蛋白酶體抑制劑MG132的作用機制及應用案例
在細胞內(nèi)，蛋白質的降解是一個復雜而精細的調控過程，它對于維持細胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定、調節(jié)細胞的生長、分化以及信號傳導等眾多生理過程起著至關重要的作用。而蛋白酶體作為細胞內(nèi)主要的蛋白質降解機器，其功能的正常與否直接關系到細胞的健康狀態(tài)。MG132（AbMole，M1902），作為一種經(jīng)典的蛋白酶體抑制劑，憑借其高活性和廣泛的應用前景，成為了眾多科研人員在蛋白質降解研究領域不可或缺的工具。AbMole為全球科研客戶提供高純度、高生物活性的抑制劑、細胞因子、人源單抗、天然產(chǎn)物、熒光染料、多肽、靶點蛋白、化合物庫、抗生素等科研試劑，全球大量文獻專利引用。
一、作用機制
蛋白酶體是一種多亞基組成的大分子復合物，主要負責降解被泛素標記的蛋白質。在正常生理條件下，細胞內(nèi)的蛋白質首先被泛素分子標記，形成多聚泛素鏈，然后被 26S 蛋白酶體識別并降解。MG132（AbMole，M1902）的醛基能夠與蛋白酶體 β 亞基的蘇氨酸（Thr）殘基發(fā)生共價結合，從而抑制蛋白酶體的蛋白水解活性。這種抑制作用阻斷了泛素化蛋白質的降解并誘導蛋白累積，進而引發(fā)細胞內(nèi)一系列應激反應，包括激活未折疊蛋白反應（unfolded protein response，UPR）、內(nèi)質網(wǎng)應激（endoplasmic reticulum stress，ERS）等。
圖1. 蛋白酶體活化和帶有泛素化標記的蛋白降解示意圖[1]
二、應用領域
1.蛋白質穩(wěn)定性及泛素化的研究
MG132（AbMole，M1902）在研究蛋白質穩(wěn)定性方面有著廣泛的應用。通過使用MG132抑制蛋白酶體的活性，研究人員可以觀察到蛋白質在細胞內(nèi)的積累情況，從而判斷這些蛋白質是否通過蛋白酶體途徑降解，以及它們的降解速率如何。例如，在研究某些短壽命的轉錄因子時，MG132可以幫助研究人員確定這些轉錄因子的半衰期，以及它們在細胞內(nèi)的動態(tài)變化過程，這對于理解基因表達的調控機制具有重要意義[2]。
泛素化是很多通路研究中的重要環(huán)節(jié)，但是泛素化后的蛋白一般在短時間內(nèi)會被快速降解，而MG132（AbMole，M1902）可以“凍結”這一動態(tài)過程，使研究人員能夠觀察到某一時刻細胞內(nèi)的泛素化狀態(tài)。在MG132處理后，細胞被裂解，提取的蛋白質可用于免疫沉淀或Western blot分析，以檢測特定蛋白的泛素化水平。2014年，AbMole的兩款抑制劑分別被西班牙國家心血管研究中心和美國哥倫比亞大學用于動物體內(nèi)實驗，相關科研成果發(fā)表于頂刊 Nature 和 Nature Medicine。
2.信號轉導通路的研究
蛋白酶體在許多信號轉導通路中發(fā)揮著關鍵功能，MG132（AbMole，M1902）可以用于研究信號轉導通路中蛋白質的降解和穩(wěn)定性變化，從而揭示信號轉導通路的調控機制。例如，在研究NF-κB信號通路時，MG132可以阻止IκB（NF-κB的抑制因子）的降解，這有助于研究NF-κB信號通路的調控機制[3]。此外，MG132還可以用于研究其他多條信號通路，如Wnt、Hedgehog等，為理解細胞如何感知和響應外界信號提供了重要的工具。
3.疾病發(fā)生機制的研究
蛋白酶體功能的異常與多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關，如神經(jīng)退行性疾病、癌癥、自身免疫性疾病等。MG132（AbMole，M1902）作為一種蛋白酶體抑制劑，可用于研究這些疾病的發(fā)病機制。例如，在神經(jīng)退行性疾病如阿爾茨海默�。ˋlzheimer’s disease）和帕金森�。≒arkinson’s disease）中，蛋白酶體功能障礙導致錯誤折疊蛋白的積累，進而引發(fā)細胞毒性作用。使用MG132可以模擬蛋白酶體功能障礙的情況，幫助研究這些疾病中蛋白質的異常積累以及細胞的應激反應機制[4]。在癌癥研究中，MG132可以用于研究腫瘤細胞中蛋白酶體活性的變化以及對腫瘤細胞增殖、凋亡和侵襲等過程的影響，為開發(fā)新的癌癥治療策略提供理論依據(jù)[5]。
三、案例詳解
1.Autophagy. 2024 Oct;20(10):2255-2274
長鏈非編碼 RNA （lncRNA） 的異常表達與滋養(yǎng)層細胞功能障礙和異常早期胚胎丟失的發(fā)生有關�？蒲腥藛T在上述文章中，發(fā)現(xiàn)了一種新的lncRNA，即lnc-HZ12，在早期胚胎丟失組中存在異常高表達的現(xiàn)象。Lnc-HZ12 抑制 BBC3 伴侶介導的自噬 （CMA） 降解，促進滋養(yǎng)層細胞凋亡。在探究lnc-HZ12對BBC 3的調控機制實驗中，研究人員使用來自AbMole的MG132（AbMole，M1902）、Chloroquine（CQ，AbMole，M9559）、Ammonium chloride（AbMole，M9929）處理lnc-HZ12過表達或沉默的Swan 71細胞，最終成功證明了lnc-HZ12通過自噬-溶酶體途徑降解BBC3蛋白。
圖2. Lnc-HZ12 suppressed CMA degradation of BBC3[6].
2.Cell Death Differ. 2023 Oct;30(10):2213-2230
C-Myc的過表達與腫瘤形成高度相關，但直接靶向c-Myc目前來說仍有較大挑戰(zhàn)。因此發(fā)現(xiàn)參與 c-Myc 失調的關鍵因素對于開發(fā) c-Myc 的潛在間接靶點具有重要意義�？蒲腥藛T在上述文章中檢測到一組與 c-Myc 相互作用的長鏈非編碼 RNA （lncRNA）。其中，lncRNA BCAN-AS1 被確定為具有最高的相關性。其機制如下： 帶有m6A修飾的BCAN-AS1可以充當支架，與c-Myc 和 SNIP1 一起形成三元復合物，從而阻斷 S 期激酶相關蛋白 2 （SKP2） 介導的 c-Myc 泛素化和降解。在實驗中，科研人員通過AbMole提供的MG132（AbMole，M1902）處理BCAN-AS1 敲低或對照 PDAC、SW1990 細胞，以研究c-Myc 泛素化的變化。
圖3. BCAN-AS1 介導 SNIP1 與 c-Myc 結合的增加，并防止 SKP2 降解 c-Myc
參考文獻及鳴謝
[1] COLLINS G A, GOLDBERG A L. The Logic of the 26S Proteasome [J]. Cell, 2017, 169(5): 792-806.
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[3] NAKAJIMA S, KATO H, TAKAHASHI S, et al. Inhibition of NF-κB by MG132 through ER stress-mediated induction of LAP and LIP [J]. FEBS letters, 2011, 585(14): 2249-54.
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[5] KAPOOR S. MG132 and its emerging anti-neoplastic effects [J]. DNA repair, 2013, 12(3): 161.
[6] ZHAO J, XU Z, XIE J, et al. The novel lnc-HZ12 suppresses autophagy degradation of BBC3 by preventing its interactions with HSPA8 to induce trophoblast cell apoptosis [J]. Autophagy, 2024, 20(10): 2255-74.
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