Cell綜述：三種泛素連接酶

日期：2016-04-08 09:10:22

泛素化(ubiquitination)作為一類作用方式更加復(fù)雜且作用結(jié)果更加多樣的蛋白質(zhì)修飾, 在細(xì)胞生命周期各個(gè)方面扮演著同樣重要的角色。

泛素化過(guò)程通常需要3種泛素酶的協(xié)同作用，其中E1泛素激活酶(ubiquitin-activating enzyme)與E2 泛素偶聯(lián)酶(ubiquitin-conjugating enzymes)激活泛素，將其鏈接到蛋白底物上，而泛素連接酶在靶蛋白的特異性識(shí)別以及泛素化系統(tǒng)活性的調(diào)控中起著最重要的作用。

3月24日Cell雜志以“Types of Ubiquitin Ligases”為題，介紹了E3泛素連接酶(ubiquitin-ligase enzymes)的主要類型，這種酶可以根據(jù)特征結(jié)構(gòu)域，以及泛素傳遞到底物蛋白的作用機(jī)制，分為三個(gè)家族：RING E3s、HECT E3s和RBR E3s。

RING E3s

RING-finger家族的E3均含有相似的E2結(jié)合結(jié)構(gòu)域，作為橋梁將活化的泛素從E2直接轉(zhuǎn)移到靶蛋白，其本身并不與泛素發(fā)生作用。這個(gè)泛素連接酶家族，有大約200個(gè)成員，將小的調(diào)節(jié)蛋白（泛素）添加到其他蛋白質(zhì)上，從而靶定它們以降解。

Friedrich Miescher 生物醫(yī)學(xué)研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)COP9 信號(hào)小體與Cullin RING E3泛素連接酶（CRLs）關(guān)系密切，研究顯示8個(gè)CSN蛋白質(zhì)中的6個(gè)，構(gòu)成一個(gè)馬蹄形環(huán)。在這個(gè)環(huán)中，CSN5和CSn6捆綁在一起。CSN5特別重要，因?yàn)橐坏┙Y(jié)合泛素連接酶，它就能移除NEDD8。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一旦形成環(huán)狀的蛋白質(zhì)被組裝時(shí)，仍然無(wú)效的CSN5只被引導(dǎo)到其在復(fù)合物中的適當(dāng)位置。最后，當(dāng)結(jié)合neddylated CRL時(shí)，該蛋白復(fù)合物變得具有功能性。這種存在由CSN4感測(cè)到，它會(huì)通過(guò)CSN6將這種狀態(tài)傳達(dá)給CSN5，CSN5反過(guò)來(lái)又會(huì)改變構(gòu)象成為酶活性。

HECT E3s

HECT（homologous to E6AP C terminus）家族具有HECT結(jié)構(gòu)域，其中保守的Cys殘基可與E2攜帶的泛素形成硫酯鍵，E2先將泛素傳遞給E3，再由E3遞呈給底物。

科學(xué)家研究最多的是HECT類E3中Nedd4家族(neural precursor cell-expressed developmentally downregulated gene 4)，近期來(lái)自軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院的研究人員在新研究中證實(shí)，NEDD4通過(guò)影響TRAF3的泛素化促進(jìn)了CD40介導(dǎo)的AKT激活。

研究人員發(fā)現(xiàn)NEDD4是CD40信號(hào)復(fù)合物的一個(gè)新組成元件。它在CD40介導(dǎo)的AKT激活中發(fā)揮關(guān)鍵作用，并通過(guò)調(diào)控活化誘導(dǎo)胞嘧啶核苷脫氨酶(activation-induced cytidine deaminase)參與調(diào)控了免疫球蛋白類別轉(zhuǎn)換。研究人員證實(shí)，NEDD4組成性地與CD40互作，并介導(dǎo)了TRAF3 K63位泛素化。NEDD4促使TRAF3泛素化在CD40介導(dǎo)AKT激活中起至關(guān)重要的作用。

RBR E3s

RBR E3連接酶是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的泛素連接酶，由于它對(duì)免疫系統(tǒng)起調(diào)節(jié)作用，成為一類新型的、相對(duì)尚未開(kāi)發(fā)的藥物發(fā)現(xiàn)靶點(diǎn)。

今年1月，來(lái)自斯坦福Burnham Prebys藥物探索研究所的研究人員揭示出了一種獨(dú)特的泛素連接酶復(fù)合物的原子結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)新研究揭示了RBR E3連接酶的整個(gè)活性結(jié)構(gòu)，在腫瘤學(xué)和免疫學(xué)中具有顯著的治療意義。呈現(xiàn)的三維結(jié)構(gòu)提供了有關(guān)這一復(fù)合物分子結(jié)構(gòu)的一些新見(jiàn)解，使得我們能夠推斷出它的運(yùn)作機(jī)制。

研究人員發(fā)現(xiàn)他們分析的活化形式E3連接酶HOIP，采用了與其他類型的E3連接酶顯著不同的一種方式：一種延伸的方式來(lái)附著泛素。這或許是它能夠發(fā)揮作用激活NF-kB信號(hào)通路的關(guān)鍵，NF-kB信號(hào)過(guò)程已被證實(shí)是細(xì)胞生存和死亡的一個(gè)調(diào)控因子，幫助協(xié)調(diào)了免疫系統(tǒng)。

NF-kB是細(xì)胞內(nèi)炎癥的一個(gè)主要調(diào)控因子，人們認(rèn)為NF-kB激活通過(guò)抑制細(xì)胞死亡并促進(jìn)炎癥推動(dòng)了癌癥形成。這一研究移除了阻礙利用RBR E3連接酶作為癌癥和炎癥疾病藥物靶點(diǎn)的一個(gè)重大技術(shù)障礙。