原标题：113分Nature顶级子刊重磅综述来袭！为你详解这一国自然热门方向！ 泛素（
原标题：113分Nature顶级子刊重磅综述来袭！为你详解这一国自然热门方向！
泛素（Ubiquitin，Ub）是一种由 76 个氨基酸组成的小分子蛋白质，在进化过程中高度保守，从酵母到人，Ub 有 96%的序列同源性。泛素上的 8 个氨基酸位点，包括泛素 N 端甲硫氨酸(M1)和 7个赖氨酸（K6、K11、K27、K29、K33、K48、K63），均可以与另一个泛素分子的 C 末端结合，形成多种拓扑形式的泛素链，介导不同的生物学功能。泛素化是指泛素在一系列酶的催化作用下，共价结合到靶蛋白上的过程。
泛素化修饰，是真核生物中一种重要的蛋白质翻译后修饰，几乎参与调控细胞内所有重要的生命活动过程。近年来，随着泛素化蛋白质富集技术和质谱技术的持续不断的发展，泛素化蛋白质组学研究取得了重大进展。
2022年的国自然中标项目中，蛋白质泛素化修饰相关项目高达225项。2022年10月25日，德国歌德大学Ivan Dikic博士和马克斯·普朗克生物化学研究所的Brenda A. Schulman博士，在Nature子刊《Nature reviews molecular cell biology》（IF值为113分）上，发表题为“An expanded lexicon for the ubiquitin code”的综述性文章，详尽介绍了蛋白质泛素化修饰的研究进展和所面临的问题。下面笔者将这篇综述全文编译如下，供相关研究领域的同学参考：
泛素样蛋白（Ubiquitin-like proteins，UBL）：与泛素具有相同关键结构特征的蛋白质家族，可以与泛素等底物（I 型）偶联，或作为蛋白质结构域（II 型），存在于较大的蛋白质中。
核磁共振波谱（Nuclear magnetic resonance spectroscopy）：一种结构生物学技术，可以监测 NMR 活性核的相互作用和扰动。这种方法允许通过键和空间相互作用进行识别，以确定有机分子（包括蛋白质）的结构。
麦粒体（Myddosome）：大型细胞内信号复合物，也称为“超分子组织中心”，在识别充当信号平台的微生物后组装。
ADP-核糖（ADP-ribose，ADPR）：在核糖的醛碳和二磷酸腺苷的末端磷酸之间形成的酯，可当作翻译后修饰，附着在蛋白质上，能调节 DNA 修复过程，或者可以单独作为第二信使，例如通过激活阳离子通道。
军团病（Legionnaires’disease）：1976 年，在美国协会大会的服务员中爆发后，首次描述了一种严重的肺炎。它是由从受污染的水或土壤飞沫中，吸入的嗜肺军团菌引起的，可导致危及到生命的并发症。
基化（Isgylation）：泛素化过程，在该过程中，泛素样修饰剂干扰素刺激基因 15 (ISG15) 与底物蛋白的 Lys 残基共价结合。
单分子荧光共振能量转移（Single-molecule fluorescence resonance energy transfer）：一种在单个生物分子中，以 1-10 纳米尺度测量距离的方法，可以量化和表征结合事件、分子内转变（例如，在蛋白质折叠过程中），以及单个分子的动力学和停留时间。
目前研究者对泛素密码的理解，已经从传统的 E1、E2 和 E3 酶（使用单一类型的泛素链，修饰特定底物上的 Lys 残基），发展到更复杂的泛素化过程。
在这篇综述中，作者讨论了最近发现的内源性泛素化机制，以及之前极少研究的泛素化途径，病原体通过这一些途径，重写泛素代码，从而促进感染发生。这些过程包括非常规的泛素修饰，涉及与蛋白质、脂质和糖酯键的泛素化，或通过涉及泛素 Arg42 的磷酸核糖桥进行泛素化。
E1：E1泛素激活酶；E2：泛素偶联酶；E3：泛素连接酶；Target：靶蛋白；Ubiquitin：泛素；DUBs：去泛素化酶。图片源自于张嘉麟等：泛素化修饰及其在植物蛋白质组学中的研究进展.[J]中国农学通报. 2020,36(30):75-81.
（a）UbcH5∼Ub的开放构象与封闭构象。在两种有代表性的开放构象中，供体Ub的球状结构域（浅洋红色和粉色）基本上与E2（橙色）分离，而Ile44表面暴露在溶剂中。在封闭构象中，通过与RING E3结合而诱导，Ub（品红）通过Ile44疏水表面与E2结合。（b）RINGE3通过稳定E2∼Ub的闭合构象。RING E3s的一个特征性精氨酸残基（蓝色）通常参与了供体Ub（洋红）和E2（橙色）的连接。（c）游离Ub（棕色），可通过其Ile44表面贴片，与UbcH5的背面（橙色）结合，并变构增强由RING E3s诱导的E2∼Ub的启动作用。（d）HECTE3-E2∼Ub复合物的预转硫化状态。HECTc-叶上的活性半胱氨酸（绿色）靠近E2活性位点。在开放构象中，供体Ub（洋红色）与E2（橙色）结合，与HECTc-叶形成界面。（e）HECT-E3∼Ub复合物（PDB 4BBN）的后转导硫代化状态。在预硫化状态下，观察到的相同的Ub-HECT界面。（f）HECT-E3∼Ub∼底物复合物的硫酯氨基水解中间态。与面板d和面板e相比，HECTc瓣沿垂直于页面的轴旋转∼130◦，使活性位点靠近底物（Sna3，浅橙色；虚线表示结构无序区域），供体Ub保持在相同的位置。缩写：Arg，精氨酸；E3，E3泛素连接酶；HECT，与E6AP羧基端同源；RING，很有趣的新基因；Ub，泛素。
研究者对模块化信号转导的基础原理的理解，源自对激酶或乙酰转移酶催化结构域的研究，以及分别读取其磷酸化或乙酰化标记的基序。这种信号被比作一个“代码”，“代码”由写入酶域、目标、读取器基序和多域蛋白中的调节序列，以及执行 PTM 通路的高阶组件的排列决定。一些底层模块已被充分研究，这些底层模块，可以生成由混合和匹配的监管、编写器和读取器元素构建的人工蛋白质，从而调节 PTM 信号通路。虽然用泛素和泛素样蛋白修饰（UBLs），例如干扰素刺激基因 15（ISG15）、小泛素样修饰物（SUMO）和神经前体细胞表达的发育下调蛋白 8（NEDD8），与其他 PTM 的不同之处在于，修饰物是蛋白质，泛素UBL代码通常使用模块化信号原理来传递信号。
E3 酶（与 E2 和 E1 酶结合）起泛素编码写入器的作用。E3 酶具有底物特异性，并且在与 E1 和 E2 酶结合的多步骤机制中，可以将泛素连接到底物的一个或多个残基上。最初研究者认为，泛素可以修饰 Lys 残基，然而，最近的研究发现，蛋白质和其他大分子上的许多部分都发生了修饰。能够正常的使用泛素化的 Lys 重复此反应，以连接下一个泛素分子，由此产生泛素链。根据催化泛素化反应最后一步的 E2–E3酶复合物，泛素化的不同 Lys 残基，可以产生具有不一样连接类型的泛素链。除了都会存在于蛋白的七个 Lys 残基外，泛素还可以与氨基末端 Met发生连接。不同的泛素链（和明显修饰的泛素链）可以编码不同的细胞功能。它们具有泛素结合域的阅读器解码，这些阅读器能够区分泛素修饰，并将泛素化底物与下游信号事件联系起来，例如蛋白质降解、重新定位、多蛋白复合物的形成和酶促途径的激活。Ub，泛素。
本综述总结了泛素编码的当前研究进展，包括泛素修饰、新物质（如糖和脂质），以及细菌和病毒重新配置泛素编码，以促进感染的独特方法。此外，作者还描述了一组泛素化修饰的新结构、分子和功能发现，这些新的发现，揭示了泛素代码如何依赖多价蛋白质相互作用，从而调节细胞功能，以及它的失调如何促进发病机制。
大多数泛素化研究，都集中在与氨基的连接上，最初是在 Lys 残基上进行研究。在人类细胞中，具有超过 100,000 个泛素修饰的 Lys 残基，这似乎依赖于异肽键的固有稳定性。最近的研究发现，蛋白质的氨基末端，也具有与泛素相连的氨基。
事实上，从化学角度来看，硫酯键通常连接泛素的羧基末端，以及 E2 和 E3 酶中的活性位点 Cys，与适当放置的氨基，具有高度反应性。尽管如此，在过去的四十年里，零星的研究发现，病毒 E3 连接酶、内质网相关降解过氧化物酶体蛋白易位、细胞命运的转录调控和其他生物过程，涉及目标蛋白上 Cys、Ser 和/或 Thr 侧链的泛素修饰（方框 1）。然而，这些结论的得出，主要基于间接方法，例如泛素修饰，屈从于破坏硫酯或酯键的还原或水解化学方法，或 Cys、Ser 以及 Thr 侧链突变时泛素化的丧失。截至目前为止，研究者还不清楚如何为非 Lys 侧链建立特异性。
在过去的四年里，由于化学生物学和基因编辑技术的进步，研究者对非赖氨酸残基内源性泛素化的理解，有了很大的提高。核磁共振波谱和蛋白质组学的技术进步，允许研究者直接检测泛素和特定分子之间的酯键，而对于E3 连接酶的深度研究，研究者已经明确了指定泛素与非 Lys 部分的连接的机制。
由不同连接类型建立的泛素代码，包括线性和支链类型的多聚泛素链，以及含有泛素与泛素样蛋白 (UBLs) 混合的链，利用非赖氨酸残基连接泛素和泛素的翻译后修饰，例如，Ser 和 Thr 残基的磷酸化， Lys 残基中的乙酰化和细菌效应物的脱酰胺作用（见上图）。
尽管蛋白质组学研究表明，所有这些泛素修饰都存在于细胞中，但很少有研究者对其进行功能研究。磷酸化 Ser65 (pSer65)，可改变泛素的结构, 这可能对泛素代码有多种影响：拟磷酸化 S65E 泛素，对泛素结合域的亲和力发生改变。在酵母中，拟磷酸化S65E 泛素，优先作用于 Lys6 链和Lys11 链，而其他连接类型亲和力较低。
E2–E3酶复合物，在使用pSer65-泛素的链合成中受损。含有 pSer65-泛素的多聚泛素链，似乎更稳定，原因是去泛素化酶的活性受到阻碍。
泛素的乙酰化发生在 Lys 残基上，会干扰泛素链的形成。因此，它可能会影响由 Lys6、Lys11以及 Lys48-连接的泛素链介导的蛋白质降解，这可以将多聚泛素修饰，转向吸引不同读者的寡聚泛素化或单泛素化。事实上，在 Lys6 或Lys48 处乙酰化的泛素，不仅分别抑制 Lys6 和 Lys48 处的链延长，而且抑制未乙酰化的Lys 残基（Lys11 和 Lys63）的链延长。最近，研究者还发现在 Lys11、Lys27、Lys33、Lys48或 Lys63 处乙酰化的泛素，会损害从 E1 到泛素结合酶 E2 D1 (UBE2D1) 的转硫醇作用。
写入器、读取器和擦除器，能够直接进行翻译后修饰，通过多种方式改变它们的泛素依赖性。例如，E2 酶泛素结合酶 12 (UBC12) 的 N 乙酰化，对其与神经前体细胞表达的发育下调蛋白 8 (NEDD8) E3 连接酶的相互作用，起着至关重要的作用。E3连接酶，在 cullin neddylation 1 蛋白 (DCN1) 中存在缺陷，从而增强DCN1底物 cullin 1 (CUL1) 的内酰化。TANK 结合激酶 1 (TBK1) 和酪蛋白激酶 2 (CK2) 磷酸化自噬受体（阅读器）的泛素结合域，能增加它们对泛素的亲和力。去泛素化酶泛素特异性蛋白酶 25 (USP25) 的 Lys99 ，可以泛素化或苏木化。两种修饰都会引起不同的分子内相互作用，从而激活（泛素）或抑制（小泛素样修饰剂 ( SUMO )）USP25 的去泛素化活性。
Thr是在E3 连接酶 MYCBP2中，使用新型“RING-Cys-relay”(RCR) 催化机制的首选修饰位点。研究者发现，MYCBP2可以与类似于 E2-泛素中间体的化学探针反应。该探针能够最终靠与位于 E2 结合酶和泛素之间的亲电子试剂反应，稳定捕获 E3 催化性 Cys。蛋白质组学研究表明，当探针应用于细胞裂解物时，它与所有具有催化作用的 E3 发生反应，Cys从 E2（即 HECT 家族和 RBR 家族 E3）接收泛素。
（a）结构的表面和卡通表示，细化到1.75A。（b）串联半胱氨酸（TC）结构域及其二级结构注释。插图显示了酯化位点的特写，其中一个类似三联体的排列以C4572为中心。C4506和C4537是锌配位残基，在突变时取消ABP标记。图片源自于
（a） E3 MYCBP2 泛素化。RING–Cys–relay (RCR) 机制，取决于结合 E2–泛素的 RING 结构域，以及包含两个催化 Cys 残基的串联 Cys（TC）结构域。在 E2–E3 转硫醇和 E2 解离后，泛素通过分子内转硫醇，从 TC 结构域内的 Cys4520位点，传递到 Cys4572位点。TC 结构域还可以定位底物，促进 Thr 的酯化。（b）线性泛素组装复合物（LUBAC）介导的无支链葡萄糖泛素化。LUBAC 成分，血红素氧化 IRP2 泛素连接酶 1（HOIL1）—相互作用蛋白（HOIP）复合物，以及SHANK 相关 RH 结构域相互作用蛋白（SHARPIN），均可以与葡萄糖结合，而 HOIL1 在催化步骤中，可以泛素化葡萄糖的 C6 羟基部分。未缀合的 Met1 连接，或 Lys63 连接的泛素寡聚体，与 HOIL1 的 RING-between-RING（RBR）结构域的非共价结合，能加速催化反应。（c）DELTEX3L 对 ADP-核糖（ADPR）的泛素化。E2–DELTEX3L 环域的泛素募集，促进了定位 NAD +的构象变化，这些NAD+与 E2-泛素附近的羧基末端结构域（DTC）结合，促进 ADPR 在 Gly76 处的泛素化。Ub，泛素。
MYCBP2对丝氨酸和苏氨酸都表现出酯化活性，但由于它显示出对苏氨酸的偏好，因此只显示了这种氨基酸。TC，串联半胱氨酸结构域。图片源自于
当血红素氧化的 IRP2 泛素连接酶 1（HOIL1；也称为 RBCK1），催化此类修饰的E3连接酶，这可以轻松又有效调节泛素与氨基酸侧链的酯键合成。HOIL1 连同形成 E3 HOIL1 相互作用蛋白（HOIP）的线性泛素链，和SHANK 相关 RH 结构域相互作用蛋白（SHARPIN）相互作用，形成多功能三聚体线性泛素组装复合物（LUBAC）。HOIL1 是一种 RBR 家族 E3 连接酶，在研究者发现具备 HOIL1 活性位点突变的敲入小鼠模型，以了解 HOIL1 在免疫信号传导中的生理作用之前，其直接底物尚不清楚。来自骨髓来源的巨噬细胞裂解物的生化研究发现，HOIL1活性位点突变，缺乏一种缓慢迁移的 HOIL1 形式，这种形式在酯键化学水解后消失。蛋白质组学研究显示，野生型 HOIL1 ，可以在特定 Ser位点上泛素化。HOIL1 底物，包括Myddosome的亚基炎症调节复合物，也可以被泛素连接到含羟基氨基酸修饰，因为它们对水解酯键的化学处理敏感。
HOIL1 不仅修饰氨基酸侧链的羟基，还修饰特定糖的伯羟基（图 2b）。人类和小鼠模型中 ，HOIL1 突变疾病的显著特征表明了该位点突变与碳水化合物的联系：异常淀粉样多糖聚葡聚糖体的积累，这最终可能会引起患者死亡。体外生化重组研究之后发现 ，HOIL1可以泛素化糖原和麦芽庚糖，但不可以泛素化一些其他糖类。研究者应用核磁共振光谱，将 C6 碳上的羟基官能团鉴定为附着位点。此外，LUBAC 亚基的结合特性研究，验证了糖的泛素化调节的关键步骤：即HOIP 和 SHARPIN与直链淀粉树脂结合。该研究表明，这些亚基可以直接将 LUBAC E3 定位到泛素化糖。此外，在 HOIL1 与多聚泛素链结合后，糖泛素化水平显著增加。
研究者发现了一个不同的 E3连接酶，该链接酶将泛素的 C 末端，连接到ADP-核糖（ADPR）。研究者发现，RING E3 连接酶 DELTEX3L ，可以与 ADP-核糖基转移酶 PARP9 结合，表明这两个 PTM 之间有联系。实际上，在存在 E1、E2 和 DELTEX3L–PARP9 复合物的情况下，泛素的 C 末端，可以被 ADP 核糖基化。该反应的速率，取决于 NAD +浓度。随后的生化研究表明，单独的 DELTEX3L，包含针对 ADPR 的 E3 连接酶活性。结构研究表明 ，DELTEX3L 具有一个 ADPR 结合结构域，该结构域相对于 RING 结构域定位，以促进泛素从 RING 结合的 E2 酶，转移到 ADPR（图2c）。有必要注意一下的是，ADP-核糖基化可以阻断泛素的 C 末端，从而抑制其与其他蛋白质或大分子的E1–E2–E3酶依赖性连接，尽管这种修饰可以被去泛素化酶（DUB）逆转。鉴于 DELTEX3L与这些反应具有关联性，DELTEX3L–PARP9 复合物的确切作用，要进一步研究。DELTEX3L 与 PARP9 的相互作用，可能是将 DELTEX3L 定位到底物所必需的。事实上，被 PARP 进行 ADP 核糖基化的蛋白质，可以被募集到 DELTEX 家族 E3 中的 ADPR 结合位点，以促进体外和细胞中进行的泛素化。
研究者预计，未来的相关研究将会发现许多 E3 修饰非蛋白质分子。在这些分子中，MYCBP2是一种具有研究潜力的分子，它可以将泛素释放到甘油以及苏氨酸中。
Dtx3L/Parp9是一种同时具有E3和ADP核糖基化活性的异二聚体复合物，介导NAD+依赖的泛素单ADPRI糖基化。Dtx3L/Parp9adp-核糖基化Ub Gly76的羧基，通常用于Ub结合到蛋白质底物上。细胞因子将adp-核糖基化的Ub回收到未经修饰的形式。图片源自于
PTM“代码”不仅取决于读取器，还取决于删除修改的擦除器。以前，系统地分析 DUB 对不同键类型的活性是不可能的，因为该技术不够强大，无法生成具有与各种氨基酸连接的泛素 C 末端的可比探针。研究者利用 MYCBP2 的 RCR 结构域形成酯键的能力，克服了这一挑战。一些研究者利用化学酶促方法，制备一套泛素与苏氨酸羟基、丝氨酸羟基或半胱氨酸硫醇连接的试剂，另一些研究者通过质谱法、起始泛素结合的荧光偏振变化，或 SDS–PAGE技术，检测 DUB 活性-释放荧光 5-羧基四甲基罗丹明后的羧基四甲基罗丹明底物（很像经典的 DUB 底物泛素–7-氨基-4-甲基香豆素）。使用这一些试剂，研究者测试了 53 个重组 DUB 从各种氨基酸侧链中去除泛素的能力。
初始筛选显示，泛素特异性蛋白酶 (USP) 和泛素 C 末端水解酶 (UCH) 家族中的 DUB ，对泛素-Lys 和泛素-Thr 底物均有活性；卵巢肿瘤 (OTU) 家族中的许多蛋白，对泛素-Lys 底物具有特异性，然而，病毒 DUB 和 TRAF 结合结构域蛋白 （TRABID）除外。后两种DUB，以及所谓的 Machado-Joseph 结构域蛋白酶（MJD） 家族中的 DUB，在从 Thr位点中去除泛素方面，优于从 Lys 中去除泛素。后续研究表明，在未标记谷胱甘肽分子的背景下，具有酯酶活性的 DUB 子集，也可以从 Cys位点中去除泛素。当针对肽底物来测试时，MJD DUB 在从 Ser 侧链的伯羟基中去除泛素方面，表现出最大活性。这些固有的特异性差异，增加了这样一种可能性，即 DUB 在不一样的情况下，可能优先从羟基或硫醇中去除泛素，并且DUB 不仅从蛋白质中去除泛素，而且从脂质或糖中去除泛素。对于 MJD DUB 来说，尤其如此，因为整个家族都表现出强烈的去酯化活性，这可能是针对体内特定底物的表现。
病原体已经开发出分子策略，来颠覆、选择泛素信号，以达到它们自己的目的（即，为它们的细胞内复制创造合适的生态位）。为此，病原体分泌毒力因子，也称为致病效应子，其功能为 DUB、E3 泛素连接酶（例如新型 E3 连接酶 (NEL) 家族或 IpaH 家族），或修饰泛素和 UBL 的酶（例如 ISG15、 SUMO 和 NEDD8）。这些病原体介导的修饰，要么阻断细胞中正常的泛素功能，要么与各种底物形成独特的泛素结合。这两种情况都会改变和扩展泛素代码。细菌和病毒应用相似的原理，来影响宿主泛素和 UBL 功能，但特定细菌或病毒为此目的使用的化学物质，其范围具有多样性，这些化学物质并不总是在哺乳动物蛋白质组中发现。
蛋白质能够最终靠丝氨酸连接的磷酸二酯键进行泛素化，而不依赖于传统的E1和E2酶。图片源自于
在引起军团病的嗜肺军团菌中，可见一种独特的泛素化形式，它不同于内源性、典型泛素化。首先，该种泛素不是通过高度保守的 C 端 Gly76位点，而是通过 Arg42位点结合，这是前所未有的；其次，缀合是通过连接到底物中的 Ser 残基，而不是 Lys 残基；第三，泛素化结合在没有 ATP 和 E1、E2 和 E3 酶的情况下进行，而是仅使用一种催化整个泛素化反应的细菌酶。这种化学和机制上独特的泛素化类型，涉及底物和泛素之间的磷酸核糖桥，由 SidE 家族成员（SdeA、SdeB、SdeC 和 SidE）介导，它们充当替代 E1、E2、E3连接酶，完全独立于宿主泛素化系统。相反，SidE 蛋白通过其单 ADP 核糖基转移酶（mART）结构域和磷酸二酯酶 (PDE) 结构域，使用 NAD +作为辅助因子，用于水解反应（图 3a）。磷酸核糖泛素化蛋白和反应中间体 ADPR-泛素，都不能被宿主的 DUB 调节，也不能被宿主的泛素化机制使用。磷酸核糖化泛素组分析表明， SidE家族酶靶向作用超过 180 种结构和功能不同的底物，包括高尔基体蛋白、线粒体蛋白、细胞骨架蛋白、自噬机制成分、内质网相关和溶酶体蛋白。因此，嗜肺军团菌介导的磷酸核糖泛素化，对宿主细胞具有多效性作用。
（a）由嗜肺军团菌效应子 SdeA催化的 Ser位点泛素化。利用其单-ADP-核糖基转移酶 （mART）活性，SdeA 首先通过将 ADPR 从 NAD +转移到泛素的Arg42，来生成 ADP-核糖 (ADPR) -泛素。随后，磷酸二酯酶（PDE）结构域将 ADPR-泛素与底物上的 Ser 残基结合，生成泛素-磷酸核糖化（PR）蛋白。以这种方式修饰的底物，导致宿主细胞发生多效性变化，包括增强的内质网（ER）碎裂，以及将 ER 膜募集到含有嗜肺军团菌的囊泡。（b）cullin 的羧基末端结构域（CTD），被神经前体细胞表达的发育下调蛋白 8（NEDD8; N8）修饰，这导致构象变化，促进N8和泛素结合酶 E2 D （UBE2D）家族成员、RING 结构域和泛素之间相互作用。肠道致病性大肠杆菌（EPEC）毒力因子循环抑制因子（Cif），对 N8 在 Gln40 处的脱酰胺作用（导致转化为 Glu40），会破坏 cullin-RING 连接酶（CRL）和 N8 的相互变构调节，这些调节是CRL 酶活性所必需的。CRL 底物积累，并导致细胞周期停滞。（c）在一般的情况下，泛素通过涉及泛素 Gly76 的硫酯键，转移到 UBE2N，催化 Cys87位点的泛素化。在这种状态下，E2连接酶是活跃的，可以参与触发 NF-κB 信号传导的泛素化反应。嗜肺军团菌效应子 MavC ，充当转谷氨酰胺酶，通过 Gln40 将 Ub 连接到 UBE2N 的 Lys92 或 Lys94位点，从而使 E2 连接酶失活，并阻止其刺激 NF-κB 信号传导。高度同源的效应子 MvcA ，通过水解 MavC 产生的异肽键，来逆转反应。（d）E3 泛素连接酶环指蛋白 213 （RNF213）对脂质的泛素化。从受损的含有肠沙门氏菌的液泡（SCV）逃逸后，RNF213 是第一个攻击细胞溶质的 E3 连接酶，可以靶向细菌外膜中由脂质 A、核心糖和 O 抗原组成的脂多糖。利用非典型锌指结构域，RNF213 将泛素连接到非常靠近外细菌膜的脂质 A 的羟基。然后，RNF213充当线性泛素组装复合体（LUBAC）的停靠位点，它在预先存在的泛素分子上，构建线性泛素链（通过 Met1 连接）。组装的泛素外壳，可以被自噬受体识别，例如 p62、NDP52 和视神经磷酸酶效应蛋白 NF-κB 必需调节剂（NEMO），它们分别激活异体自噬（p62 和 NDP52）和 NF-κB 依赖的免疫信号（视神经磷酸酶）。NTD，氨基末端结构域；Ub，泛素。在c图中，蓝色 Ub，Ub 通过 Gly76 连接；红色 Ub，Ub 通过 Gln40 连接；在d图中，蓝色Ub，LUBAC附着的泛素分子；红色 Ub，RNF213 连接的泛素分子。
虽然宿主 DUB 无法消除磷酸核糖泛素化，但嗜肺军团菌会分泌调节磷酸核糖泛素化水平的因子：磷酸核糖泛素化去泛素酶 A （DupA）和 DupB（也分别称为 LaiE 和 LaiF），作为磷酸核糖-泛素特异性 DUB 。DupA 和 DupB 的去泛素化活性，是由 PDE 结构域介导的，该结构域在结构上对应 SidE 酶的 PDE 结构域，但催化相反的连接反应。可能的原因是提供给 DupA 和 DupB 的底物不同，及其动力学参数差异。尽管 SidE 酶的 PDE 结构域，不与磷酸核糖泛素化底物结合，并且对泛素具有适度的结合亲和力，但 DupA 和 DupB 对泛素和磷酸核糖泛素化肽，显示出强烈的选择性亲和力。事实上，削弱 DupA 和 DupB PDE 结构域，对磷酸核糖泛素化肽的亲和力的点突变，足以将它们转化为 SidE 型泛素连接酶。这表明通过细微的变化，病原体可以显著调整它们的效应器库。
DupA 和 DupB 似乎在感染的后期开始起作用，原因是嗜肺军团菌积极寻求调节磷酸核糖泛素化的程度，以避免持续高磷酸核糖泛素化水平的毒性作用，这一结论已在酵母和哺乳动物细胞中得到证实。嗜肺军团菌效应子 SidJ的功能，也支持这一假设，SidJ是一种谷氨酰胺酶，可使 SidE 的 ART 结构域的催化位点失活，并在删除时，能够大大减少嗜肺军团菌的细胞内复制。有趣的是，SidJ 活性取决于它与钙调蛋白（一种真核生物特异性蛋白质）的相互作用。通过这一种方式，SidJ 仅在宿主细胞中被激活，而不是在细菌中，并且它与钙调蛋白的结合，还受到宿主细胞中细胞内 Ca 2+水平的调节。
病原体靶向泛素表面或 UBL ，和泛素 、NEDD8 最接近的同源物的另一种方式，是谷氨酰胺脱酰胺作用。这种毒力策略，被类鼻疽伯克霍尔德氏菌、肠致病性大肠杆菌和嗜肺军团菌成功使用，它们分泌的效应物具有木瓜蛋白酶样水解折叠功效，能够使保守的 Gln40 脱酰胺，从而转化为 Glu40。循环抑制因子（Cif），从肠致病性大肠杆菌分泌的效应物，专对于 NEDD8。cullin-RING 连接酶 (CRL) 的 NEDD8 修饰，激活了它们的 E3 连接酶活性。然而，Cif 介导的脱酰胺作用，会抑制 CRL 泛素化的这种 NEDD8 依赖性激活。从机制上讲，NEDD8 脱酰胺不会损害 NEDD8 与 cullin 蛋白的结合，但会排除NEDD8和 cullins 之间的非共价相互作用，这种非共价相互作用，会触发构象变化并与携带泛素的酶结合（图 3b）。因此，多种 CRL 底物（例如细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂 p21 和 p27）的泛素化和降解被抑制，从而破坏宿主的细胞周期，并在 G2-M 转换或 G1-S 转换时阻止细胞生长。与 Cif 类似，类鼻疽杆菌（CHBP）中的 Cif 同系物，通过 NEDD8 的脱酰胺作用，阻断受感染细胞的细胞周期进程，但它也以类似的作用，靶向泛素化Gln40。脱酰胺泛素不能从 E2 转移到受体 Lys 49，因此导致 NF-κB 抑制剂-α（IκBα）等底物逃避蛋白酶体降解。
图为低温电子显微镜结构，代表类泛素化的CRL1β-TRCP介导的泛素从UBE2D转移到底物IκBα。
（a）低温电子显微镜密度代表类泛素化的CRL1β-TRCP-UBE-2D-~Ub-IκBα底物中间体，其中UBE-2D-~Ub被激活并与底物并列。（b）底物-支架模块将β-TRCP结合的底物连接到分子间的cullin-RBX（C/R）结构域。（c）催化模块由RBX1的典型封闭激活构象的RING-UBE2D~Ub组成，以及与底物进行泛素化的化学替代物对应的额外密度组成。（d）NEDD8和CUL1的共价连接的WHB结构域形成激活模块。图片源自于
嗜肺军团菌泛素脱酰胺循环的典型例子，是它分泌的效应子 MavC 和 MvcA，它们能强力脱酰胺泛素的 Gln40 ，而不是 NEDD8。MavC 和 MvcA 在结构上，与 Cif 和 CHBP 相似，但具有针对宿主蛋白的附加结合域。MavC 与 E2 结合酶 UBE2N（也称为 UBC13）相互作用，后者参与非降解 Lys63 多泛素链的形成。研究者发现，MavC 不但可以使 Gln40 脱酰胺，还可以催化转谷氨酰胺反应，在没有 E1 酶或 ATP 的情况下，将泛素的 Gln40 与 UBE2N 的 Lys92 或 Lys94 共价连接。由此产生的非典型 UBE2N-泛素复合物，不具有 E2 活性，并在感染细胞中积聚（图 3c）。有趣的是，与 MavC 有 50% 相同结构的 MvcA，可以充当 DUB，特异性水解泛素和 UBE2N 之间的异肽键。在感染后期，MvcA 恢复了 UBE2N 活性。如前所述，介导化学相反反应的高度同源催化结构域，似乎在细菌效应器中反复出现。
通过对哺乳动物细胞抗病原体策略的研究，研究者在宿主蛋白质组中发现了一种新型写入器。长期以来，研究者一直认为，迄今为止未鉴定的细菌膜蛋白，是泛素结合的初始靶标，这些初始标靶可以激活抗菌反应。然而，最近的一项研究之后发现，细菌脂多糖（LPS）的脂质 A 部分，是泛素化的第一个位点。LPS 是泛素修饰脂质的典型例子。这种非常规的修饰，由宿主 E3 泛素连接酶环指蛋白 213 （RNF213）催化，RNF213是 LUBAC E3 连接酶募集所必需的，它可以将 Met1 连接的泛素链，添加到预先存在的泛素部分上。在肠道沙门氏菌感染的细胞中，这些分子反过来充当自噬受体的停靠位点，自噬受体充当附着的泛素修饰的阅读器，并触发宿主的自噬反应（图 3d）。
（a）RNF213的保护和结构域组织。（b）wt和R4753K RNF213的复合低温电子显微镜图。RNF213的（c）架构，显示在正交视图（顶部行；第一个视图匹配面板b的方向），说明为带状模型使用一个基于域的颜色模式。图片源自于
ISG15的细胞内偶联可抑制分泌，而病毒去ISG化酶，包括SARSCoV-2 PLpro，增强ISG15的分泌，表明ISG15可能在与病毒感染相关的促炎反应中发挥作用。图片源自于
除了泛素化和内酰化作用之外，病毒还特异性地操纵 UBL ISG15，该基因由响应病毒感染的宿主诱导基因编码。ISG15 与宿主和病毒蛋白结合，具有抑制病毒稳定性、运输和组装的效应。此外，基化可以稳定关键的宿主抗病毒蛋白，从而增强免疫反应。而在病毒感染的后期，基化能够最终靠抑制或破坏某些宿主蛋白的稳定性，来减弱细胞免疫反应。此外，未结合的 ISG15（未连接到靶蛋白），可通过非共价蛋白相互作用，及其作为细胞因子的功能，分别调节病毒复制和宿主反应（方框 2）。
泛素和干扰素刺激基因 15（ISG15），不仅在与底物蛋白缀合时发挥其功能，而且在细胞内和细胞外，以其游离（未缀合）形式发挥作用。在细胞内，ISG15 以类似于泛素化的机制，与底物蛋白结合。I 型干扰素或病毒或细菌病原体相关分子模式，直接诱导 ISG15 的表达。虽然 ISG15 导致数百种细胞内蛋白质的 isgylation形成，但各种细胞，包括成纤维细胞、嗜中性粒细胞、单核细胞和淋巴细胞，能够最终靠非典型分泌途径，释放游离 ISG15。分泌的ISG15，作为一种细胞因子样蛋白，影响不一样的免疫细胞，并刺激干扰素的产生。白细胞功能相关抗原 1（LFA1），是细胞外 ISG15 的受体。它在自然杀伤细胞和 T 细胞上的表达，使 ISG15 自分泌信号能够驱动自然杀伤细胞和 T 细胞产生 IFNγ。乙型流感病毒通过非结构蛋白 1（NS1）隔离 ISG15 ，来阻止 ISG15 分泌，这一研究结果强调了细胞外 ISG15 在抗病毒防御中的重要性。此外，由于细胞内靶标的 isgylation ，会触发强大的免疫反应，因此许多病毒已经进化出自己的 deisgylases ，作为一种逃避免疫系统的机制。然而，通过逆转细胞内 isgylation，病毒沉默isgylases ，能加强游离 ISG15 的分泌，这有助于强烈的促炎反应。细胞外 ISG15 的促炎作用，已在细胞培养模型中得到证实。然而，当小鼠感染基孔肯雅病毒或牛痘病毒时，未结合的 ISG15负调节促炎细胞因子和趋化因子的产生。更准确地说，ISG15 的缺失，导致细胞因子产生增加，因此导致细胞因子风暴的发生，表明游离 ISG15 在体内的作用不是作为抗病毒因子，而是作为免疫调节蛋白，负向调节促炎细胞因子和趋化因子的表达。
在细胞内，游离 ISG15 结合泛素 E3 连接酶神经前体细胞表达的发育下调蛋白 4 （NEDD4），并阻止其与泛素负载的 E2 酶的相互作用。在这种情况下，NEDD4 不再能够泛素化病毒基质蛋白，这显著减少了埃博拉病毒 VP40 颗粒从细胞中的释放。游离 ISG15 还可以与胞质组蛋白脱乙酰酶 6 相互作用，后者通过聚集体自噬（聚集体自噬），参与聚集体形成和清除泛素化错误折叠蛋白。
游离细胞外的ISG15，能够最终靠促进自然杀伤细胞的肿瘤内浸润，从而诱导裸鼠肿瘤消退，具有抗肿瘤特性。在鼻咽癌细胞释放到肿瘤微环境中时，游离细胞外的ISG15具有促肿瘤发生和免疫抑制特性。还有研究发现，抗肿瘤免疫反应，取决于游离（细胞外）与结合的细胞内 ISG15 的比率。胞内蛋白（如 p53）的 Isgylation ，具有促肿瘤发生作用。肿瘤细胞能够降低细胞外 ISG15 的水平，通过与细胞蛋白结合来阻断其分泌。
与 ISG15 相比，研究者对游离泛素和多聚泛素知之甚少，后者被认为在细胞内具有毒性，因为它会干扰关键的泛素依赖性过程，例如多泛素化蛋白的蛋白酶体降解。因此，有研究者提出假设，非共轭多聚泛素被去泛素化酶快速降解。尽管如此，一些研究表明，游离泛素链，可能在免疫信号传导中发挥作用。例如，某些 E2–E3 对，例如含有三联基序的蛋白 6 （TRIM6）和泛素结合酶 E2 K（UBE2K），可以从头生成 Lys48 连接的泛素链，与 NF-κB 激酶抑制剂相互作用，完全干扰素-IKKε 介导的抗病毒反应的亚基-ε（IKKε）。此外，研究者还发现，未结合的 Lys63 连接链，在抗病毒先天免疫中充当内源性信号分子。未结合的 Lys63 连接链作用于视黄酸诱导基因 I 蛋白（RIG-I）受体的串联半胱天冬酶募集域（CARD），RIG-I 受体可作为入侵病毒 RNA 的检测器，激活 NF-κB 通路。
为了逃避泛素介导和 ISG15 介导的抗病毒反应，病毒采用了不同的策略，包括通过隔离人巨细胞病毒的信号转导和转录激活因子 2（STAT2），来减少 ISG15 转录。乙型流感病毒能抑制 ISG15 结合 , 导致isgylated和宿主蛋白的螯合，上述过程受阻，会阻碍乙型流感病毒的病毒 RNA 合成。此外，乙型流感病毒感染的宿主细胞，会分泌使 ISG15 与目标蛋白分离的酶。在冠状病毒、猪繁殖与呼吸综合征病毒和马动脉炎病毒感染中，感染细胞会分泌含有 OTU 的蛋白酶。来自口蹄疫病毒的前导蛋白酶（Lbpro） ，甚至可以通过切割 C 末端二甘氨酸基序之前的肽键，使 Gly-Gly 二肽附着在底物上，因此导致ISG15的不可逆地灭活 。
严重急性呼吸系统综合症冠状病毒 2（SARS-CoV-2），是持续发生的 COVID-19 大流行的原因，其近亲中东呼吸系统综合症冠状病毒和 SARS-CoV ，能够分离多达三种不同的 UBL：泛素、NEDD8 和 ISG15。COVID-19 大流行期间的深入研究表明，SARS-CoV 和 SARS-CoV-2 的木瓜蛋白酶样蛋白酶 (PL(pro)) ，在切割泛素、NEDD8 和 ISG15 方面，具有显著不同的特异性。尽管这些酶几乎相同，但每种病原体都发生了微妙的变化，这些变化非常难以预测，进而影响了它们的特异性，改变 UBL 代码，并以不同的方式，使宿主的免疫系统失效。SARS-CoV 优先切割 Lys48 泛素化底物，SARS-CoV-2 PL(pro) 优先切割 ISG15 偶联底物，而不是泛素化底物。这些差异，可能有助于细胞对病毒攻击的反应，并可能与治疗策略的开发和抗 COVID-19 药物设计有关。2021 年流行的几种SARS-CoV-2 变体携带的突变，突变影响了感知泛素和 ISG15 的酶区域，并与原始变体相比，增强了 Lys48-泛素链裂解功能。
此外，PL(pro) 的去甲基化作用，会产生游离的 ISG15，从而增强 ISG15 的分泌和细胞外信号传导功能。这反过来，又促进了免疫系统细胞产生促炎细胞因子，这在OVID-19 患者中，导致了严重的破坏性细胞因子风暴。这些发现共同强调，病原体是如何改变宿主的泛素代码，以及进一步探索由病原体重新连接的泛素代码编码的细胞功能的必要性。
（a）泛素可当作单个亚基（单泛素化或多泛素化）或以聚合泛素链的形式附着在底物上。同型链包含一个单链，而具有多个链的异型偶联物可以是混合的，也可以是分支的。（b）泛素依赖信号传导的基本参与者是E3连接酶（写入器），它将泛素转移到特定的底物上；泛素结合效应子（阅读器），将泛素修饰与下游信号事件结合；以及去泛素化酶（擦除器），它将泛素分离蛋白质。图片源自于
（A）26S蛋白酶体的低温电子显微镜重建显示了基部（左上）和盖子（右上）亚复合物，以及它们整合到CP顶部的RP中（下图）。DUBRpn11（绿色）与粉红色显示的组件（Rpn3、Rpn5、Rpn6、Rpn7、Rpn8、Rpn9、Rpn12和Sem1）一起形成盖子亚复合体（右上），而其余的RP组件Rpn1（米色）、Rpn2（米色）、Rpn10（靛蓝）、Rpn13（浅蓝色）和Rpt1-Rpt6（黄色）来自基底亚复合体（左上）。（B）来自底物参与的蛋白酶体的低温电子显微镜重建（EMDB：9045；PDB：6EF3）。CP的中空降解室在与a-环的横截面上很明显，并分别呈现出深灰色和浅灰色。在RP处，一个底物（红色）延伸穿过atp酶环的中心通道（黄色），并有一个附着的泛素（橙色）与DUBRpn11（绿色）结合。省略了Rpt5和两个a-亚基（a6和a7）的密度图，以显示ATPase环和CP入口内的底物。（C）CP：RP界面的缎带图，描绘了a环（灰色），Rpt1-6的c端小AAA+子域（从红色到绿色），以及底物处理通道中心的底物（红色）。Rpts的c端HbYX基序连接到CPa环的亚基间空腔中被圈起来（蓝色）。图片源自于doi:10.1111/febs.15638
当研究者试图观察 26S 蛋白酶体的作用时，一个主要挑战，是泛素化底物的处理速度太快，无法通过现有的结构方法观察到。几个研究小组设计了最佳的泛素化底物，并以多种方式抑制蛋白酶体，最终克服了这一挑战。研究者合成了蛋白酶体复合物，其底物多肽通过26S 蛋白酶体，穿入蛋白水解室，直到底物不能被进一步拉动，是因为底物多肽被其连接的泛素，牢固地结合到失活的 DUB Rpn11 上。将这些与底物结合的 26S 蛋白酶体复合物，置于冷冻电镜下，可观察到子复合物同心排列，底物从其连接到 Rpn11 结合泛素的直接路径，穿过 AAA ATP 酶的中心，并进入催化降解的蛋白水解室，从而获得了多种构象结构。这解释了19S 调节颗粒中的受体如何结合泛素，以及异六聚体 AAA ATP 酶中的各个亚基如何结合底物，并以协调的方式移动，将它们拉过AAA ATP 酶中心。
但是泛素的作用是什么？尽管用于结构研究的底物，具有长聚泛素链，但研究者只能看到与底物直接相连的近端泛素。链中的泛素可以与调节颗粒中的多个受体动态相互作用。此外，生化和单分子荧光共振能量转移研究, 揭示了泛素的进一步复杂调节，包括影响功能不同的 26S 蛋白酶体构象之间的转换速率。泛素似乎主要影响底物结合和捕获，部分是通过变构调节，最终促进泛素化底物进入 AAA-ATPase酶中心，并被其捕获（图 4a）。
（a）“阅读器”识别多种泛素化底物，典型的例子为26S 蛋白酶体。Lys48 连接的多泛素链标记蛋白，被泛素受体（RPN1、RPN10 和 RPN13）识别，这些受体是蛋白酶体碱基亚复合体的一部分。泛素和泛素受体的泛素结合域之间的相互作用，能调节蛋白酶体构象，激活底物的展开、去泛素化和降解。（b）多个下游机器识别泛素化底物组蛋白 H2B。连接到 H2B Lys120 的泛素，可以灵活地采用不一样的位置，来结合各种染色质修饰甲基转移酶。泛素的定位，与甲基转移酶在核小体上的额外结合位点相结合，可以激活特定 Lys 残基的甲基化。DOT1L 和 SET2 以顺式方式，分别靶向作用组蛋白 H3 的两个不同 Lys 残基 Lys 79 (H3K79) 和 H3K36，而 MLL1-包括与 Set1 (COMPASS) 相关的蛋白质复合物，以反式甲基化 H3K4 。（c）各种携带泛素的酶识别内酰基化 cullin-RING 连接酶 (CRL) 的不同模式。神经前体细胞表达的发育下调蛋白 8（NEDD8；N8），可以变构调节它修饰的 cullin 的构象，反之亦然。cullin 可以影响 N8 在复合体中的定位。综上所述，不同的阅读器，甚至是同源阅读器（ARIH1 和ARIH2），可以在不同的 CRL 中被明确地容纳。CP，核心粒子；CTD，羧基末端结构域；H2BK120ub，Lys120-泛素化组蛋白 H2B；H4，组蛋白 H4；NTD，氨基末端结构域；Ub，泛素；UBE2D，泛素结合酶 E2 D。
在降解之前，许多泛素化蛋白质（例如，嵌入膜或复合物中的蛋白质），必须首先被解折叠酶 Cdc48（人类中的 p97）提取。Cdc48 是一种同源六聚体 AAA ATP 酶，它与几个可互换的多结构域辅因子结合，进而结合底物和调节剂。Cdc48 通过其中央 AAA-ATP 酶孔，调节辅因子募集底物的展开，从而开启不同的 26S 蛋白酶体 AAA ATP 酶介导的展开过程。
(a)人类p97的域架构。在此尽可能使用单个域的颜色代码。列出了D1和D2结构域中的孔隙环残基。
(b)样品制备程序。在4°C下执行的步骤用蓝色的方框表示。在室温下执行的步骤用红色的方框表示。(c)(d)人类p97参与易位肽的低温电子显微镜图和模型。地图和模型是对齐的。轮廓级别：未锐化地图，0.015；锐化地图，0.035。打开状态（c）和关闭状态（d）。
(e)显示D1和D2环分别在开放和封闭状态下的排列图。ATP酶环沿中心孔投射。
(f)D1和D2环中压缩的ATP结合位点的放大视图。将非易位结构中相应的ATPγS结合位点作比较。图片源自于
Npl4–Ufd1 辅助因子复合物，在进化上是保守的。酵母蛋白复合物的最新结构研究表明， Npl4–Ufd1 可以招募标有 Lys48 连接的多泛素链的底物。Npl4–Ufd1 通过 Lys48 连接，从而结合三个泛素。一个额外的泛素结合域，准备结合另一个远端连接的泛素，尽管最后一个泛素在低温 EM 中不可见。对这种现象，一种可能的解释是，第四个泛素结合位点可能会在链的远端互换地捕获各种泛素，因此导致构象异质性，从而无法通过低温 EM 进行观察。应用冷冻电镜，在人 p97–NPL4–UFD1中，未观察到与底物相连的泛素链，表明p97–NPL4–UFD1也是一种构象动态复合物。
（A）对p97-Ufd1-Npl4三维重建中不同结构域的定位，其中Ufd1-Npl4通过两个结合位点，与p97相互作用。（B）对p97-Ufd1-Npl4三维重建中不同结构域的定位，其中Ufd1-Npl4通过单个结合位点与p97相互作用。在这两种情况下，第一和第二张图像（分别为顶部和侧视图）显示了p97的晶体结构和从交联的Ufd1-Npl4（粉红色）获得的阴性染色重建到p97-Ufd1-Npl4的3D重建。第三和第四幅图像（分别是侧视图和俯视图）根据下面的序列表示按域着色。（比例尺：20 A.）图片源自于
低温 EM技术的应用，使出芽酵母 Cdc48 在展开泛素化底物的过程变得可视化。利用模型底物，捕获其他动态过程，并通过突变或使用各种核苷酸类似物抑制 AAA-ATPase 酶中心，使结构可视化成为可能。有必要注意一下的是，Lys48 链中相对近端的泛素，本身是展开的。考虑到泛素是一种很稳定的蛋白质，可以从细胞裂解物中纯化，即使在煮沸裂解物后，也能正确地重新折叠。但是，Npl4 中的凹槽，能结合未折叠的泛素。这些结构研究，还显示部分展开的泛素延伸，并穿入 Cdc48 的中央孔中。
图为酵母体与H2Bub和未修饰的核小体结合的甲基转移酶的低温电子显微镜结构。
显示了催化亚基中一个富含精氨酸的基序，其对酶复合物的自抑制作用，被h2b偶联的泛素所覆盖，阐明了两种组蛋白修饰之间进化上保守的串扰的机制。图片源自于
与组蛋白 H2B 的 Lys120 连接的泛素，可以灵活地束缚在核小体上。泛素的球状结构域，采用不一样的相对位置，来结合不同的分子，它们也能接触核小体 DNA 和组蛋白八聚体。这些甲基转移酶（或甲基转移酶复合物）的独特结构，以及与泛素和核小体相互作用的集合，独特地定位了它们的活性位点。似乎多价相互作用，包括与泛素的相互作用，通常会降低获得活性构象的能量障碍。然而，H2B Lys120 泛素化，以不同方式影响不同分子的功能。对于 MLL1，泛素结合有利于激活分子，并能够在一定程度上促进MLL1相关复合物的形成。同时，泛素结合稳定了负责核小体结合的 COMPASS构象，并抑制DOT1L的构象改变，从而促进 H3 Lys79 泛素化改变。
泛素和 UBL，能够最终靠刺激构象变化，来调节它们的靶蛋白功能。早期研究强调了这种相互作用，能抑制靶蛋白的功能。许多单泛素化蛋白质，或由单个 UBL 修饰的蛋白质（例如 SUMO），也包含泛素结合或 UBL 结合结构域。蛋白质的泛素结合结构域，与其连接的泛素（或 SUMO 结合结构域和连接的 SUMO）之间的分子内相互作用变构，阻断了与其他分子的结合。
泛素或 UBL 及其修饰蛋白之间的分子内相互作用，是否也能刺激与其它分子的结合？这种变构相互作用，有助于激活UBL NEDD8 的功能。NEDD8 与泛素的结构大约有 60% 相同，但它们各自有自己的靶向目标和“阅读器”。NEDD8 最为研究者所熟知的功能，是修饰cullin蛋白 C 端结构域中的特定 Lys位点，这些蛋白是 CRL E3 大家族的亚基。如前所述，内酯酰化促进 CRL 与泛素携带酶的结合，这些酶是泛素转移到 CRL，并结合底物的直接介质。内酯酰化的CRL ，与不一样的泛素携带酶相互作用，包括一些 E2 酶和 RBR E3 酶的 Ariadne RBR E3 泛素蛋白连接酶（ARIH）亚家族的成员。除了作为泛素“写入器”之外，此类 E2 和 ARIH 家族 E3 ，还是与 cullin 家族蛋白相关的 NEDD8 的“阅读器”。
研究者通过比较与 ARIH1-NEDD8复合物修饰的含有 CUL1 的 CRL 的结构域，与阅读器 ARIH2 -NEDD8复合物修饰的 CUL5 的 CRL 的结构域，揭示了 NEDD8对于cullin，具有特异性变构调节作用。ARIH2不会结合与 CUL5 相关联的 NEDD8，相反，NEDD8 与多个 CUL5 结构域相互作用，引发构象变化。这些研究数据表明，同源修饰的蛋白质，可以以不同方式，结合同源阅读器。此外，结构研究的结构表明， UBL 可以变构调节靶蛋白的构象，从而间接促进靶蛋白与“阅读器”的结合。
在20世纪80 年代发现泛素介导的蛋白质降解后，研究者逐渐意识到，泛素修饰或调控的广度，取决于泛素。四十年后，研究者发现，除了蛋白质降解之外，泛素还以惊人的特异性，直接或间接影响许多细胞过程。泛素化机制，可以从小的通用泛素分子生成通用代码，该分子通过不同连接和分支的泛素链、多个受体（也是非 Lys 目标）和各种 PTM ，获得独特的能力。对于这种扩展泛素代码的解读，随之相关技术的发展，很容易通过细胞中的泛素结合和 UBL 结合受体来完成。
泛素化能控制许多疾病相关蛋白的丰度、定位和活性，因此泛素化已成为新药开发的焦点。蛋白酶体是一种可以降解泛素化蛋白质的大型蛋白质复合物，是目前治疗疾病的首要目标。蛋白酶体抑制剂，例如硼替佐米 (VELCADE) 和卡非佐米 (KYPROLIS) ，用来医治不同的癌症，尤其是多发性骨髓瘤。然而，由干扰范围过于广泛，以及耐药性引起的不良副作用，限制了它们的使用。
由于毒性、疗效不理想、缺乏选择性、耐药性，以及某些与疾病相关的蛋白质的同源 E3 和 DUB 未知等问题，研究人员正在放弃针对“占用驱动”的策略，因为传统酶抑制剂，均是针对“事件驱动”作用机制的酶作用。上述过程是利用二价分子实现的，例如蛋白水解靶向嵌合体（PROTAC）或分子胶。这些二价分子，在 E3 连接酶和在同一细胞中表达的靶向蛋白质之间，诱导紧密接近，以此来实现其泛素化和降解。PROTAC 是相当大的模块化分子，由一个 E3 结合模块和一个通过接头连接的靶标结合模块组成。分子胶是低分子量分子，通过与给定蛋白质结合在相应的位点，从而将相互作用的分子（例如，E3 连接酶），添加到其相互作用组中。除了它们的高特异性外，这些“分子降解剂”，还因为在亚化学计量浓度下，具有活性，其活性超越了经典抑制剂，因为它们能在靶蛋白泛素化后被回收。然而，耐药性和靶向毒性仍然是研究者所面临的问题。几种靶向雄激素受体和雌激素受体的 PROTAC，包括 ARV-110 和 ARV-471，分别在前列腺癌和乳腺癌的细胞系和小鼠模型中，显示出对肿瘤的抑制性和杀伤作用，因此，目前这些药物已进入临床试验。研究者目前正在开发 PROTAC 的多种变体，以显着扩大潜在的药物选择范围，例如自噬靶向嵌合体、自噬体束缚化合物、溶酶体靶向嵌合体和基于抗体的 PROTAC，最后两种药物能够降解分泌细胞表面的蛋白质。关于泛素密码变异及其后果的最新研究结构，已经并将继续对新疗法的开发产生深远影响。
作者在本综述中，描述了目前积累的知识，为开发基于泛素的创新疗法，提供了新的基础，包括蛋白水解靶向嵌合体和分子胶。它们的功效和特异性，将取决于泛素修饰酶作用的组织选择性，以及细胞中结合-解结合动力学的调节。逐步扩大的泛素代码，为来自不相同的领域的研究者提供了巨大的机会，让其可以在未来做出具备极其重大意义的治疗发现。
