蛋白質(zhì)翻譯后修飾之間的互作關(guān)系及其協(xié)同調(diào)控機(jī)理

陳艷梅

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院 植物抗逆高效全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193）

蛋白質(zhì)是由核糖體合成并發(fā)揮重要功能的生物大分子。蛋白質(zhì)在整個(gè)生命周期中會(huì)經(jīng)歷多種翻譯后修飾（post-translational modification,PTM），這些修飾影響蛋白質(zhì)的構(gòu)象、活性、穩(wěn)定性、定位和相互作用等［1-2］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，細(xì)胞中有約450 種不同的翻譯后修飾，而模式植物擬南芥（Arabidopsis thaliana）基因組編碼的蛋白質(zhì)中，約1 000 個(gè)蛋白質(zhì)會(huì)同時(shí)被至少兩類不同的翻譯后修飾調(diào)控［3-4］。植物細(xì)胞中常見(jiàn)的翻譯后修飾，例如，磷酸化（phosphorylation）、泛素化（ubiquitination）、類泛素化（sumoylation）、乙?；╝cetylation）、糖基化（glycosylation）、肉豆蔻?；╩yristoylation）等［1,5］。翻譯后修飾可發(fā)生在蛋白質(zhì)氨基酸的側(cè)鏈、C 端或N 末端上，它們通過(guò)修飾現(xiàn)有的官能團(tuán)或引入新的官能團(tuán)來(lái)擴(kuò)展其分子功能。翻譯后修飾和去修飾是個(gè)可逆的過(guò)程，通常由一系列特定的酶催化完成，統(tǒng)一命名為“書(shū)寫(xiě)器”（writer）和“擦除器”（eraser）［6］。例如，蛋白激酶（kinase）、泛素連接酶（ubiquitin ligase）和類泛素連接酶（SUMO ligase）具有“書(shū)寫(xiě)器”的功能;而磷酸酶（phosphatase）、泛素酶（ubiquitin protease）和類泛素酶（SUMO protease）具有“擦除器”功能。這類酶有底物特異性，可分別針對(duì)底物蛋白的特定氨基酸殘基添加和移除修飾。近年來(lái)，植物生物學(xué)研究領(lǐng)域探討得較多的翻譯后修飾有蛋白質(zhì)磷酸化、泛素化和類泛素化。磷酸化是由蛋白激酶催化磷酸基團(tuán)到底物的特定氨基酸位點(diǎn),如蘇氨酸（Ser）、絲氨酸（Thr）或酪氨酸（Tyr）殘基上來(lái)實(shí)現(xiàn)。泛素化是泛素在三類酶（包括E1 泛素激活酶、E2 泛素偶聯(lián)酶和E3 泛素連接酶）的依次催化下形成復(fù)合體，最終把泛素共價(jià)結(jié)合到靶蛋白上的過(guò)程［7］。類泛素化與泛素化相似，是類似于泛素的蛋白（small ubiquitin-like modifier，SUMO）在一系列酶的催化下共價(jià)結(jié)合到底物蛋白上的過(guò)程。

在細(xì)胞中，任意兩個(gè)或多個(gè)不同翻譯后修飾會(huì)發(fā)生串?dāng)_作用（PTM crosstalk）。翻譯后修飾之間的串?dāng)_作用有兩類分子模式：（1）不同修飾通過(guò)調(diào)控同一個(gè)底物蛋白而發(fā)生互作關(guān)系，這種模式下，有些氨基酸被修飾后會(huì)影響同一個(gè)氨基酸位點(diǎn)或者相鄰氨基酸的其他修飾，并協(xié)同調(diào)控所修飾的蛋白質(zhì)分子功能（圖1-A）；（2）多個(gè)具有“書(shū)寫(xiě)器”或者“擦除器”功能的酶依次以對(duì)方作為底物，通過(guò)添加修飾或去除修飾而改變酶活性，并形成正調(diào)控或反饋調(diào)節(jié)環(huán)而發(fā)揮功能（圖1-B）［7-9］。

圖1 “磷酸化-泛素化-類泛素化”之間的串?dāng)_調(diào)控機(jī)制Fig.1 Crosstalk and interaction among “Phosphorylationubiquitination-sumoylation”

蛋白質(zhì)翻譯后修飾之間的這種串?dāng)_作用在植物生長(zhǎng)發(fā)育和應(yīng)對(duì)外界環(huán)境脅迫時(shí)具有重要的調(diào)控功能［7,10-11］，但由于翻譯后修飾具有高度復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性等特征，導(dǎo)致解析其分子機(jī)制難度較大［12］。目前，植物細(xì)胞中關(guān)于不同翻譯后修飾之間串?dāng)_調(diào)控模式的分子機(jī)理研究還處于起步階段，本文概述磷酸化、泛素化和類泛素化三類重要的翻譯后修飾之間的協(xié)同調(diào)控機(jī)制以及它們的特征和分子功能。

1 “磷酸化與泛素化修飾”調(diào)控模塊

植物細(xì)胞中有大量基因編碼蛋白激酶［13］，磷酸酶［14］和泛素連接酶［15］，說(shuō)明磷酸化和泛素化修飾在植物生長(zhǎng)發(fā)育中的重要生物學(xué)功能，本節(jié)分4 部分討論這兩種修飾在細(xì)胞中如何發(fā)揮協(xié)同調(diào)控作用。

1.1 磷酸化介導(dǎo)的降解途徑

有些蛋白質(zhì)被磷酸化修飾后會(huì)進(jìn)一步誘導(dǎo)泛素化作用，并通過(guò)順式調(diào)控的方式引起底物蛋白降解，這個(gè)過(guò)程稱之為“磷酸化降解”（phosphodegron）［16］。這個(gè)過(guò)程通常是由底物蛋白上一個(gè)特定磷酸化基序（phospho-motif）作為泛素連接酶的錨定位點(diǎn)，當(dāng)基序被磷酸化后會(huì)誘導(dǎo)泛素連接酶與之結(jié)合，并啟動(dòng)泛素化過(guò)程介導(dǎo)的降解作用。例如，擬南芥鐵離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白IRT1（iron-regulated transporter 1）會(huì)被磷酸化降解機(jī)制調(diào)控［17］。研究發(fā)現(xiàn)，IRT1 除了轉(zhuǎn)運(yùn)鐵離子外，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)其他金屬離子濃度過(guò)高時(shí)也會(huì)轉(zhuǎn)運(yùn)外排以避免細(xì)胞損害。這種外排機(jī)制通常是由IRT1 轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白的胞質(zhì)區(qū)一段富含組氨酸的結(jié)構(gòu)結(jié)合重金屬離子，從而招募CBL（calcineurin B-like protein）互作激酶CIPK23（CBL-interacting protein kinase 23）來(lái)磷酸化附近的幾個(gè)絲氨酸和蘇氨酸殘基［17］。IRT1 磷酸化后提供一個(gè)E3 泛素連接酶IDF1（IRT1-degradation factor 1）的結(jié)合區(qū)域，IDF1 泛素化IRT1 的兩個(gè)賴氨酸位點(diǎn)，從而誘導(dǎo)IRT1 的胞吞作用并使其降解。后續(xù)研究表明，cipk23 突變后植株會(huì)大量表達(dá)IRT1 并呈現(xiàn)重金屬離子敏感表型，說(shuō)明CIPK23 介導(dǎo)的磷酸化途徑在“磷酸化-泛素化”信號(hào)通路中具有核心調(diào)控作用［17］。

E3 連接酶對(duì)底物的招募依賴于“磷酸化-去磷酸化”過(guò)程。例如，黑暗中生長(zhǎng)的植物見(jiàn)光過(guò)程中會(huì)誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子PIF3（phytochrome-interacting factor3）的多個(gè)位點(diǎn)磷酸化，并促進(jìn)PIF3-EBF1/2與SCF 核心組分結(jié)合以形成SCFEBF1/2復(fù)合體，再進(jìn)一步誘導(dǎo)PIF3 的泛素化和降解，從而調(diào)控光形態(tài)建成［18］。

磷酸化也會(huì)抑制E3 泛素連接酶和底物蛋白之間的相互作用，這個(gè)過(guò)程可稱為“磷酸化抑制的降解途徑”。該過(guò)程可被磷酸酶反轉(zhuǎn)，在磷酸酶的作用下，底物蛋白被去除磷酸化修飾后即會(huì)發(fā)生泛素化過(guò)程。ABA 和赤霉素信號(hào)通路中便涉及到這種調(diào)控機(jī)理。

1.2 磷酸化修飾在E3泛素連接酶及其與底物蛋白互作中的調(diào)控作用

E3 泛素連接酶磷酸化后可激活其與底物之間的相互作用。例如，擬南芥14-3-3 蛋白結(jié)合E3 連接酶ATL31 后會(huì)誘導(dǎo)ATL31 的C 端4 個(gè)氨基酸位點(diǎn)依次磷酸化［19］。而且，這兩個(gè)蛋白之間的互作對(duì)于ATL31 的泛素化及其誘導(dǎo)的14-3-3 蛋白質(zhì)降解具有決定作用［20］。在高碳低氮條件下，擬南芥ATL31至少有一個(gè)氨基酸殘基（如Thr209）會(huì)被CIPK 激酶磷酸化［21］。研究還發(fā)現(xiàn)，CIPK 介導(dǎo)的這種磷酸化機(jī)制會(huì)被鈣離子進(jìn)一步增強(qiáng)，表明鈣信號(hào)和碳/氮營(yíng)養(yǎng)之間存在一定的調(diào)控機(jī)制［21］。

E3 泛素連接酶的磷酸化也可以弱化其與底物之間的互作。赤霉素信號(hào)通路中3 個(gè)關(guān)鍵調(diào)控蛋白涉及到這種調(diào)控機(jī)制，包括TAGK2 激酶、E3 泛素連接酶GARU（GA receptor ring E3 ubiquitin ligase）和赤霉素受體GID1（GA insensitive dwarf1）［22］。研究發(fā)現(xiàn)，酪氨酸激酶抑制劑genistein 能影響TAGK2 激酶介導(dǎo)的GARU 蛋白的酪氨酸磷酸化，并抑制其與底物GID1 的互作［22］。此外，genistein 抑制TAGK2的活性后能顯著提高GID1 的泛素化水平，降低蛋白穩(wěn)定性，進(jìn)而降低GID1 誘導(dǎo)的DELLA 蛋白降解機(jī)制［22-23］。

1.3 E3泛素連接酶磷酸化后影響其自身的蛋白穩(wěn)定性

E3 泛素連接酶被磷酸化修飾后會(huì)影響自身的穩(wěn)定性和活性［23-24］。除了泛素化底物蛋白外，E3 泛素連接酶還有自泛素化調(diào)控機(jī)制。在擬南芥中，植物U-box（PUB）E3 泛素連接酶的磷酸化可阻止其自泛素化過(guò)程［23］。MPK3 激酶可被植物病原相關(guān)分子模式PAMPs 激活，并磷酸化負(fù)調(diào)控因子PUB22 的 U-box結(jié)構(gòu)域并降低PUB22 的二聚化過(guò)程（dimerization）。由于PUB22 可以通過(guò)形成二聚體的形式而降解，磷酸化修飾能提高PUB22 的穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上，可通過(guò)構(gòu)建模擬PUB22 磷酸化突變體以提高PUB22 的表達(dá)水平和植物的抗病毒性能［23］。因此，E3 泛素連接酶的這種負(fù)調(diào)控機(jī)制在MPK3 介導(dǎo)的免疫應(yīng)答中具有重要作用。并且，這種串?dāng)_調(diào)控機(jī)制不受底物蛋白的影響，因?yàn)閁-box 泛素連接酶的底物結(jié)合位點(diǎn)不包括U-box 結(jié)構(gòu)域［25］。

ABA 信號(hào)通路的調(diào)控因子KEG（keep on going）蛋白質(zhì)既有E3 連接酶結(jié)構(gòu)域又有激酶結(jié)構(gòu)域［26］。有趣的是，磷酸化的KEG 被ABA 刺激后會(huì)啟動(dòng)自泛素化過(guò)程并降解［27-28］。把KEG 的激酶結(jié)構(gòu)域突變后不會(huì)改變KEG 對(duì)底物蛋白的泛素化調(diào)控功能，但是ABA 處理后KEG 的降解程度會(huì)大幅度下降，暗示激酶結(jié)構(gòu)域的自磷酸化影響了KEG 的自泛素化活性。但需要強(qiáng)調(diào)的是，不排除其他激酶在這個(gè)過(guò)程中也發(fā)揮作用［28］。

1.4 蛋白激酶通過(guò)泛素化作用途徑調(diào)控植物對(duì)環(huán)境脅迫的應(yīng)答機(jī)理

多數(shù)胞外信號(hào)是通過(guò)膜定位的受體激酶向胞內(nèi)傳遞，通常情況下，受體激酶一旦被配體激活后會(huì)引起其磷酸化和泛素化修飾，進(jìn)而誘導(dǎo)受體激酶向胞內(nèi)轉(zhuǎn)移、翻轉(zhuǎn)（turn over）或降解并傳遞信號(hào)（圖1-C）。研究發(fā)現(xiàn)，鞭毛菌受體FLS2（flagellinsensitive2）［29］和油菜素內(nèi)酯受體BRI1（brassinosteroid insensitive 1）［30］兩個(gè)信號(hào)通路均被“磷酸化-泛素化修飾”的串?dāng)_模式調(diào)控。這兩個(gè)受體激酶一旦感應(yīng)到其相應(yīng)的配體時(shí)（flagellin 和BR），F(xiàn)LS2和BRI1 會(huì)分別與BAK1 激酶形成復(fù)合物并向胞內(nèi)內(nèi)吞共同激活下游通路［29-30］。重要的是，F(xiàn)LAGELLIN和油菜素內(nèi)酯（brassinosteroid，BR）信號(hào)都會(huì)磷酸化E3 泛素連接酶PUB12/13 的保守氨基酸殘基，進(jìn)而分別激活PUB12/13 與其相關(guān)的受體FLS2 和 BRI1互作，最終導(dǎo)致FLS2 和BRI1 降解。雖然FLS2 和BRI1 對(duì)泛素連接酶的招募機(jī)理不相同，但是，F(xiàn)LS2和BRI1 的磷酸化調(diào)控對(duì)于PUB12/13 介導(dǎo)的降解途徑起決定作用［29-30］。

因此，受體激酶磷酸化后會(huì)進(jìn)一步誘導(dǎo)泛素化并通過(guò)胞吞途徑向胞內(nèi)內(nèi)吞，再進(jìn)一步激活下游通路，這種調(diào)控模式下，受體激酶的磷酸化成為啟動(dòng)后續(xù)降解的標(biāo)志。除了膜定位受體激酶之外，類似的調(diào)控機(jī)制也存在于胞質(zhì)定位的受體激酶和非受體樣激酶中。例如，ABA 信號(hào)通路中，當(dāng)?shù)鞍准っ窼nRK2.3 被激活并磷酸化底物蛋白PP2-B11 后，會(huì)誘導(dǎo)PP2-B11 通過(guò)依賴于泛素化途徑的蛋白質(zhì)酶體降解，進(jìn)而調(diào)控ABA 信號(hào)通路和非生物脅迫應(yīng)答［31］。

2 “磷酸化和類泛素化修飾”調(diào)控模塊

與磷酸化相比，植物細(xì)胞中類泛素化修飾沒(méi)有那么廣泛和普遍。目前為止，細(xì)胞核蛋白的類泛素化分子機(jī)理研究得相對(duì)透徹［32］。最先報(bào)道具有“磷酸化-類泛素化”串?dāng)_調(diào)控模式的蛋白是油菜素內(nèi)酯信號(hào)通路中的核心轉(zhuǎn)錄因子CESTA［33］。研究發(fā)現(xiàn)，BR 處理植株后會(huì)導(dǎo)致CESTA 的第72 位賴氨酸（K72）被SUMO1 和SUMO1 類泛素化修飾，進(jìn)而誘導(dǎo)CESTA 核移位并激活其轉(zhuǎn)錄活性。但是，CPK 激酶能通過(guò)磷酸化CESTA 來(lái)減弱這種類泛素化過(guò)程和核移位效應(yīng)［33］。

“磷酸化-類泛素化”模塊也調(diào)控植物免疫應(yīng)答過(guò)程中水楊酸受體蛋白NPR1（nonex-presser of pr genes 1）的活性。研究證明，沒(méi)有病原菌入侵時(shí)，NPR1 第55 和59 位絲氨酸殘基的磷酸化會(huì)抑制NPR1 的類泛素化作用，并使其保持穩(wěn)態(tài)［34］。當(dāng)植物感染病原菌后，水楊酸會(huì)激活蛋白激酶SnRK2.8并磷酸化NPR1 的兩個(gè)氨基酸殘基（Ser589 和Thr373），導(dǎo)致NPR1 從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核［35］。在細(xì)胞核里，NPR1 被SUMO3 類泛素化修飾后抑制NPR1 與轉(zhuǎn)錄抑制因子的結(jié)合，游離的NPR1 能結(jié)合轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)因子并激活脅迫相關(guān)基因的表達(dá)，一旦激活免疫反應(yīng)后，依賴于磷酸化修飾的類泛素化會(huì)誘導(dǎo)NPR1 蛋白降解［34］。此外，NPR1 另外兩個(gè)絲氨酸殘基（Ser15 和 Ser11）的磷酸化過(guò)程依賴于NPR1的類泛素化修飾；反之，它們磷酸化后會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)NPR1 的類泛素化程度［34］。近期的研究報(bào)道表明，蕪菁花葉病毒（TuMV）能阻止NPR1 與SUMO3 的相互作用及類泛素化修飾，并導(dǎo)致后續(xù)在Ser11/15 位點(diǎn)的磷酸化過(guò)程不能進(jìn)行，從而抑制水楊酸介導(dǎo)的植物抗病毒信號(hào)通路［11］。

除了NPR1 以外，“磷酸化-類泛素化”模塊也調(diào)控植物免疫反應(yīng)中的其他信號(hào)分子。研究報(bào)道，在免疫應(yīng)答過(guò)程中，有多個(gè)MAPK 激酶的底物蛋白會(huì)被類泛素化修飾，包括轉(zhuǎn)錄因子WRKY、EIN3、EIL1 和組蛋白去甲基化酶HDA19 等［36］。雖然目前不明確這些蛋白是否受“磷酸化-類泛素化修飾”串?dāng)_模式所直接調(diào)控，但這些發(fā)現(xiàn)說(shuō)明植物免疫應(yīng)答通路中存在這兩種修飾的復(fù)雜調(diào)控機(jī)制。

這些研究說(shuō)明，同一類翻譯后修飾在不同氨基酸位點(diǎn)具有不同的分子調(diào)控功能（site-specific regulation）。而且，蛋白質(zhì)的多種翻譯后修飾之間的串?dāng)_調(diào)控模式會(huì)激發(fā)胞內(nèi)信號(hào)的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，包括蛋白質(zhì)的激活、翻轉(zhuǎn)等一系列過(guò)程，雖然動(dòng)態(tài)但能保持嚴(yán)謹(jǐn)又精確的調(diào)控。

3 “泛素化-類泛素化修飾”調(diào)控模塊

“泛素化和類泛素化修飾”之間可以相互拮抗或協(xié)同調(diào)控［37］。雖然這兩種修飾都涉及到E1-E2-E3信號(hào)傳遞途徑，但其分子調(diào)控模式卻不一樣，而且，泛素化和類泛素化修飾會(huì)競(jìng)爭(zhēng)同一個(gè)賴氨酸位點(diǎn)。早期的研究發(fā)現(xiàn)，在鹽脅迫時(shí)，DELLA 蛋白R(shí)GA（repressor of GA）的第65 位賴氨酸殘基（K65）類泛素化后會(huì)促進(jìn)該蛋白質(zhì)的表達(dá)［38］。該位點(diǎn)突變成精氨酸后RGA 的表達(dá)水平保持不變，進(jìn)一步的研究表明，RGA 的賴氨酸位點(diǎn)K65 由“類泛素化和泛素化”兩種修飾共同調(diào)控，并且，類泛素化修飾后能保護(hù)RGA 免受赤霉素介導(dǎo)的泛素化途徑降解。Guo等［39］發(fā)現(xiàn)類泛素化和泛素化修飾會(huì)競(jìng)爭(zhēng)蛋白激酶RACK1B 的4 個(gè)賴氨酸（Lys50,Lys276,Lys281 和Lys291），而且這4 個(gè)賴氨酸的類泛素化作用會(huì)增強(qiáng)RACK1B 對(duì)ABA 介導(dǎo)的泛素化降解作用。

盡管泛素化和類泛素化作用機(jī)制不一樣，在有些情況下，類泛素化修飾會(huì)誘導(dǎo)蛋白質(zhì)通過(guò)泛素化途徑降解。E3 類泛素連接酶STUbL 含有類泛素化結(jié)合基序（SUMO-interacting motif），能識(shí)別并與被類泛素化修飾的蛋白結(jié)合，從而誘導(dǎo)未發(fā)生修飾的賴氨酸殘基通過(guò)泛素化途徑降解［40］。蛋白質(zhì)組實(shí)驗(yàn)也證實(shí)類泛素化狀態(tài)可被泛素化改變［41］。而且，被多個(gè)類泛素化修飾的蛋白質(zhì)氨基酸側(cè)鏈也會(huì)同時(shí)被泛素化修飾［42］，這種修飾的蛋白能直接介導(dǎo)底物通過(guò)蛋白質(zhì)酶體降解［40］。使用SUMO1、SUMO2和SUMO3 作為誘餌通過(guò)酵母雙雜交實(shí)驗(yàn)研究互作也發(fā)現(xiàn)，有6 個(gè)STUbL 的同源蛋白與誘餌互作；其中，STUbL4 通過(guò)與CONSTANS 基因的轉(zhuǎn)錄抑制因子CDF2 互作來(lái)調(diào)控開(kāi)花過(guò)程［43］。進(jìn)一步的研究證明，CDF2 被SUMO1 類泛素化修飾，并且，過(guò)表達(dá)STUbL4 會(huì)降低CDF2 的表達(dá)量［43-44］。這些研究表明，植物細(xì)胞中也存在SUMO 介導(dǎo)的降解途徑。

“泛素化和類泛素化修飾”之間會(huì)相互影響對(duì)方的生物學(xué)活性。研究發(fā)現(xiàn)，植物在黑暗環(huán)境生長(zhǎng)時(shí)，E3 類泛素連接酶SIZ1 能通過(guò)類泛素化過(guò)程修飾植物光形態(tài)建成抑制因子COP1（constitutive photomorphogenic1，COP1）并增強(qiáng)COP1 的活性，使其進(jìn)一步泛素化靶基因（如HY5）從而負(fù)調(diào)控光形態(tài)建成［45］。COP1 也會(huì)反向誘導(dǎo)SIZ1 的泛素化并使其通過(guò)蛋白質(zhì)酶體途徑降解。然后，COP1-SIZ1通過(guò)“泛素化和類泛素化”的正調(diào)控與負(fù)反饋調(diào)控模式相結(jié)合發(fā)揮功能，以保障植物的光形態(tài)建成。

4 “磷酸化-泛素化-類泛素化”調(diào)控模塊

磷酸化、泛素化和類泛素化這3 種修飾可協(xié)同調(diào)控信號(hào)通路。這種調(diào)控模式最早報(bào)道于動(dòng)物細(xì)胞中，三類修飾協(xié)同調(diào)控基因毒性脅迫應(yīng)答機(jī)理并誘導(dǎo)NEMO 蛋白的激酶亞基的核定位等過(guò)程［46］。植物中也有類似的調(diào)控機(jī)理，正如我們前面描述過(guò)，磷酸化、類泛素化和泛素化修飾影響NPR1 的功能和穩(wěn)定性［34］。此外，這3 種修飾也調(diào)控光信號(hào)中PHYB-PIF 通路，研究發(fā)現(xiàn)，PHYB 蛋白的C-末端類泛素化修飾后能抑制其后續(xù)的磷酸化信號(hào)通路以及對(duì)PIF5 的泛素化修飾，從而減弱PHYB 和PIF 之間的互作［47］。然而，紅光和白光會(huì)增加PHYB 的類泛素化程度，點(diǎn)突變研究揭示 PHYB 的SUMO 化靶點(diǎn)K996 突變后會(huì)導(dǎo)致植物呈現(xiàn)紅光敏感表型，說(shuō)明該位點(diǎn)的類泛素化修飾在光信號(hào)通路中具有調(diào)控作用［47］。

這3 種修飾的共調(diào)控模式也存在于能量代謝的感受器——SnRK1 激酶的信號(hào)通路中。SnRK1 的激活依賴于T-loop 區(qū)的蘇氨酸磷酸化，該位點(diǎn)的磷酸化會(huì)誘導(dǎo)E3 類泛素連接酶SIZ1 通過(guò)類泛素化過(guò)程作用于SnRK1 的多個(gè)亞基，導(dǎo)致SnRK1 降解并抑制其下游信號(hào)的傳遞［48］。該研究說(shuō)明SnRK1 通過(guò)磷酸化過(guò)程誘導(dǎo)的類泛素化修飾和后續(xù)的降解途徑而發(fā)揮功能，并以負(fù)反饋調(diào)控的模式來(lái)減弱不良信號(hào)向下游的繼續(xù)傳遞；同時(shí)也揭示了“磷酸化、類泛素化和泛素化”這3 種修飾環(huán)環(huán)相扣的調(diào)控模式在植物應(yīng)對(duì)環(huán)境脅迫過(guò)程中的關(guān)鍵調(diào)控作用。

此外，SnRK1 通過(guò)磷酸化途徑調(diào)控硝酸還原酶的活性［49］，被磷酸化修飾后的硝酸還原酶會(huì)進(jìn)一步與14-3-3 蛋白結(jié)合而失去酶活性［50］。研究報(bào)道，SIZ1 可通過(guò)類泛素化過(guò)程增強(qiáng)硝酸還原酶的活性。也有證據(jù)表明硝酸還原酶是通過(guò)依賴于泛素化的蛋白質(zhì)酶體途徑降解［49］。這些研究進(jìn)一步說(shuō)明了“磷酸化-泛素化-類泛素化”在細(xì)胞內(nèi)瞬時(shí)而又動(dòng)態(tài)的分子作用模式。

5 結(jié)論與展望

蛋白質(zhì)信息由遺傳密碼編碼，而翻譯后修飾能使蛋白質(zhì)的分子功能更加多樣化。近年來(lái)，植物中關(guān)于翻譯后修飾的調(diào)控機(jī)理研究越來(lái)越深入，但目前的報(bào)道很少關(guān)注到不同修飾之間的聯(lián)系和相互作用。事實(shí)上，很多植物生理或代謝過(guò)程都涉及到多類修飾的共調(diào)控，不同翻譯后修飾能快速而精確地把胞外信號(hào)激活、感知、整合并傳遞到下游通路上。本文綜述了磷酸化、泛素化和類泛素化三類重要修飾的特征、協(xié)同調(diào)控機(jī)理和互作關(guān)系。這三類修飾可發(fā)生在同一個(gè)蛋白上，并且它們之間會(huì)相互影響和調(diào)控對(duì)方的功能與活性。然而，目前關(guān)于這個(gè)領(lǐng)域的研究還不夠深入，還有很多未知的分子機(jī)制有待探討，包括：（1）很多激酶或者類/泛素連接酶的底物還不明確；（2）類泛素連接酶（如E3 SUMO ligase）也有磷酸化修飾［51-52］，但關(guān)于這些磷酸化的分子功能和調(diào)控機(jī)制尚不清楚；（3）在“泛素化-類泛素化修飾”模塊中，蛋白質(zhì)酶體如何在復(fù)雜而又相似的信號(hào)模式中識(shí)別并降解底物？（4）現(xiàn)有的報(bào)道大多數(shù)集中于“書(shū)寫(xiě)器”的分子功能研究領(lǐng)域，而關(guān)于“擦除器”的基因調(diào)控功能探討較少。

質(zhì)譜技術(shù)能對(duì)多種翻譯后修飾進(jìn)行精確的定量和定性分析，并且已取得了很大成就［53-54］。但翻譯后修飾在細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)計(jì)量較低（也即被修飾的蛋白質(zhì)所占比例相對(duì)較低）；其次，翻譯后修飾在不同環(huán)境下均處于快速動(dòng)態(tài)變化的狀態(tài)（如磷酸化狀態(tài)數(shù)秒之內(nèi)就能發(fā)生改變），導(dǎo)致大規(guī)模研究分析不同修飾之間的串?dāng)_調(diào)控機(jī)理依然有很大的技術(shù)難度。未來(lái)的研究應(yīng)結(jié)合生化、遺傳、結(jié)構(gòu)生物學(xué)和單細(xì)胞生物學(xué)等多種技術(shù)手段進(jìn)行更系統(tǒng)的探索。