E3泛素連接酶CRL2FEM1B多聚化及其發(fā)揮功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

泛素-蛋白酶體系統(tǒng)是真核細(xì)胞內(nèi)重要而精細(xì)的蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)控制系統(tǒng)的核心組成部分之一。蛋白質(zhì)泛素化降解過程主要通過三大關(guān)鍵酶類的精密協(xié)作來實(shí)施，即“泛素激活酶”（E1）、“泛素結(jié)合酶”（E2）以及“泛素連接酶”（E3）。整個泛素化過程之中，E3連接酶的角色至關(guān)重要，它負(fù)責(zé)識別特定底物，并將泛素轉(zhuǎn)移到底物上。Cullin-RING E3泛素連接酶（CRLs）是一類由催化亞基RBX、支架蛋白Cullin、底物適配蛋白和底物識別蛋白共同組裝而成的多亞基復(fù)合體。Cullin-RING E3泛素連接酶家族成員在廣泛的生物學(xué)進(jìn)程和疾病中發(fā)揮著決定性作用，包括但不限于細(xì)胞增殖和還原性應(yīng)激反應(yīng)。在泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（UPS）運(yùn)作機(jī)制中，CRLs提供了一個多聚泛素化的平臺，在這個平臺上，底物特異地結(jié)合至底物識別蛋白，E2-泛素被導(dǎo)向至催化亞基RBX。值得注意的是，位于支架蛋白CullinN端的底物識別蛋白與其C端的催化亞基RBX之間的物理距離約為10納米。CRLs如何有效地跨越這10納米的空間將泛素從催化亞基轉(zhuǎn)移至底物上，其詳細(xì)的分子機(jī)制仍是一個有待揭示的謎團(tuán)。因此，深入探究CRLs針對不同尺寸底物所采用的不同泛素化策略，將極大地促進(jìn)我們對泛素化過程本質(zhì)的認(rèn)知。

近日，北京大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)研究所尹玉新教授團(tuán)隊在國際知名期刊The EMBO Journal上發(fā)表了題為“Structural Insights into the Ubiquitylation Strategy of the Oligomeric CRL2FEM1B E3 Ubiquitin Ligase”的文章，**報道了多聚形態(tài)E3泛素連接酶CRL2FEM1B在NEDD8修飾激活前，NEDD8修飾激活后與小分子量底物BEX2結(jié)合以及NEDD8修飾激活后與大分子量底物FNIP1/FLCN復(fù)合物結(jié)合的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，從而闡明了多聚化對于CRL2FEM1B針對不同尺寸底物執(zhí)行泛素化修飾的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

該研究首先解析了未經(jīng)NEDD8修飾（自抑制狀態(tài)）時CRL2FEM1B三聚體的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，其中原體1作為支架穩(wěn)定地錨定住原體2的兩端，隨后原體3按照與原體2“頭對尾”的方式整合進(jìn)三聚體結(jié)構(gòu)中。通過質(zhì)量光譜學(xué)（Mass Photometry）等多種技術(shù)手段確認(rèn)，NEDD8修飾使CRL2FEM1B從三聚體轉(zhuǎn)變?yōu)槎垠w。研究進(jìn)一步解析了經(jīng)NEDD8修飾激活后CRL2FEM1B二聚體與底物BEX2結(jié)合的三維結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示，被NEDD8修飾激活的CRL2FEM1B二聚體展現(xiàn)出與自抑制狀態(tài)下的原體1和原體2相似的構(gòu)象。在這種構(gòu)象中，原體1為底物的識別提供了底物識別亞基，而原體2則貢獻(xiàn)了泛素化反應(yīng)所需的催化亞基。相較于CRL2FEM1B單體，這種構(gòu)象有效縮短了催化亞基與底物識別亞基之間的距離，使得泛素化效率得到顯著提升。通過突變實(shí)驗(yàn)和體外泛素化反應(yīng)驗(yàn)證，證實(shí)了此種構(gòu)象確實(shí)能大幅提升對小分子量底物BEX2的泛素化效率。

此外還解析了NEDD8修飾后CRL2FEM1B與大分子量底物FNIP1/FLCN復(fù)合物結(jié)合的結(jié)構(gòu)，并結(jié)合生化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，FNIP1/FLCN復(fù)合物促使NEDD8激活后的CRL2FEM1B二聚體進(jìn)一步解聚，然后通過多個位點(diǎn)的相互作用結(jié)合在CRL2FEM1B的催化亞基與底物識別亞基之間，確保泛素得以順利地催化連接至底物上。

綜上所述，此項(xiàng)研究通過對不同狀態(tài)下CRL2FEM1B結(jié)構(gòu)的深入解析，揭示了多聚化CRL2FEM1B泛素連接酶針對不同尺寸底物的泛素化策略，完善了對CRLs泛素連接酶工作機(jī)理的認(rèn)識，同時也為設(shè)計針對此類泛素連接酶的PROTAC藥物提供了堅實(shí)的結(jié)構(gòu)生物學(xué)依據(jù)。

本網(wǎng)站所有轉(zhuǎn)載文章系出于傳遞更多信息之目的，轉(zhuǎn)載內(nèi)容不代表本站立場。不希望被轉(zhuǎn)載的媒體或個人可與我們聯(lián)系，我們將立即進(jìn)行刪除處理。