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泛素－蛋白酶体：系统性发现其底物、发掘新作用机制及其生物学意

项目名称：

义

首席科学

秦钧中国人民解放军军事医学科学院放射与辐射医学研究所

家：

起止年限：2012.1至2016.8

依托部门：总后勤部卫生部

一、关键科学问题及研究内容

拟解决的关键科学问题：

蛋白质修饰在细胞行为和个体生理活动中起着极其重要的作用，相关研究是

近年来生物医学研究的热点之一。泛素化修饰是最广泛的蛋白翻译后修饰之一，参

与了包括蛋白转运、降解、细胞信号调控等诸多细胞生物学过程。细胞内蛋白质泛

素化系统的调控和作用机制极为复杂，泛素连接酶底物的鉴定更是研究的关键点和

瓶颈。泛素化与其他翻译后修饰间的相互调控也已成为当前生命科学的研究热点。

本项目拟利用最先进的大规模泛素化蛋白的纯化和检测的策略，系统鉴定RING和

HECT两大类泛素连接酶家族的底物并加以功能确证，全面阐明泛素化系统在重大

生理病理过程中的作用，揭示泛素化与其他类型翻译后修饰间的相互作用关系，解

析泛素-蛋白酶体系统的重要蛋白质的结构，为全面推进我国泛素化研究，为重大

疾病的诊断和治疗提供理论依据。

本项目拟解决的关键科学问题包括：

1、怎样规模化鉴定泛素-蛋白酶体系统中的泛素连接酶的底物？

2、细胞泛素-蛋白酶体系统中有代表性的泛素连接酶家族（比如SCF和

SMURF家族）的底物蛋白质组是什么？

3、UPS体系中的SCF泛素连接酶家族有哪些具体的蛋白可作为肿瘤治疗的靶

点？

4、细胞中还有哪些含有全新的UBD蛋白，它们的功能是什么？

5、泛素化蛋白质组在DNA损伤修复中的变化是什么？起什么作用？是怎样被

调控的？乳腺癌抑癌蛋白BRCA1/BARD1的底物到底是什么？

6、其他的修饰，如乙酰化、类泛素化（SUMO）、糖基化，对泛素化的调控机

理和行为是什么？这些相互应答（cross-talk）对肿瘤等代谢类疾病和生殖发育的

发生发展的作用是什么？

7、泛素-蛋白酶体系统（酶、底物及其调控分子）在调控生理、病理过程中

的分子机制及分子结构的基础是什么？

主要研究内容：

1、发现E3泛素连接酶底物和全新的含有UBD蛋白的方法和各种支持泛素化

研究的蛋白质组学方法

1）利用qUBApulldown联合质谱技术大规模鉴定泛素化蛋白以及蛋白泛素

化位点；

2）改进已有的qConCAT/SILAC技术鉴定和定量技术平台，寻找E3泛素连接

酶底物组；

3）建立E3泛素连接酶—底物蛋白组的对应网络；

4）生物信息学初步归纳分析E3--底物系统的信号通路及在细胞/机体内作

用。

2、UPS系统的生理病理作用

1）发现以Smurf1、NEDL1、NEDL2为代表的HECT类泛素连接酶和SCFE3

连接酶家族的底物蛋白组，研究其在人类重大疾病，如癌症等过程中的作用；

2）定量筛选、鉴定重大疾病相关泛素化蛋白或其调控蛋白，研究其在疾病

发生、癌变中的分子机理和作为药靶的潜力；

3）对于具有较大潜在药物靶点价值的基因，构建敲入/敲除小鼠，深度研究

其生物学功能。

3、蛋白质其他翻译后修饰与泛素化的相互作用（crosstalk）研究

1）系统性分析乙酰化、类泛素化、糖基化等蛋白翻译后修饰与泛素化修饰

的相互关系；

2）对于具有特别重大意义的翻译后修饰相互作用位点进行小鼠层面上的基

因干预（修饰位点敲除/位点修饰永久化），进行更加深入的研究，讨论其在生理

病理过程中的功能。

4、UPS系统的结构生物学研究

1）采用x-ray晶体衍射/NMR技术解析具有代表性泛素化系统蛋白结构；

2）对于已知的E3-底物复合物和在本项目中新发现的E3-底物组，进行复合

物结构解析；

3）比较泛素化位点以及与其相互作用的蛋白修饰位点突变状况下，对蛋白/

蛋白复合物结构的影响，进而研究这些位点的功能。

二、预期目标

发展系统研究泛素酶体系的蛋白质组学方法，大规模鉴定E3泛素连接酶家

族