤修复、线粒体质量控制和Parkin相关线粒体泛素化中受到关注。

其作用会随底物和细胞状态变化,部分场景中参与蛋白复合体组装或细胞器清除。

4、K27连接链与免疫信号及DNA损伤

K27链可参与先天免疫、DNA损伤反应和部分受体信号。

在不同系统中,K27链可能改变蛋白互作和信号复合体形成,相关机制仍有较多研究空间。

5、K29和K33连接链仍具有较大探索空间

K29、K33链参与膜运输、激酶调控、蛋白稳态和免疫信号的报道不断增加,但不同底物上的功能差异较大。

如果泛素组学发现这些非经典链型变化,后续应围绕具体底物、E3、DUB和功能展开,避免只根据链型名称套用固定结论。

SECTION 06

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同一个蛋白为什么可以被不同泛素链导向不同结局

一个蛋白并不只对应一种泛素链。

不同刺激、细胞类型、亚细胞位置和病程阶段,都可能改变参与修饰的E2、E3和DUB,使同一个蛋白携带不同的泛素链。

1、不同E3连接酶可以催化不同链型

目标蛋白在稳态下可能被E3-A组装K48链并持续降解;受到炎症刺激后,E3-B则在目标蛋白上组装K63链,使其进入信号复合体并增强下游反应。

此时目标蛋白的功能变化并不一定伴随总蛋白变化。

如果只做总泛素化IP,很可能把两种功能完全不同的修饰混在一起。

2、同一个E3可能在不同环境中产生不同链型

E3连接酶的链型选择会受到E2酶、蛋白复合体组成、底物构象和细胞区室影响。

所以,不能仅凭某个E3在另一篇文章中催化K48链,就推断它在当前细胞和当前底物上也一定产生K48链。

链型需要在本实验系统中直接验证。

3、不同底物位点可能承载不同功能

目标蛋白的K100位点发生K48连接泛素化时可能促进降解,K250位点发生K63连接泛素化时则可能改变膜定位。

如果只把所有赖氨酸突变为精氨酸,会同时破坏多个功能,难以解释具体机制。

更合理的方式是结合质谱筛选、结构分析和逐个位点突变,判断不同位点对链型和功能的贡献。

4、泛素链可能发生编辑

底物首先被组装K63链,随后部分泛素链被DUB修剪或被另一套酶系统转换、延伸为含K48的混合或分支链。

蛋白可能先参与信号复合体,再被导向降解。

这种“先信号、后清除”的链编辑机制,能够帮助细胞控制信号持续时间。

如果只在终点检测,可能只能看到K48链和蛋白下降,遗漏前期K63链介导的信号激活。

SECTION 07

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怎样判断目标蛋白发生了哪一种泛素链修饰

1、先优化免疫沉淀条件

常见方法是用目标蛋白抗体进行免疫沉淀,再用总泛素或链型特异抗体进行Western blot。

也可以反向用泛素或链型特异工具富集,再检测目标蛋白。

泛素化修饰容易在细胞裂解后被DUB迅速拆除,因此裂解液中通常需要加入适当的DUB抑制条件,并尽量快速、低温操作。

如果研究目标是证明目标蛋白被直接共价泛素化,建议采用变性裂解或变性后再稀释免疫沉淀,减少与目标蛋白互作的其他泛素化蛋白造成假阳性。

2、使用链型特异抗体

K48、K63和M1等链型已有相应特异性抗体。

通过目标蛋白IP后检测链型,可以判断候选处理是否改变特定泛素链。

但链型抗体需要进行特异性验证,并设置输入、IgG、敲低和链型突变等对照。抗体信号强弱也不一定能够直接代表每个底物上的链长和分支结构。

3、使用K-only和K-to-R泛素突变体

K-only泛素突变体仅保留某一个赖氨酸,其余赖氨酸突变,使系统更倾向形成特定连接链。

K48-only或K63-only可用于观察目标蛋白在特定链型背景下是否发生泛素化。

K-to-R突变体则将某一个赖氨酸改为精氨酸,用于阻断对应链型形成。

例如K48R泛素降低目标蛋白泛素化,而K63R没有明显影响,可以支持K48链参与。

但这类外源突变体会改变整个细胞的泛素网络,不能完全代表内源状态,需要结合内源链型抗体和其他方法。

4、使用TUBE类泛素链富集工具

Tandem Ubiquitin-Binding Entities能够高亲和力结合泛素链,帮助保护和富集泛素化蛋白。

链型特异TUBE可用于富集K48或K63连接泛素链,再检测目标蛋白。

这类方法通常比普通IP更适合捕获低丰度或不稳定的泛素化信号,但仍需注意链型选择性和非特异结合。

5、利用链型选择性DUB进行拆链分析

不同DUB对不同链型具有偏好。

将富集的泛素化蛋白与一组链型选择性DUB孵育,观察哪一种DUB能够消除目标信号,可以帮助判断泛素链组成。

这种方法常被用于泛素链限制性分析,可补充抗体和突变体结果。

6、质谱可以回答什么,不能回答什么

泛素化蛋白经过胰蛋白酶消化后,底物赖氨酸上可保留特征性的二甘氨酸残基。利用二甘氨酸富集质谱,可以筛选蛋白泛素化位点。

但常规二甘氨酸蛋白组更擅长回答“哪个蛋白、哪个赖氨酸发生了泛素化”,不能单独完整还原底物上泛素链的链型、长度和分支结构。

链型定量可结合针对泛素自身连接位点的质谱、靶向质谱或其他链结构分析方法。

因此,看到质谱中目标蛋白出现K-ε-GG位点,只能证明该位点发生了泛素样修饰,还需要进一步验证具体链型和功能。

SECTION 08

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怎样找到负责链型组装的E3连接酶和去泛素化酶

1、从蛋白互作入手

可以通过Co-IP、IP-MS、BioID、TurboID或其他邻近标记方法,寻找与目标蛋白结合的E3连接酶、E2酶和DUB。

候选分子需要结合细胞类型、亚细胞定位和刺激条件筛选。

如果候选E3主要位于细胞核,而目标蛋白始终定位在线粒体,两者直接作用的可能性需要谨慎判断。

2、结合表达和功能筛选

候选E3或DUB在疾病组中是否发生表达、定位或活性变化?

敲低候选E3后,目标蛋白的特定链型、总蛋白、半衰期和功能是否同步变化?

过表达野生型E3能否恢复修饰,而催化失活突变体不能恢复?

这些实验可以证明E3酶活是机制所必需的。

3、证明E3直接识别底物

Co-IP可以证明两个蛋白位于同一复合体,却不能单独证明E3直接修饰底物。

可通过GST pull-down、纯化蛋白互作、结构域截短和体外泛素化实验进一步验证。

体外泛素化体系可加入E1、特定E2、候选E3、底物和泛素,观察候选E3是否能够直接促进底物泛素化及特定链型形成。

4、研究DUB时要证明其催化依赖性

过表达DUB后目标蛋白稳定,并不一定来自直接去泛素化。

需要比较野生型DUB和催化失活突变体,观察其对链型、蛋白半衰期和功能的影响。

还需证明DUB能够与目标蛋白接触,并优先拆除所研究的链型。

5、E3和DUB可能形成动态平衡

同一个目标蛋白可同时受到E3添加和DUB拆除。

疾病状态可能没有改变E3表达,却增强了DUB活性,使目标蛋白持续稳定;也可能E3和DUB都升高,只是平衡向某一方向偏移。

因此,完整机制文章可以进一步研究E3—DUB竞争、时序变化和细胞区室差异。

SECTION 09

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如何建立“链型—蛋白命运—细胞功能”的完整因果链

泛素化文章最容易停留在“蛋白互作+IP条带变化”。

更完整的研究可以分成五层。

第一层:证明目标蛋白发生泛素化变化

通过目标蛋白IP、变性IP、总泛素检测和适当的阴性对照,证明候选处理确实改变目标蛋白泛素化。

第二层:明确泛素链型和底物位点

使用链型特异抗体、TUBE、泛素突变体、DUB拆链和质谱,判断主要链型及可能受体位点。

第三层:找到负责组装和拆除的酶

筛选E2、E3和DUB,验证互作、催化活性、结构域和链型选择性。

第四层:证明链型改变蛋白命运

如果研究K48链,应检测目标蛋白半衰期、蛋白酶体依赖性和降解。

如果研究K63或M1链,应观察信号复合体装配、蛋白定位、受体内吞、DNA损伤募集、自噬识别或下游激酶活化。

关键是根据链型提出相应功能假设,而不是所有实验都只检测总蛋白。

第五层:证明链型介导疾病功能

应使用底物泛素化位点突变体、链型缺失突变体、E3催化失活突变体或DUB回补进行功能救援。

例如,候选E3促进目标蛋白K48泛素化并抑制炎症。敲低目标蛋白可模拟E3作用;回补不能被K48泛素化的目标蛋白突变体后,E3的抗炎作用消失,才能说明该链型与疾病表型存在因果关系。

如果只是目标蛋白水平和疾病指标同时变化,仍可能存在其他底物参与。

SECTION 10

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不同疾病方向如何切入泛素链型机制

1、炎症和先天免疫

TLR、TNFR、IL-1R、RIG-I、cGAS-STING及炎症小体信号都受到泛素链调控。

K63和M1链常参与信号复合体装配,K48链则可推动部分信号蛋白降解,使炎症终止。

研究中可以关注同一个信号节点在炎症启动期和分辨期是否发生链型转换。

2、肿瘤

癌蛋白和抑癌蛋白的稳定性经常受到K48链及DUB控制。

K63、K11和其他链型还可能影响受体信号、DNA修复、细胞周期、肿瘤干性和药物耐受。

肿瘤耐药研究中,可重点观察治疗压力是否通过更换E3、DUB或泛素链型,使关键蛋白从降解状态转向稳定和激活状态。

3、纤维化

TGF-β受体、SMAD、YAP/TAZ、转录因子和ECM相关蛋白均可能受到泛素化调控。

一种链型可能促进促纤维化蛋白降解,另一种链型则促进其核转位或复合体装配。

成纤维细胞研究不能只检测目标蛋白稳定性,还应结合收缩、ECM分泌和机械记忆功能。

4、神经退行性疾病

错误折叠蛋白、受损线粒体和蛋白聚集体常被泛素链标记。

K48链可促进可溶蛋白通过蛋白酶体降解,K63链则可能参与聚集体识别、选择性自噬和线粒体质量控制。

如果降解系统堵塞,泛素化蛋白增加可能代表清除标签已经形成,却无法完成后续处理。

5、代谢性疾病

代谢酶、转录因子、胰岛素信号蛋白和脂质代谢调控蛋白都受到泛素化控制。

高糖、高脂和氧化应激可能改变E3与DUB平衡,使蛋白稳定性、定位和代谢通路发生重编程。

6、感染和抗病毒免疫

病原体蛋白可以劫持宿主E3或编码自身DUB,改变宿主免疫蛋白的泛素链。

宿主也可以通过K48链降解病原体蛋白,或通过K63、M1链激活抗病毒信号。

因此,感染研究中需要区分泛素链作用于宿主蛋白还是病原体蛋白。

7、细胞死亡

凋亡、坏死性凋亡和炎症性死亡中的受体信号复合体,常受到K63、M1和K48链动态编辑。

RIPK1等蛋白携带不同泛素链时,可能留在促存活信号复合体中,也可能转向细胞死亡复合体。

这一方向很适合研究泛素链如何充当细胞命运开关。

SECTION 11

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泛素化实验最容易出现哪些误区

1、总泛素化升高就直接写成蛋白降解

总泛素抗体无法区分单泛素化、不同多聚链和混合链。

需要结合链型、蛋白半衰期和降解途径判断。

2、MG132恢复蛋白就证明发生K48泛素化

MG132会引起广泛蛋白积累、氧化应激和信号改变。

应加入链型检测、CHX追踪和E3催化依赖性验证。

3、常规非变性Co-IP出现泛素拖尾,就认定目标蛋白被泛素化

与目标蛋白结合的其他泛素化蛋白也可能被共同沉淀。

可采用变性裂解和重新免疫沉淀降低间接结合干扰。

4、只做K48和K63,不考虑其他链型

K48和K63最常见,但细胞周期、炎症和细胞死亡中可能涉及K11、M1及其他非经典链。

应根据疾病背景和组学线索选择。

5、把K63链简单定义为“稳定蛋白”

K63链可以改变信号和定位,也可能参与内吞、溶酶体或自噬清除。

蛋白水平不变不能概括其全部功能。

6、泛素突变体表达量过高

外源Ub突变体会改变全细胞泛素池和多种底物修饰。

结果需要与内源链型抗体、TUBE和遗传验证相互支持。

7、没有加入DUB抑制和快速处理

裂解后DUB仍可能切除泛素链,导致修饰信号丢失。

裂解条件和处理速度会明显影响结果。

8、质谱找到位点,就直接认定了链型

底物上的二甘氨酸残基能够提示修饰位点,却不能单独确定泛素链连接方式。

9、赖氨酸突变后功能变化,就认定该位点是泛素化功能位点

赖氨酸也可能参与蛋白结构、其他修饰或蛋白互作。

需要验证突变体表达、定位和折叠是否正常。

10、只证明E3和底物互作,没有证明催化作用

E3可能作为接头蛋白参与复合体,却未必直接催化底物泛素化。

应加入催化失活突变体和体外泛素化验证。

11、只看蛋白水平,不看空间和复合体

非降解型泛素链最主要的作用常在定位、信号平台和蛋白互作。

如果研究K63或M1链,只检测总蛋白很容易漏掉核心机制。

12、缺少链型特异的功能救援

最终需要证明,改变特定链型或受体位点后,细胞和动物表型同步变化。

否则链型变化仍可能只是伴随现象。

SECTION 12

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博恩生物可以提供哪些实验支持

对于基础科研用户来说,泛素化研究的难点已经从“目标蛋白是否发生泛素化”,推进到“由哪种链型、哪个位点、哪套E3/DUB系统控制,并最终决定什么功能”。

博恩生物可围绕蛋白泛素化相关课题提供系统化实验支持,包括炎症、缺氧、氧化应激、高糖高脂、药物损伤、蛋白聚集、纤维化、肿瘤耐药及细胞死亡等模型构建。

在蛋白互作与泛素化检测层面,可开展Co-IP、反向Co-IP、变性免疫沉淀、GST pull-down、免疫荧光共定位、PLA、蛋白质谱及候选互作蛋白验证,判断目标蛋白与E2、E3、DUB和泛素链识别蛋白的关系。

在泛素链型检测层面,可结合总泛素、K48、K63、M1及其他链型特异抗体,开展目标蛋白IP-Western blot、链型富集、K-only/K-to-R泛素突变体、链型选择性拆链及不同刺激时间点的动态检测。

在泛素化位点和蛋白命运评价层面,可开展二甘氨酸位点筛选、赖氨酸位点突变、蛋白半衰期追踪、蛋白酶体和溶酶体抑制、亚细胞分离、膜定位、受体内吞、复合体装配及蛋白稳定性评价。

在E3和DUB机制验证层面,可开展siRNA、shRNA、过表达、CRISPR干预、野生型与催化失活突变体回补、结构域截短和功能救援,判断候选酶是否依赖催化活性和特定链型发挥作用。

在细胞功能层面,可根据具体研究方向开展炎症因子释放、免疫细胞活化、迁移、侵袭、黏附、吞噬、屏障功能、基质分泌、细胞收缩、代谢、细胞周期、DNA损伤修复和不同细胞死亡方式评价。

在动物验证阶段,可结合肿瘤、炎症免疫、纤维化、神经损伤、代谢、心肾及骨关节等动物模型,开展组织链型检测、目标蛋白定位、病理、多重免疫荧光、器官功能及体内基因或药物干预验证。

看到蛋白泛素化,还只是机制研究的起点。

K48连接链可能推动蛋白进入蛋白酶体,K63和M1链可以搭建信号平台,K11链可参与细胞周期底物降解,其他非经典链则可能调节DNA修复、膜运输、免疫和细胞器质量控制。

同一个蛋白在不同链型修饰下,可能出现稳定与降解、激活与抑制、膜定位与核转位等完全不同的结局。

真正有深度的泛素化研究,需要从总泛素化拖尾继续向前推进,明确链型、位点、E3、DUB和蛋白命运,并通过链型特异突变与功能救援证明其疾病意义。

只有这样,才能把“某蛋白发生泛素化”升级为一条完整、可验证的蛋白命运调控机制。

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