泛素组：一个实验验证的人类泛素级联数据库

摘要

介绍

泛素化是一种重要的翻译后修饰，在泛素的C末端和来自底物或另一泛素分子的赖氨酸残基之间形成异肽键(1). 除了其在蛋白质降解中的原始作用外(2)泛素化调节其他细胞过程，包括转录、细胞周期、DNA修复、凋亡和受体内吞(三). 因此，上述所有过程中泛素-蛋白酶体系统功能的异常与人类疾病的发病机制有关，从炎症、神经变性肌肉铸型到各种形式的恶性肿瘤(4,5).

有一些泛素化数据资源可用。Ubiprot是第一个关于泛素化的数据库(6)，重点研究泛素化蛋白质的特性就其本身而言，将不同物种的数据结合在一起。Ubibrot中的数据主要来源于几项高通量研究，不包括泛素化级联酶的信息。另一个泛素化数据库是酵母数据库[Saccharomyces cerevisiae ubiquitination database（SCUD）]，重点关注泛素化级联(7). SCUD收集了几乎所有与酵母泛素化过程有关的已知酶，并将其分为合理的类别。E3Miner是一个用于文献搜索的文本管理工具(8)，并似乎用机器学习方法取代了劳动密集型的手动管理。虽然E3Miner包含许多有用的以E3为中心的信息，但在文本挖掘方法中获得高精度是困难的。泛素化是从酵母到人类的一个保守的生物过程(1,9–12). 随着越来越多的酶和泛素化蛋白的发现，对人类泛素化系统的理解逐渐清晰起来(13–15). 然而，没有数据库能够证明人类泛素系统的存在。

泛素组是人类泛素化蛋白和级联的第一个和最大的可搜索集合。泛素组是根据PubMed上发表的论文构建的，所有泛素化蛋白和级联都经过了实验验证。泛素组提供了一个用户友好的界面，通过该界面可以轻松检索信息，包括E1、E2和E3底物、氘化酶（DUB）以及这些元素之间的关系。如果参考文献中确定了泛素赖氨酸位点或序列，则提供它们。如果某些E3函数是复数形式，则会提供复数名称。泛素组旨在提供泛素级联实验所证实的尽可能多的精确信息。

数据库建设

当前版本hUbiquitome 1.1.1中记录的泛素化级联数据是通过在PubMed数据库中搜索截至本研究时已发表或电子发表的主要研究文章，并使用关键词列表（e1泛素或e2泛素偶联酶或e3泛素连接酶极限：人类）手动收集的。对全文和补充数据进行了审查。在适当的情况下，检查参考文献中是否有其他材料。包括描述实验确定的E2和E3以及E3和基板之间关系的研究。只选择了显示通过鉴定的E3进行底物泛素化的充分实验证据的论文。实验证据包括体外E3与底物的反应，泛素抗体的免疫印迹，同位素标记泛素的放射自显影，标记泛素检测，蛋白质组降解底物，底物稳定性检测等。其他信息，如E3复合物成分和泛素化位点和序列，是泛素体的重要特征。

泛素化系统的另一部分是去泛素化过程(16–19). DUB与泛素化酶（UB）类似，参与多种细胞过程。然而，对DUB的研究落后于UB。收集了17项具有识别底物的DUB，并在E3底物级联项之后添加。

泛素组1.1.1目前包含1个E1酶、12个E2酶、138个E3连接酶或E3连合酶复合物、279个不同的底物蛋白和17个DUB项。网站上的所有蛋白质和相关论文都超链接到UniProt和PubMed。

数据库描述和实用程序

搜索：hUbiquitome可用于使用UniprotKB蛋白质登录号或Uniprot知识库蛋白质条目名称搜索酶或底物。例如，在搜索框中输入“Mdm2”并进行搜索。出现Mdm2的级联上下文列表(图1). E1对所有级联都是通用的，因此省略了E1。报道E3-底物反应的论文并不总是包含E2信息。准确地说，在之前的论文中只显示了级联中的E2信息。然而，用户可以推断，相同的E2可以用于共享相同E3的其他E3底物反应。例如，一篇论文（PMID:18784257）报告称，Mdm2泛素UT2使用UB2D1作为E2。因此，UB2D1也可以用作Mdm2介导的其他底物泛素化中的E2，例如RUNX3、PDE4D和AQP2。在某些情况下，E3以复数形式发挥作用。例如，ku70和Mdm2共同作用，使CCNE1泛素化。如果E3作为复数运行，则给出复数名称。一些实验确定了泛素化赖氨酸位点和序列基序，例如Mdm2泛素化RUNX3位于赖氨酸94和148。实验确定的泛素化赖氨酸位点和序列基序在可用时立即给出。还包括鉴定泛素化赖氨酸位点的实验证据（质谱、突变或两者）。尽管DUB的数量比E3少，但我们将其包含在级联中，例如，在一篇论文中，UBP7被报告为DAXX的DUB（PMID:20153724）。排成一行的MDM2和UBP7具有共享相同基板的唯一含义。PubMed ID与NCBI的源页面超链接，每个蛋白质最终与Uniprot和Entrez Gene等主要生物数据库超链接。

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图1。

以“Mdm2”为例的总图。

爆破：hUquitome爆破报告提交序列中的赖氨酸位点与hUquitome数据库中的泛素化赖氨酸部位相匹配。已知E3发现35个独特的赖氨酸位点泛素化（不包括那些没有E3信息的质谱鉴定的位点）。hUbiquitome Blast可用于检索感兴趣的蛋白质的可能的泛素化赖氨酸位点。然而，Blast并没有给出有意义的重要值。因此，用户应评估爆炸结果的生物背景。

提交和下载：用户可以向泛素组提交自己的蛋白质，甚至整个泛素级联。参与者只需要填写提交页面上提供的Excel表格，然后将其发送回数据库管理员。

hUbiquitome中的所有数据都可以作为tab分隔的文本文件免费下载，学术用户无需密码保护。

E3底物的功能分析：E3可分为两大类（RING：真正有趣的新基因和HECT：同源E6-AP公司C-终端E3）根据其包含的域结构(13,15). 其他类型的E3包含少量数字，例如U盒和PHD E3(20,21). 不同的E3类是否更喜欢催化功能不同的底物尚未报道。本文利用在线DAVID工具分析了RING或HECT等E3催化底物的生物功能(22). RING底物（RING）或HECT和其他底物（HECT）以整个人类蛋白质组为背景提交到DAVID网站。选择功能注释工具基因本体生物过程（GOTERM_BP），在默认参数下分析两种底物的功能富集。富集由Benjamini-adjusted定义P（P）-用于控制错误发现率的值。从RING和HECT组结果中的丰富术语中，根据两组中的不同丰富程度和生物学意义选择了九个术语。有关详细信息，请参阅补充材料结果表明，RING E3s中富含凋亡相关过程(图2A） 而基因转录调控相关过程在HECT和其他E3中丰富(图2B） ●●●●。这一结果表明，不同种类的E3可能偏好不同的生物过程。

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图2。

RING E3、HECT和其他E3的功能分析。(A类)RING E3s富集的生物过程；(B)HECT和其他E3富集的生物处理。A、 凋亡调控；B、 细胞凋亡；C、 细胞应激反应；D、 细胞周期；E： 对DNA损伤刺激的反应；F： 大分子代谢过程的正调控；G： 转录的正调控；H： RNA代谢过程的正调控；一： 基因表达的正调控。

数据库实现：hUbiquitome由关系型Sqlite组成(http://www.sqlite.org/)数据库和JqueryUI(网址：http://jquery.com/web接口），用Python构建(http://www.python.org（英文）/)和Django一起(http://www.djangoproject.com网站/)并通过Apache服务器运行(http://www.apache.org/).

讨论和未来方向

hUbiquitome是一个关注人类泛素系统的数据库，它收集了经过实验验证的准确泛素信息。对于每个泛素化底物，hUbiquitome在一行中提供其他泛素化级联信息，其中包括E2、E3、泛素化位点和序列（如果可能）。研究人员可以搜索单个术语和blast肽序列。他们还可以下载完整的数据表。在收集的基础上，发现了环E3和其他E3的生物过程偏好，表明了各种E3之间的生物差异。

泛素组被设计用于覆盖所有经实验验证的人体泛素化相关蛋白（酶和底物）和级联。更多的泛素化蛋白质不久将被发现，尽管目前的泛素组包括数百种。当数据库更新时，这些新证明的泛素化蛋白将被添加到泛素组中。如果没有大规模质谱法产生的E3信息，hUbiquitome就无法收集泛素化蛋白质(23–25).

研究人员可以从三个方面受益于泛素。首先，学者们可以搜索有趣的蛋白质来发现它们的泛素级联。其中一些蛋白质甚至与原始论文超链接，以提供更多信息。其次，基于泛素化肽序列的特征，BLAST功能为研究人员提供了一种评估未知肽可能泛素化的工具。第三，利用可以从网站免费下载的全部数据，研究人员可以进行进一步的分析。例如，可以分析两类E3的功能偏好。其他有趣的分析，如E2和E3衬底网络结构，预计也会出现。

补充数据

补充数据可在数据库在线。

基金

国家基础研究计划(2011年CBA01104); 国家自然科学基金(60905014; 和31030041). 资助机构在研究设计、数据收集、分析、决定出版或准备手稿方面没有发挥任何作用。开放获取费资助：国家自然科学基金(60905014).

利益冲突。未声明。

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