一次喂饱，又是蛋白质泛素化！
引子
大家好，我是风。上回大家已经见识到了来自Science实验室大佬——弘毅 的实力了吧？这回来的是“数据库双雄”的另一位老师——火，很熟悉了吧？看过“酸谈”公众号的人都知道火火老师曾经奋笔疾书，在3天高强度投入情况下写完了一篇SCI文章并且完成投稿，这篇文章也在一个月内予以接收，实在是太佩服了！关于火火老师的优秀，就留给大家在推文中去体会吧。今天，他将给大家带来另一个泛素化研究的数据库。
Hello，小伙伴们，大家好，我是火，这次跟大家聊一聊蛋白质泛素化 (ubiquitin conjugation) 研究的神器----iUUCD数据库。iUUCD数据库全称为integrated annotations for Ubiquitin and Ubiquitin-like Conjugation Database，主要聚焦于蛋白质泛素化及类泛素化数据的整合，目前对所有用户免费使用。精神小火双手为大家呈上网址：http://iuucd.biocuckoo.org/。
如果大家在文章中使用了iuuCD数据库记得引用相关参考文献哟~：
[1] UUCD: a family-based database of ubiquitin and ubiquitin-like conjugation
 Tianshun Gao, Zexian Liu, Yongbo Wang, Han Cheng, Qing Yang, Anyuan Guo,  
Jian Ren and Yu Xue. Nucleic Acids Research. 2013, 41:D445-D451.
[2] iUUCD 2.0: an integrated database of regulators for ubiquitin and ubiquitin-like conjugation
 Jiaqi Zhou, Yang Xu, Shaofeng Lin, Yaping Guo, Wankun Deng, Ying Zhang, Anyuan Guo and Yu Xue. Nucleic Acids Research. 2017, 10.1093/nar/gkx1041.
一、蛋白质的翻译后修饰及蛋白质的泛素化
说到蛋白质泛素化就不得不提到蛋白质的翻译后修饰（Post translational modification, PTM）了。酸菜老师最早在36策第6策通路圆满的时候就已经讲过蛋白质磷酸化的问题，老谈老师在24型中也专门用了两个章节来讨论蛋白质的泛素化，弘毅在介绍PTMD数据库的时候也详细介绍了蛋白质的翻译后修饰，有需要的小伙伴可以找到相应的内容进行更深一步的了解，这里就不做过多介绍了。
蛋白质的翻译后修饰对蛋白质的结构和功能起着重要的调节作用，通过改变蛋白质的功能特性或空间结构影响各种生物学进程。蛋白质的修饰类型是最多的，有几十上百种，酸菜老师在讲横纵嵌套的时候重点要求大家掌握两种修饰类型，即蛋白质的磷酸化和泛素化。磷酸化主要导致蛋白质活性的变化，而泛素化主要介导蛋白质的降解。如果大家在实验过程当中发现了某些蛋白水平的下降，不妨考虑一下是否有泛素化修饰的发生。
在进一步学习泛素化相关的数据库之前，各位小伙伴们再来一起复习一下参与泛素化修饰的几种关键的酶吧。泛素化的过程通常是经由泛素—蛋白酶体系统（ubiquitin-proteasome system，UPS）进行介导，UPS中含有多个关键的组分，包括泛素分子、泛素激活酶（ubiquitin-activating enzymes, E1s）、泛素结合酶（ubiquitin-conjugating enzymes, E2s）、泛素蛋白连接酶（ubiquitin-protein ligases, E3s）、去泛素化酶（deubiquitinating enzymes, DUBs）以及蛋白酶体。泛素激活酶E1s在泛素化反应的起始步骤发挥作用，它可以结合并激活泛素分子。泛素结合酶E2s是泛素化反应的中间酶，被E1s酶激活的泛素分子可以与E2s上的半胱氨酸位点结合并形成硫酯键，随后与泛素蛋白连接酶E3s相互结合并将结合在自身的泛素分子转移到底物蛋白上，完成底物蛋白的泛素标记。在整个泛素化过程中，泛素蛋白连接酶E3s发挥着最关键的作用，它可以特异性地识别靶蛋白质，将泛素分子转移到底物蛋白上。说到这里是不是有小伙伴已经感觉到眼花缭乱了呢？总而言之，大家认识到泛素化是一个沿着E1s--E2s--E3s酶发挥作用的过程就好了，而去泛素化酶DUBs则可以移除蛋白质上的泛素化修饰，进而改变蛋白质被降解的命运。
学习了泛素化之后，大家还需要了解一个生物学过程，即类泛素化过程 (ubiquitin-like conjugation)，它在细胞内的反应过程与泛素化非常相似，只是参与反应的是其他的小肽分子（非泛素分子），通过类似的E1s/E2s/E3s 被修饰到靶蛋白上，其中就包括大家所熟知的sumo分子、NEDD8分子等。类泛素化由于与泛素化的反应过程相似，将在iUUCD数据库的使用介绍中一并说明。泛素和类泛素化（UB/UBL）调控多种细胞反应，包括蛋白质的降解和转运、细胞间的信号转导、细胞周期以及DNA的损伤修复。泛素化的功能失调则会引起多种机体病理变化，包括肿瘤发生、神经退行性病变以及心脏疾病等。在这些过程中，除了前文介绍的这些酶和效应蛋白，许多带有UB/UBL结合结构域（UB/UBL binding domains, UBDs）或类泛素结构域（ubiquitin-like domains, ULDs）的蛋白质也发挥着重要作用。
二、iUUCD数据库介绍
iUUCD数据库由华中科技大学薛宇教授课题组构建，早在2013年他们就开发了iUUCD数据库的前身----UUCD 1.0，其中包含了70种真核生物738个E1s， 2937个E2s，46, 631个E3s以及6647个DUBs。几乎同一时间，Hutchins等人构建了DUDEdb数据库，从50个基因组中鉴定了35, 228个泛素化酶（ubiquiti-
nating enzymes，UBEs）和DUBs，并分析了真核生物体内泛素化系统的进化史。但是UBDs和ULDs蛋白并未囊括在其中。哈里森等人于2016年首先构建了UbSRD数据库，包含了509个含有UBL结构域蛋白质的3D结构，而UBDs和ULDs蛋白同样未纳入其中。因此，更新后的iUUCD数据库提供了更全面的资源，包括已知文献报道的27个E1s、109个E2s、1153个E3s、164个DUBs、396个UBDs以及183个ULDs，并将其分别分为了1，4，23，8，27以及11个家族。值得一提的是，iUUCD数据库额外从其他68个公共数据库中整合了这些蛋白的详细注释，包括：
（1）癌症相关数据库，如ICGC，COSMIC，TCGA，CGAP和IntOGen等；
（2）单核苷酸多态性（SNP）相关数据库，如dbSNP等；
（3）mRNA相关数据库，如GEO，ArrayExpress，GXD，FFGED，TCGA，ICGC，COSMIC, HUMAN PROTEOME MAP以及The Human Protein Atlas等；
（4）DNA&RNA相关数据库，如UTRdb，AREsite，JASPAR CORE，circBase，circRNADb，CircNet，Circ2Traits，miRTarBase，microRNA.org，TRANSFAC，miRWalk，TargetScan，miRecords，RepTar，miRNAMap，SomamiR DB 2.0，miRcode，RAID v2.0以及LncRNADisease等;
（5）蛋白—蛋白相互作用数据库，如IID，iRefIndex，PINA，HINT，Mentha，SZDB以及InWeb_IM等；
（6）蛋白质3D结构数据库，如PDB，MMDB以及SCOP；
（7）疾病变异相关的数据库，如ClinVar，OMIM，GWASdb以及GWAS CENTRAL；
（8）药物靶标相关数据库，如DrugBank, TTD, KPID, CARLSBAD, SuperTarget, GRAC以及PDTD等；
（9）翻译后修饰相关数据库，如CPLM，dbPAF，dbPPT，phosSNP，PhosphositePlus，Phospho.ELM，dbPTM，PHOSIDA，BioGRID，HPRD，UniProt，O-GlycBase，PhosphoBase以及mUbiSiDa等;
（10）DNA甲基化相关数据库，如MethyCancer, TCGA, ICGC以及COSMIC等;
（11）蛋白质组学相关数据库，如The Human Protein Atlas, Human Proteome Map 以及GPMDB等；
三、iUUCD数据库使用说明
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输入网址打开iUUCD数据库，进入主页面，导航栏中点击HOME, BROWSE, SEARCH, LINK, DOWNLOAD, USER GUIDE即可进入相应的界面，将在下文进行逐一介绍；侧边栏结构类似于PTMD数据库，提供了PTM相关的数据库以及一些工具包的下载。其中IBS工具适用于绘制基因结构图，参考Genecards单元课，Heml适用于无代码绘制热图，感兴趣的小伙伴可以尝试一下。主体内容则是对iUUCD数据库内容的介绍。
页面下拉可以见到简单的检索框以及需要引用的参考文献信息：
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点击BROWSE进入相应界面。iUUCD将所有E1s，E2s，E3s，DUBs，UBDs以及ULDs分为来自68种动物（Ensembl），39种植物（Ensembl Plants）和41种真菌（Ensembl Fungi）的74个科。此外，iUUCD还为数据库中所有这些蛋白质提供了注释信息，包括上文提及的11种数据库。使用者可以通过点击“By species”或“By classifications”两种方式进行检索。
为了更好地说明iUUCD 2.0的用法，我们接下来以人E3泛素蛋白连接酶MDM2为例进行演示。点击进入“By species”中的“Animals”，显示如下界面，左侧显示Ensemble分类类别，右侧显示Ensemble中真核生物的系统发育关系。点击左侧的条目或者右侧图片上的标识即可浏览相应的科或种属。
点击“Homo sapiens”后点击E3按钮即可显示人类E3泛素蛋白连接酶的详细家族分类。
点击“E3 activity/RING/RING family”后点击“IUUC-Hsa-046376”即可查看人MDM2蛋白的基本信息。
与此同时，通过点击“By classifications”下的“Enzymes”进入如下界面后，点击左侧家族树下的“RING”或者右侧结构图中的“RING”后，选择“Homo sapiens”以及“IUUC-Hsa-046376”同样可以检索到MDM2蛋白的基本信息。
点击“IUUC-Hsa-046376”进入新的页面，使用者可以查看MDM2蛋白基本信息，包括Ensemble基因/转录本/蛋白质ID，Uniprot链接入口，蛋白家族分类信息，结构域概况，蛋白质功能描述以及蛋白质/核苷酸序列信息等。使用者可以单击导航栏上的“Integrated Annotations”或“Annotation”按钮获得更详细的注释信息。
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点击SEARCH按钮进入iUUCD的检索页面，iUUCD提供了多种检索选项，包括：
（1）简单检索：
使用者可以输入一个或多个关键字（以空格分隔）进行检索。检索选项包括iUUCD ID，UUCD1 ID，UniProt ID，Ensembl Protein ID，Ensembl Gene ID，Ensembl Transcript ID，Protein Name，Gene Name以及Family。
（2）批量检索：
使用者可以输入一个关键字在iUUCD中检索多种蛋白质。检索选项包括iUUCD ID，UUCD1 ID，UniProt ID，Ensembl Protein ID，Ensembl Gene ID，Ensembl Transcript ID，Protein Name，Gene Name以及Family。以示例数据举例，单击“提交”按钮，将显示所有包含如“ENSG00000182866; ENSG00000169967; ENSG00000163558”等Ensemble ID的物种。
（3）高级检索：
使用者最多可以输入三个检索词来检索更具体的信息，检索词之间以AND，OR或者NOT进行连接。
（4）HMM检索：
使用者可以通过HMM算法找到蛋白质序列的特定结构域或基序。该检索项可以帮助使用者准确找到所查询结构域的详细位置，而每次仅允许查询一个FASTA格式的蛋白质序列。对于所有基于结构域的HMM配置文件，没有相同的E值阈值，每个E值阈值都对应于特定的结构域模型。例如，Cullin结构域的得分阈值为196.1，而HECT结构域的得分阈值为95.8。单击“Example”按钮加载包含人F-box / WD重复序列的蛋白1A的序列信息，单击“提交”按钮后即可在HMM检索结果中找到相关的结构域信息。
（5）BLAST检索：
研究者可以通过输入蛋白序列进行比对以找到特定的蛋白质和/或相关的同源物。该检索选项有助于快速找到所需查询的蛋白质，但每次仅允许查询一个FASTA格式的蛋白质序列。E值阈值可以由使用者自行定义，而物种信息则可以指定。E值和种类的默认参数分别为0.01和H. Sapiens。
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点击LINK，可以链接到iUUCD额外整合的11类数据库（详情见前文所述）：
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点击DOWNLOAD，可以下载iUUCD数据库所使用的序列，注释信息以及HMM文件：
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点击USER GUIDE，可以看到iUUCD数据库与前身UUCD数据库的区别，页面下拉有针对数据库使用说明的信息。
好了，iUUCD数据库的使用介绍就到这里了，各位小伙伴们我们下个数据库再见啦~
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