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泛素化修饰组学

产品简介

泛素化修饰（Ubiquitination）是真核生物中重要的蛋白质翻译后修饰过程。泛素（Ubiquitin）通过E1激活酶、E2结合酶和E3连接酶的级联反应，共价结合到靶蛋白的赖氨酸（Lys）残基上，形成二甘氨酸（K-GG）结构。泛素-蛋白酶体系统（UPS）是细胞内蛋白质降解的主要途径，调控细胞周期、凋亡、DNA修复、免疫应答等关键过程。泛素化异常与癌症、神经退行性疾病、代谢紊乱等密切相关，因此其研究对疾病机制解析、药物靶点筛选和精准医疗具有重要意义。

技术优势

  • 高灵敏度：可检测低丰度泛素化肽段，支持微量样本（如5×10⁸细胞、2 g组织）。

  • 无偏检测：无需预设修饰类型，支持个性化靶向分析（如特定E3连接酶底物）。

  • 高准确性：通过离子淌度分离（IM）和DIA（数据非依赖采集）技术提升位点定位精度。

  • 全面性：覆盖全蛋白组泛素化事件，揭示整体调控网络。

  • 可靠性：采用特异性抗体（如K-e-GG抗体）富集，提升富集效率。

  • 探索性：发现新泛素化位点及调控机制，支持基础研究向临床转化。

  • 平台先进：使用高精度质谱（如Orbitrap Astral、timsTOF Pro）和AI辅助分析工具。



技术路线

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应用领域

1、疾病机制与标志物开发

（1）癌症研究

案例：肝细胞癌（HCC）中的泛素化调控（Hepatology, 2025）技术：4D Ubiquitomics + 多组学整合

成果：发现TUBA1A K370去泛素化促进HCC增殖和转移，靶向AKT-USP14-TUBA1A轴提供新治疗策略。

应用：异常泛素化筛选：识别肿瘤特异性修饰（如p53 K370泛素化与稳定性）。

标志物开发：通过泛素化谱开发癌症早筛标志物（如LAG3泛素化作为免疫治疗标志物）。

（2）神经退行性疾病

案例：阿尔茨海默病（AD）中的泛素化异常（Nature, 2021）技术：泛素化组学 + ChIP-seq

成果：发现泛素化失调导致β-淀粉样蛋白聚集和神经元死亡。

应用：病理机制解析：揭示泛素化异常与蛋白聚集的关系（如Tau蛋白泛素化）。

治疗靶点筛选：开发针对DUBs（去泛素化酶）的抑制剂（如USP7抑制剂）。

2、药物研发与靶点验证

（1）靶向药物设计

案例：伏立诺他（Vorinostat）的临床应用（J Clin Oncol, 2010）技术：泛素化组学 + 药物筛选

成果：首个获批的HDAC抑制剂，靶向UPS治疗T细胞淋巴瘤。

应用：药效评估：分析药物对靶蛋白泛素化的调节（如HDAC抑制剂降低H3K9Ub）。

耐药机制研究：发现耐药突变导致的修饰位点改变（如VHL突变影响E3活性）。

（2）天然产物作用机制

案例：灵芝腺苷降脂机制（iScience, 2024）技术：泛素化/乳酸化组学 + 代谢组学

成果：发现灵芝腺苷通过调节脂肪酸代谢相关蛋白的泛素化水平降脂。

应用：药物优化：通过修饰位点指导中药成分改造（如提高黄酮类化合物活性）。

毒性预测：鉴定药物非靶向蛋白的意外修饰（如肝毒性相关蛋白）。

3、信号通路与功能调控

（1）细胞代谢调控

案例：线粒体丙酮酸载体的泛素化（Cell Metab, 2023）技术：LC-MS/MS + 代谢组学

成果：发现K275泛素化抑制MPC活性，影响葡萄糖代谢。

应用：代谢重编程：解析癌细胞代谢依赖的泛素化（如HIF-1α羟基化调控）。

药物靶点筛选：开发针对代谢酶泛素化的调控剂（如SIRT3激活剂）。

（2）表观遗传调控

案例：组蛋白泛素化与染色质重塑（Nature Genet, 2020）技术：LC-MS/MS + ChIP-seq

成果：发现H3K9Ub与异染色质形成的关键关联。

应用：基因表达调控：解析泛素化对转录因子活性的影响（如p53 K382泛素化）。

进化保守性分析：比较物种间泛素化位点的保守性（如人类与小鼠同源蛋白）。

4、农业与环境研究

（1）作物性状改良

案例：柑橘多倍体果实代谢调控（Plant Cell, 2024）技术：泛素化组学 + 转录组学

成果：发现泛素化重编程参与果实代谢调控。

应用：抗逆机制研究：解析干旱胁迫下蛋白泛素化变化（如热激蛋白泛素化）。

育种保护：筛选高产/抗病品种的关键泛素化位点（如水稻抗病蛋白泛素化）。

（2）植物光信号转导

案例：拟南芥向光性的泛素化调控（Plant Physiol, 2025）技术：泛素化修复组学 + 点突变实验

成果：发现phot1 K636泛素化调控光受体活性。

应用：光信号通路解析：揭示泛素化与磷酸化交互作用（如HDA9调控phot1活性）。

作物育种：优化光利用效率（如提高作物光合效率）。

5、工业与环境微生物

（1）工业菌株优化

案例：乳酸菌发酵中泛素化调控（Appl Environ Microbiol, 2023）技术：LC-MS/MS + 代谢组学

成果：发现泛素化增强乳酸脱氢酶稳定性，提高产酸效率。

应用：酶工程：通过泛素化位点改造提高工业酶活性（如耐高温蛋白酶）。

菌株筛选：鉴定高产菌株的关键泛素化特征（如淀粉酶泛素化位点）。

（2）环境微生物研究

案例：深海微生物降解酶的泛素化（Microbiome, 2024）技术：LC-MS/MS + 宏蛋白质组学

成果：发现脂肪酸氧化酶的泛素化增强其耐压性。

应用：极端环境适应：解析嗜热、嗜盐微生物的泛素化机制。

生物修复：筛选污染物降解菌的泛素化靶点（如石油降解酶）。