1 前言
泛素因標記被26S蛋白酶體降解的蛋白質而著名，其在真核生物中是普遍存在，具有很高的保守性的一種蛋白質。泛素化修飾即一個或多個泛素分子在一系列酶的作用下與底物蛋白質分子共價結合的翻譯后修飾過程?，F在發現，泛素的作用已不僅僅介于參與蛋白質降解的這個作用，構成泛素一蛋白酶體系統，其還參與了多種重要的細胞調控過程。近年來，隨著越來越多泛素化修飾相關的蛋白質組學數據不斷產生，對于泛素化修飾位點的研究也越來越多，主要是圍繞泛素化修飾蛋白數據庫的建立、泛素化修飾網絡的構建和分析以及泛素化修飾位點的預測。泛素化系統異?？赡苌婕凹膊〉陌l生和發展。研究顯示，泛素化途徑的更改涉及幾種疾病如癌癥和神經退行性紊亂的發病機理。本文就泛素化位點單核普酸多態性對靶蛋白的影響的研究進行綜述，從而從基因水平來展望因為單核昔酸多態性而引起的與泛素化過程有關聯的疾病的治療。
2 概述
在真核生物中，泛素（ub）為一種由76個氨基酸組成的高度保守的多膚，因其廣泛分布于從酵母到人類各類細胞而得名U1.其傳統的作用為其C端的Gly殘基與將被26S蛋白酶體降解的靶蛋白切s殘基共價結合，由Ub激活酶（E1）， Ub結合酶（E2）和Ub連接酶（E3）級聯催化而完成，該蛋白質降解途徑具有依賴ATP、高效、高度選擇性的特點.另外其還具有很多非泛素化降解功能，包括DNA損傷修復、信號轉導、轉錄調節、胞吞作用和蛋白激酶活化等目前泛素化修飾的研究成為熱點，主要體現為：
（1）泛素化修飾底物蛋白數據的收錄。隨著世界范圍內泛素化修飾相關的研究報道越來越多，泛素一蛋白酶體系統相關蛋白質數據不斷產出，對這些數據進行合理組織、儲存、呈現以及更新就顯得很有必要，這也為我們后面的研究提供了有力的數據支持，例如UbiProthUbiquitome等: （2）泛素化網絡的構建和分析。泛素化修飾網絡可被描述為參與泛素化及其后續降解過程的包括泛素、類泛素蛋白質，會發生泛素化修飾底物蛋白，關鍵酶以及蛋白酶體構成的系統。例如Venancio et al.構建的綜合性的泛素化修飾網絡: （3）泛素化修飾位點的預測。鑒于傳統的得到泛素化位點的方法是在實驗的基礎上，這種成本較高而且時間較長，鑒定出來的位點有限，因此國內外的很多學者采用生物信息學方法來研究以便獲得更多未知靶蛋白的泛素化位點，并且都取得了一定的成果，例如Chun Wei et al.開發出來的UbiPred; （4）泛素化修飾motif的研究。作為一種翻譯后修飾的方式，對其修飾motif的尋找是一個非常有意義的方向。在Gygi et al.的研究中,證實泛素化修飾位點處并不存在motif特征，但是其附近的氨基酸表達呈現出一定的趨勢，即泛素化修飾位點處傾向于呈現局部的凈負電荷。雖然現在還沒有非常理想的結果，但是該方面的嘗試還會繼續下去。
3 基于單核普酸多態性的泛素化位點的研究
單核昔酸多態性，即在基因組水平上由單個核昔酸的變異而引起的DNA序列多態性變化，具體是指在DNA序列中的單個堿基的變異。其分為2種，其中研究的最多的是會引起翻譯后的氨基酸序列發生改變的錯義突變（Non-single nucleotide polymorphisms, nsSNPs）。錯義突變是造成人類遺傳疾病的主要原因。在泛素化修飾過程中，泛素化修飾位點即靶蛋白上特定的Lys殘基顯得尤為重要，對其的了解可以擴展人們對泛素的認識，有助于對多種細胞過程的深入理解，也有助于篩選相關疾病的新靶點和新藥。近來，越來越多的研究表明nsSNPs可以間接或者直接的破壞最初的泛素化位點或者是創建新的泛素化位點。例如，人類ERCC2（LTniprot AC: P18074）如果發生K751Q的單核昔酸突變（dbSNP ID: rs13181），將會造成該處的泛素化位點的丟失，影響DNA修復的功能，造成癌癥的發生;人類SOX9（LJniprot AC: P48436）如果發生K173E的單核昔酸突變（dbSNP ID : rs104894647），該泛素化位點位于DNA連接域HMG,其的缺失將導致軀干發育異常（CD）.因此，關于造成蛋白質泛素化修飾發生改變的nsSNPs的廣泛研究有利于進一步理解遺傳多態性是如何參與調節生物途徑和過程，對疾病易感性的影響，個體之間表型的差異以及對藥物的反應。
胞內許多蛋白質的功能也是通過動態的蛋白質翻譯后修飾來調節的。蛋白質的翻譯后修飾發生異常將直接影響蛋白質功能的執行，從而引發相應的疾病產生。己有研究將蛋白質的翻譯后修飾位點與單核昔酸多態性聯系起來從基因水平上來闡述疾病的產生，從而為因nsSNPs而引起的有關聯的疾病的治療提供一個新的視角。例如己有研究將翻譯后修飾位點（例如磷酸化位點與糖基化位點）與nsSNPs聯系起來通過生物信息學方法來進行研究分析。因此，通過生物信息學的方法來研究更多泛素化位點的nsSNPs具有重要現實意義。
目前很多國內外的學者在預測與疾病相關的nsSNPs方面己經取得了一定的成果。例如Prateek Kumar et al.使用基于序列同源的算法來對氨基酸替換進行分類,其預測與疾病相關的nsSNP:的準確率達到了69%;Zhi-Qiang Ye et al.在序列的基礎上加入的結構方面的特征來進行預測,其準確率達到了82.6,還有的學者加入了功能方面或者蛋白網絡結構方面的因素.在本研究中，我們將借鑒他們的方法來研究造成蛋白質泛素化修飾發生改變的nsSNPs 。
3.1 氨基酸殘基頻率和保守性
通過前面學者的研究，證明突變前和突變后氨基酸殘基在同源蛋白序列中可觀察到的頻率差異是一個很有力的特征.差值越大，表明該nsSNPs更有可能是有害的或者與疾病相關的。同時，如果一個特定蛋白中處于一個特定位置的氨基酸殘基是保守的，表明該氨基酸殘基可能位于該蛋白的一個很重要的位置或者是功能域中，那么它的單核昔酸突變可能會造成蛋白質結構和功能的顯著改變。序列中某個位置的保守性分數被定義為在多重序列比對中這個位置的氨基酸殘基頻率分布的含量。研究顯示在多重比對中如果一個nsSNPs以很低的頻率處于一個高度保守的位置，那么很有可能是與疾病相關的?！?】
P,代表殘基類型i的頻率。保守性分數范圍從。到4.32,值越小，這個位置越保守。
3.2 氨基酸殘基的理化性質
氨基酸的理化特性對于研究蛋白質的結構和功能具有重要的作用。AAIndexlzz〕就是研究人員通過大量的實驗和理論研究確定的一些氨基酸的理化特性構成的數據庫，其包含氨基酸殘基或者是氨基酸對的各種物化和生化特性。Atchley等人在AAIndex的基礎上產生T一個關于氨基酸殘基變異高維數字模型。氨基酸殘基的這些高維屬性被總結并轉換成5個多維模型，來反映氨基酸殘基的極性、二級結構、分子體積、密碼子多樣性和靜電電荷。
3.3 蛋白質穩定性
研究表明，與疾病相關的nsSNPs例子中80%以上會造成蛋白質結構的不穩定。蛋白質穩定性依賴于折疊狀態因和展開狀態（仍時自由能的差值?！?-3】
ΔΔG為突變前面蛋白質穩定性的變化，j為突變前的氨基酸殘基，k為突變后的氨基酸殘基。一個nsSNPs如果改變了一個蛋白質的穩定性，那么很可能會造成對其功能的影響。相對的，如果一個會發生單核普酸突變的靶蛋白變得不穩定，那么其突變后構造的結構模型比起原始的結構模型的能量值將增加.因此在研究中靶蛋白的結構穩定性的前后改變差異也可以作為一個研究的方面。
3.4 溶劑可及性
蛋白質溶劑可及性是描述蛋白質疏水性的重要手段，蛋白質分子中殘基的疏水性是影響蛋白質折疊的重要物理作用，并對蛋白質的空間構象以及構象的柔性有重要的影響。因此在研究中溶劑可及性也是不可缺少的方面。一般將溶劑可及性分為三類的研究中顯示，當靶蛋白的結構可知時，加入nsSNPs處的結構特征（二級結構和溶劑可及性），與疾病相關的nsSNPs和中性的nsSNPs的在三態中的分布將出現很大的差別，可以很好的區分出來。在Zhi Qianget al.的研究中還分別計算了所有原子、整個側鏈、主鏈、非極性側鏈和極性側鏈的相對溶劑可及性。而在Nathan O. Stitziel et a1.的研究中，使用了一個新的特征，即幾何位置特征。他們將每個nsSNPs在蛋白質結構中的位置分為三類，如圖1:處于口袋或者一個空隙中（類型P）；處于凸區域或淺的凹陷區域（類型S）；在內部完全被埋沒（類型D.研究中顯示與疾病相關的nsSNPs的幾何位置更傾向于類型P和S,并且在類型I中分布最少?！緢D1】
這可能是因為埋藏在蛋白質中的氨基酸殘基不容易被分子識別，并且這些位置上的突變并不直接影響蛋白質的連接，而處于表面的氨基酸殘基更容易參與蛋白質的功育。
3.5 二級結構
蛋白質在形成立體結構時，其多膚鏈部分首先折疊成a一型螺旋（a -helix）和p一型（P -sheet）等蛋白二級結構，并由此進一步可折疊成球形或其他形狀。二級結構對整個蛋白折疊的穩定性起著非常重要的作用，進而進一步影響其功能。有文獻表明，泛素化連接酶易出現在無規則卷曲或是螺旋結構區域，而非泛素化位點沒有明顯的二級結構傾向性。在Sunyaev Set al.的研究中發現，與疾病相關nsSNPs更傾向于分布在溶劑可及性<5%或者日折疊。
3.6 序列派生信息
Jing Hu et al.在其研究中指出，如果蛋白質的結構文件得不到，那么利用結構特征的分析就是無效的，因此他們只采用了序列派生信息來進行分析。在其研究中一開始采用了686個序列派生信息，然后使用貪心算法對其進行篩選，最后得到了10個特征，分別為：包含nsSNPs的靶蛋白是否屬于HLA家族、突變氨基酸殘基頻率和野生氨基酸殘基頻率的歸一化差值、該nsSNPs位點與其最近的功能性位點之間的序列距離等。
在研究中，還有很多學者加入了Swiss-prot數據庫中標注的功能性信息。當一個nsSNPs的位置是處于一個功能性域或是功能性位點周圍，那么nsSNPs就很有可能是與疾病有關聯。泛素化位點作為翻譯后修飾位點，其作用尤為重要，泛素化修飾還與磷酸化修飾等其他修飾有關聯。
3.7 蛋白質細胞內定位
一般來講，蛋白質在合成之后并經過一定的修飾（例如泛素化、糖基化、乙酞化和磷酸化），通常會定位到細胞的某些特定的區域才會發揮其特定的功能，例如激素受體必須進入細胞膜中才能識別相應的激素；RNA和DNA聚合酶必須送到細胞核中才能參與核酸的合成。具有不同理化性質的細胞器內環境也會選擇性的容納不同的結構和表面性質的蛋白。蛋白質的亞細胞定位與其功能之間存在著十分重要的聯系。最初認為泛素化系統只能降解細胞質中的蛋白質，后來發現，泛素化修飾作用貫穿于整個細胞的質膜系統，從細胞膜、內質網到核膜等等。
3.8 功能性分析
己經有研究表明，泛素化的修飾作用已不僅僅局限于介導蛋白質的降解，還可以直接影響蛋白質的活性和定位。蛋白質修飾及降解貫穿幾乎所有細胞活動，包括基因表達、細胞增殖、分化、衰老、凋亡和自噬，也調控著個體的生長、發育和衰老。由于底物蛋白廣泛存在于細胞中，泛素化修飾調控的細胞活動主要包括細胞周期、細胞凋亡、轉錄調控、DNA損傷修復及免疫應答等。
4 問題與展望
泛素化廣泛參與翻譯后修飾以調節細胞過程，因此，泛素化系統失常將導致疾病或惡性腫瘤。通過nsSNPs對靶蛋白泛素化位點的研究將從遺傳的角度來理解和治療由泛素系統紊亂而引起的各種疾病，將具有十分重要的意義。隨著實驗鑒定出來的泛素化位點的不斷增加和因基因測序而得到的越來越多的nsSNPs,我們可以得到更多的因單核昔酸多態性而造成突變的泛素化位點，這樣我們就可以更好的預測哪些泛素化位點的突變是與疾病相關的，從而從遺傳的角度上為相關疾病的治療提供一個新的視角。
