蛋白質的異戊二烯化（prenylation）是脂化修飾的一種，指在受體蛋白質上添加聚異戊二烯（萜類）修飾基團。萜類基團通過硫醚鍵連接在蛋白質羧基末端的半胱氨酸側鏈巰基上。
人體中已經發現超過120種蛋白質被異戊二烯化修飾，包括多種異源三聚體G蛋白的γ亞基、小GTP酶的Ras超家族成員、核纖層蛋白以及幾種蛋白激酶和蛋白磷酸酶。
目前發現的萜類基團有兩種：15個碳（倍半萜）的法尼基（farnesyl），20個碳（二萜）的基香葉基香葉基（geranylgeranyl，也稱為牻牛兒基牻牛兒基）。香葉是中藥名，指香葉天竺葵（牻牛兒苗科植物）的葉子。香葉基是單萜，也叫牻牛兒基。
香葉天竺葵。百度圖片
這兩種萜類基團都來自膽固醇合成途徑，以法尼基焦磷酸（FPP）或香葉基香葉基焦磷酸（GGPP）的形式參與反應。催化的酶是法尼基轉移酶（FTase）和香葉基香葉基轉移酶（GGTase）。GGTase有兩種，GGTase-I和GGTase-II，具有不同的底物專一性。
GGTase-I和FTase的底物C末端都具有CAAX共有序列，其中C為半胱氨酸，A為任何脂肪族胺基酸（除丙氨酸外），X為C末端胺基酸。異戊二烯化之後，AAX通常會被切除，C就成為羧基末端，並被羧甲基化。
兩種萜類基團和三種異戊二烯基轉移酶。ACS Chem Biol. 2015 Jan 16; 10(1): 51–62.
CaaX序列中的X殘基決定了蛋白是法尼基化還是香葉基香葉基化。FTase優先選擇X殘基為丙氨酸、絲氨酸、蛋氨酸或穀氨醯胺的CaaX序列，而亮氨酸、異亮氨酸和苯丙氨酸是GGTase-I的首選。
這種底物特異性並非互斥，K-Ras和Rho B蛋白就表現出重疊的特異性。K-Ras蛋白的CVIM序列通常在哺乳動物細胞中被法尼基化，但當FTase被抑制時，它也可以被GGTase-I催化。Rho B的C端序列是CKVL，在細胞中是兩種修飾共存的。
法尼基化的三個步驟。Crit Rev Biochem Mol Biol. 2018 Jun; 53(3): 279–310.
負責切除AAX殘基的酶包括Ras轉化酶（Rce1）和鋅金屬蛋白酶Ste24（ZMPSte24），在各種組織中均有表達。催化C-末端半胱氨酸羧甲基化的是異戊烯基半胱氨酸羧基甲基轉移酶（isoprenylcysteine carboxyl methyltransferase，ICMT)。
GGTase-II則催化兩個香葉基香葉基添加到底物蛋白C端附近的CXC或CCXX）的兩個半胱氨酸殘基上，之後無需酶切。
因為萜類基團來自於膽固醇合成途徑，所以異戊二烯化發生在細胞質中。不過反應也不是完全在胞漿中進行，而是與內質網、高爾基體和質膜相關。異戊二烯化可以增加蛋白質對膜的親和力，從而調節其定位和運輸。
Ras蛋白的異戊二烯化與細胞定位。ACS Chem Biol. 2015 Jan 16; 10(1): 51–62.
以Ras蛋白為例，當其結合異戊二烯基團之後，會定位到內質網膜表面，在那裡完成酶切和羧甲基化步驟。現在認為，單獨的異戊二烯化修飾不足以使其與質膜結合。為此，三種Ras通過兩種不同方式轉運到質膜。
H-Ras和N-Ras進行額外的棕櫚醯化，通過高爾基體囊泡轉運到質膜。而K-Ras（指主要剪接變體K-Ras4B），則依靠法尼基和鹼性六賴氨酸結構，通過不依賴於高爾基體的胞質途徑錨定到質膜上。
這個轉運步驟是必需的，因為Ras只有先結合到質膜上，才能激活下遊信號通路，從而發揮其生物學功能。而且異戊二烯基團並非僅僅提供一個疏水錨，它還可以影響Ras的信號輸出。
K-Ras與膜脂質選擇性相互作用並形成決定其信號輸出的「納米簇」。異戊二烯基團在此過程中起著精細的調控作用，不同的異戊二烯鏈長，會導致不同種類的膜脂與蛋白相互作用這會影響納米簇的組裝，進而改變信號輸出（Cell. 2017）。
蛋白質的異戊二烯化參與多種細胞過程。ACS Chem Biol. 2015 Jan 16; 10(1): 51–62.
異戊二烯化參與多種細胞過程，與多種生理病理想像相關。所以異戊二烯基轉移酶抑制劑可以作為針對多種疾病的潛在療法，包括腫瘤、衰老、神經退行性疾病、寄生蟲病以及細菌和病毒感染等。
可以進行異戊二烯化修飾的蛋白都有保守序列，可以進行預測。在實驗檢驗方面，化學蛋白質組學是有力工具。這種方法是用異戊二烯類似物對活細胞進行代謝標記，其上有活性基團，如疊氮化物或炔基。這些基團可以使用生物正交反應引入螢光或生物素標記，之後就是常規的凝膠電泳或親和層析分離標記蛋白，質譜檢測等。
用化學蛋白質組學方法分析異戊二烯化修飾。ACS Chem Biol. 2015 Jan 16; 10(1): 51–62.
參考文獻：
1. Charuta C. Palsuledesai, et al. Protein Prenylation: Enzymes, Therapeutics, and Biotechnology Applications. ACS Chem Biol. 2015 Jan 16; 10(1): 51–62.
2. Angela Jeong, et al. Isoprenoids and Protein Prenylation: Implications in the Pathogenesis and Therapeutic Intervention of Alzheimer’s Disease. Crit Rev Biochem Mol Biol. 2018 Jun; 53(3): 279–310.
3. Yong Zhou, et al. Lipid-Sorting Specificity Encoded in K-Ras Membrane Anchor Regulates Signal Output. Cell. 2017 Jan 12;168(1-2):239-251.e16.