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PTM 是什么意思？

细胞需要检测变化并做出反应在内部和外部条件下。用于适应这些变化的一种方法是对蛋白质进行化学修饰。有条件的化学变化通过蛋白质的可逆翻译后修饰 (PTM) 从传感器传递到效应器。 PTM 在修饰最终表达产物方面发挥着重要作用，有助于生物过程和疾病状况，在许多细胞过程中发挥着关键作用，例如细胞分化 (1)、蛋白质降解、信号转导和d 调控过程、基因表达调控和蛋白质-蛋白质相互作用 (2,3)。

PTM 可以发生在蛋白质生命周期的任何步骤。许多蛋白质在翻译完成后不久就会被修饰，以介导正确的折叠或将新生蛋白质引导至不同的细胞位置（例如细胞核或细胞膜）。折叠和定位完成后会发生其他修饰，以激活或失活催化活性。蛋白质还与靶向蛋白质降解的标签共价连接。它们通过翻译后裂解和通过蛋白质成熟或激活的逐步机制添加官能团的组合进行修饰。

翻译后修饰发生在哪里？ PTM 发生在不同的氨基酸侧链或肽键上，并且最常由酶活性介导。事实上，5% 的蛋白质组包含发挥作用的酶。超过 200 种 PTM (4)。这些酶包括激酶、磷酸酶、转移酶和连接酶，它们在氨基酸侧链上添加或去除官能团、蛋白质、脂质或糖；以及蛋白酶，它们裂解肽键以去除特定序列或调节亚基。许多蛋白质还可以使用自催化结构域（例如自激酶和自质子分解结构域）来修饰自身。根据修饰的性质，PTM 也可以是可逆的。例如，磷酸酶水解磷酸基团，将其从蛋白质中去除并逆转其生物活性（图 1）。

图 1. 翻译后修饰 (PTM) 的类型。

质谱 (MS) 方法的最新发展已经能够识别数千个 PTM 位点。因此，新的富集策略揭示了几种类型的修饰（例如乙酰化、泛素化、O-GlNac、N-连接糖基化）的全球细胞重要性。目前已知有 200 多种不同类型的 PTM (5,6)，范围从小型化学修饰（例如磷酸化和乙酰化）到添加完整蛋白质（例如泛素化，图 3）。

蛋白质磷酸化（图 2）是最常研究的翻译后修饰。据估计，三分之一的哺乳动物蛋白质可能被磷酸化，这种修饰通常在调节蛋白质功能中发挥关键作用。磷酸化发生在丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸残基上，起到调节蛋白质功能、酶活性、蛋白质-蛋白质相互作用和蛋白质定位的作用。磷酸化由激酶催化，并且是可逆的 – phosp高酰化蛋白质可以被磷酸酶去磷酸化。

图2. 磷酸马克斯抗体（10018-3-AP，1:1500）与经 PMA 处理的小鼠 J774 巨噬细胞的 WB 结果。

大多数在核糖体上合成的蛋白质与内质网发生糖基化。这意味着糖部分的共价连接被添加到多肽链上。真核生物中两种最常见的糖基化类型是 N 连接糖基化（生成天冬酰胺）和 O 连接糖基化（生成丝氨酸和苏氨酸）。糖苷酶可纳入您的蛋白质印迹样品制备中，以鉴定糖基化的存在。

蛋白质泛素化是指在赖氨酸、半胱氨酸上添加共价泛素ne、丝氨酸、苏氨酸或直接连接至蛋白质 N 末端。泛素是一种小 (+/-8.6 kDa) 蛋白质，几乎在所有组织类型中表达（图 3）。泛素化是由三酶级联（E1、E2 和 E3）催化的酶促反应。这提供了底物特异性以及激活、缀合和连接步骤。蛋白质可以是单泛素化的（具有一个泛素分子）或多泛素化的。当额外的泛素分子添加到初始泛素分子中时，就会发生多泛素化。通过蛋白质组的泛素化可以标记蛋白质的降解。它对于细胞信号传导、膜蛋白的内化以及转录的发育和调节也很重要。

图3。 MDA-MB-453s 细胞进行 SDS PAGE，然后使用 1:600 稀释的 10201-2-AP（泛素抗体）进行蛋白质印迹。PTM 对健康和疾病的影响

蛋白质分析它们的 PTM 对于心脏病、癌症、神经退行性疾病和糖尿病的研究尤其重要 (7)。研究翻译后修饰蛋白质的主要挑战是开发特定的检测和纯化方法。幸运的是，这些技术障碍正在通过各种新的和改进的蛋白质组学技术得到克服。

参考文献：