近期科学家们在泛素化研究领域取得的新成果！

本文中，小编整理了近期科学家们在泛素化研究领域取得的新成果，与大家一起学习！

【1】Nature：揭示蛋白NEDD8诱导细胞中蛋白泛素化机制

doi：10.1038/s41586-020-2000-y

蛋白在细胞中执行特定任务，但是对蛋白活动的时间控制是至关重要的。当蛋白完成它们的任务时，它们就会被降解。为了进行时间控制，一种称为泛素的标记被附着到不需要的蛋白上，从而使得它们随后遭受降解。尽管将泛素附着到靶蛋白上的复杂分子机器是已知的，但这些分子机器如何进行这种标记过程尚不清楚。在一项新的研究中，来自德国马克斯普朗克生化研究所和美国内华达大学拉斯维加斯分校的研究人员合作揭示了这些分子机器，相关研究结果近期发表在Nature期刊上。

诸如免疫应答或细胞增殖之类的许多细胞过程取决于许多不同的蛋白按照一定的次序发挥作用。为了让细胞正常运行，蛋白必须在完成它们的工作后受到降解。当引起疾病的突变阻止蛋白及时降解时，蛋白可能会在错误的时间起作用，这可导致包括癌症、心脏病和发育障碍在内的疾病。细胞利用泛素对不需要的蛋白进行标记以便它们随后受到降解。这种称为泛素化的标记过程是通过称为E3连接酶的分子机器进行的。重要的是，E3连接酶本身要在细胞中正确的位置和正确的时间被开启和关闭。在所有E3连接酶中，它们的开启开关（on-switch）中的大约三分之一是一种类似于泛素的小蛋白，即NEDD8。

【2】Nature：中美科学家联手揭示军团菌效应蛋白SidJ调节磷酸核糖泛素化机制

doi：10.1038/s41586-019-1439-1

细菌病原体嗜肺军团菌（Legionella pneumophila）使用通过它的Dot/Icm分泌系统递送的数百种效应蛋白广泛地调节宿主细胞功能，从而产生一种允许它复制的细胞内微环境（intracellular niche）。在这些效应蛋白中，SidE家族成员（SidEs）通过一种独特的磷酸核糖泛素化（phosphoribosyl ubiquitination）机制调节多种细胞过程，而且这种机制绕过了经典的泛素化机制，使得不依赖经典的泛素化机制成为可能。

SidEs的活性受到SidJ（另一种Dot/Icm效应蛋白）的调节，但是这种调节的机制尚不完全清楚。在一项新的研究中，来自中国福建师范大学、青岛海洋科学与技术试点国家实验室、吉林大学和美国普渡大学、西北太平洋国家实验室的研究人员证实SidJ通过诱导谷氨酸基团共价结合到SdeA的氨基酸残基E860上来抑制SidEs的活性，其中E860是这种参与泛素活化的单ADP-核糖基转移酶活性的催化残基之一。相关研究结果发表在Nature期刊上。对SidJ的抑制在宿主细胞中受到空间限制，这是因为它的活性需要真核生物特异性的钙调蛋白（CaM）的激活。

【3】Nat Chem Biol：新研究揭示蛋白泛素化的信号传导机制

doi：10.1038/s41589-019-0227-4

人体细胞具有先进的调节系统：用小分子泛素蛋白标记蛋白质。来自慕尼黑工业大学（TUM）的团队成功地在试管和活细胞中以有针对性的方式用泛素标记蛋白质。泛素分子包含76个氨基酸的序列，使其成为相对较小的生物分子。但它的影响是深远的：与蛋白质结合的泛素分子的类型，位置和数量决定了它们在细胞内的稳定性，功能和位置。

实际上，细胞中的每个过程都直接或间接地受到泛素的影响。这就是为什么这种标记机制的功能障碍与癌症和许多其他严重疾病的发展和进展有关，”作者解释道。2004年诺贝尔化学奖授予了这种细胞调节系统在控制蛋白质降解中发挥重要作用的发现。但是，在许多情况下，泛素修饰如何影响细胞功能的细节仍不清楚。 在最近这项研究中，作者使用一种含有修饰氨基酸分子，使得细菌衍生的酶可以标记泛素分子。“最大的挑战是将非天然氨基酸并入目标蛋白质中，并通过泛素转移酶进行泛素化标记，这样它们不仅可以在试管中发挥作用，而且还可以在试在活细胞中发挥作用“。该研究的第一作者马克西米利安福特纳回忆说。

【4】Cell Death Different：揭示去泛素化酶OTUB1调控PD-L1稳定性和肿瘤免疫逃逸的作用和分子机制

doi：10.1038/s41418-020-00700-z

近日Cell Death & Differentiation期刊在线发表了生命科学学院郑晓峰研究组的题为“Deubiquitinating enzyme OTUB1 promotes cancer cell immunosuppression via preventing ER-associated degradation of immune checkpoint protein PD-L1”的长篇研究文章。该研究发现去泛素化酶OTUB1通过调控免疫检查点蛋白PD-L1的泛素化修饰来抑制PD-L1在内质网的降解，揭示了OTUB1-PD-L1信号途径在调节肿瘤细胞免疫逃逸中的关键作用，表明特异性抑制OTUB1的活性和功能可能成为肿瘤免疫治疗的潜在靶标。

程序性死亡配体1（PD-L1）和受体分子PD-1是免疫检查点阻断治疗中的重要靶点。肿瘤细胞表面高表达的PD-L1分子与T细胞膜表面的PD-1特异性结合后抑制T细胞的活性和功能，进而促进肿瘤细胞逃避免疫系统的监视。因此，靶向PD-L1与PD-1两者相互作用的抗体具有阻碍肿瘤细胞免疫逃逸的作用。目前这种策略在部分癌症中取得了较好的临床治疗效果，但大多数患者对PD-1/PD-L1抗体阻断疗法仅显示15％-25％的有效率。所以，系统地揭示调控PD-L1表达水平的分子机制有助于进一步寻找提高临床疗效的策略。

【5】Nature：液-液相分离调控染色质泛素化修饰

doi：10.1038/s41586-020-2097-z

细胞核是一个复杂的奇迹，它是细胞的指挥中心，包含着信息、代码和受控访问。但是与人造指挥中心不同的是，在科学家们看来，细胞核的内部是混乱的。染色体是遗传信息的载体，漂浮在水、蛋白、核酸和其他分子的海洋中，这些分子全都参与无数同时发生的反应。这些反应的主要目标是在正确的时间和地点开启和关闭基因。这个过程称为基因调节，可让脑细胞的外观和行为不同于肌肉细胞或肝细胞。生物学上的一个关键问题是它是如何工作的，换句话说，特定的蛋白如何聚集在特定的基因上以开启和关闭它。试图煞费苦心地分析此类“基因开关”的科学家们希望获得一种易于理解的简单设备---带有按钮的机械开关。但是，自然界找到了一种不同的解决方案，令人惊讶的是，这种解决方案是液体。

DNA被折叠成染色质，染色质主要由包裹在组蛋白周围的DNA组成。酶可以修饰组蛋白，因而影响染色质结构，这接着影响基因是否活跃。在一项新的研究中，奥地利维也纳医科大学的研究人员报道作为一种利用泛素修饰组蛋白的酶，Bre1以一种特殊的物质状态存在。Bre1结合另一种称为Lge1的蛋白。在在显微镜下观察时，Lge1表现出不同寻常的行为：Lge1形成液滴，这些液滴碰撞并聚结在一起。相关研究结构近期发表在Nature期刊上。

【6】Nature：开发出泛素剪切技术，提供关于泛素信号转导的新见解

doi：10.1038/s41586-019-1482-y

澳大利亚的研究人员是世界上最早接触到一种了解复杂变化的新方法的人之一，这些变化控制着蛋白在健康和疾病中如何在我们的细胞中发挥功能。这种称为泛素剪切（ubiquitin clipping）的新型蛋白质组学技术允许人们构建蛋白如何被一种称为泛素化的过程修饰的高分辨率图谱。这种技术为理解泛素化在细胞中的作用提供了新的细节水平，并且可能揭示导致包括癌症、炎症和神经退行性疾病在内的一系列疾病的微妙变化。相关研究结果发表在Nature期刊上。

一种新的蛋白质组学技术被开发出来，旨在研究蛋白泛素化，即细胞中能够影响它们功能的蛋白修饰。这种称为泛素剪切的技术能够让人们以前所未有的细节构建蛋白泛素化图谱。如今，泛素剪切是在沃尔特与伊丽莎-霍尔医学研究所建立的，这能够让澳大利亚科学家们研究泛素信号转导的新方面，包括它与一系列疾病之间的关联性。

【7】Cell Res：武汉大学生科院发现去泛素化过程介导抗病毒免疫应答新机制

doi：10.1038/s41422-018-0107-6

在固有免疫应答中，宿主的模式识别受体（PRR）检测病原体的抗原 相关分子模式（PAMP）是启动应答的第一步。病毒核酸是典型的PAMP，能够被RLR、TLR和NLR等受体分子识别，随后触发信号转导导致I型干扰素和促炎症细胞因子的表达和释放。MAVS是介导细胞抗病毒应答的重要接头分子，之前研究表明这个蛋白的活性和稳定性受到泛素化修饰的广泛调控。但是MAVS的去泛素化过程如何受到调控还不清楚。来自武汉大学生科院的研究人员最近在国际学术期刊Cell Research上报道了他们关于MAVS去泛素化参与细胞抗病毒应答的最新进展。

在这项研究中，研究人员发现OTUD4（ovarian tumor family deubiquitinase 4）能够靶向MAVS进行去泛素化。病毒感染导致IRF3/7依赖性的OTUD4上调，OTUD4能够与MAVS发生相互作用移除K48连接的多聚泛素链，因此维持MAVS的稳定性并促进细胞内的抗病毒信号。

【8】JCI：泛素化修饰让前列腺癌更容易发生转移

doi：10.1172/JCI96060

受体酪氨酸激酶是癌症的重要驱动因素。除了基因的异常改变，野生型受体酪氨酸激酶的异常激活也会促进癌症进展。但是受体酪氨酸激酶如何促进前列腺癌，隐藏其中的机制目前仍然不明确。最近来自美国贝勒医学院的华人科学家Ping Yi等人发现一种泛素化修饰能够导致受体酪氨酸激酶活性异常促进前列腺癌转移。在这项研究中，研究人员发现受体酪氨酸激酶上发生的非降解功能泛素化修饰能够调节其激酶活性促进受体酪氨酸激酶介导的前列腺癌转移。TRAF4是一个E3泛素连接酶，在发生转移的前列腺癌中高水平表达。研究人员发现TRAF4介导的泛素化修饰是调节RTK介导的前列腺癌转移的重要因素。

研究进一步发现受体酪氨酸激酶TrkA作为TRAF4靶向泛素化修饰的一个底物能够促进癌细胞的侵袭，并且抑制TrkA活性可以阻止TRAF4依赖性的细胞侵袭。TRAF4能够对TrkA的激酶结构域进行K27和K29连接的泛素化修饰，增加其激酶活性。研究表明TRAF4靶向泛素化位点发生突变可以消除TrkA酪氨酸的自磷酸化阻断与下游蛋白的相互作用，敲低TRAF4也能够抑制神经生长因子刺激导致的TrkA下游p38 MAPK激活以及侵袭性相关基因的表达。更进一步的结果表明，在前列腺癌病人体内TRAF4表达水平的升高与神经生长因子刺激下侵袭性相关基因表达的升高存在显著相关性，这表明该信号轴在肿瘤发生过程中发生了显著激活。

【9】Cell：揭示病原菌对宿主蛋白进行新型泛素化修饰的分子机制

doi：10.1016/j.cell.2018.04.023

近日，Cell杂志在线发表了中国科学院生物物理研究所高璞课题组与纽约大学合作的研究论文Structural Insights into Non-canonical Ubiquitination Catalyzed by SidE。该工作解析了来源于高致病性嗜肺军团菌（Legionella pneumophila）的新型泛素化酶SidE与ubiquitin和配体的多个复合物的高分辨率晶体结构，并结合大量的生化实验和突变体分析，揭示了SidE同ubiquitin及其配体的新颖互作方式和催化机制。

泛素化修饰调控着真核细胞几乎所有的生命活动。在与宿主的长期博弈过程中，病原菌进化出了多种方式来干预宿主的泛素修饰系统，从而达到增强侵染效率和逃避免疫监视的目的。以往报道的泛素化修饰（不论是宿主自身的，或是病原参与的），均是通过经典的E1-E2-E3三酶级联反应进行催化。而近期鉴定的来源于嗜肺军团菌的SidE家族却可以对多种宿主蛋白进行非典型的泛素化修饰。该家族有四个成员：SidE、SdeA、SdeB及SdeC，其结构域从N端到C端分别为DUB结构域、PDE结构域、mART结构域及coil-coil结构域。在经典的泛素修饰系统中，通过E1-E2-E3的级联反应，在ATP及Mg离子存在下，将ubiquitin的C末端共价连接到底物蛋白的赖氨酸上。

【10】Autophagy：新技术帮助科学家们观察蛋白泛素化过程

doi：10.1080/15548627.2017.1407889

稳态调节指的是细胞进化出复杂的系统，从在外界环境的刺激下维持内在稳定以及生理上的健康与平衡。这些系统对于细胞在压力状态下的反应尤其重要。举例来说，当细胞受到极限温度、紫外照射等刺激下，如果不能够保持稳态，就很容易发生病变。细胞自噬是细胞维持稳态平衡的关键过程。自噬过程能够降解细胞中的有毒成分。举例来说，自噬作用能够清除错误折叠的蛋白，这一过程如果无法顺利进行，将会导致蛋白的沉积。

根据最近发表在《Autophagy》杂志上的一篇文章，来自日本的研究者们描述了一种新的方法，该方法能够揭示自噬作用的分子机制。他们的研究重点在于泛素蛋白，即该过程的关键信号分子。泛素蛋白能够与细胞中的其它蛋白相互结合，例如错误折叠的蛋白质，然后靶向降解。泛素是以重复的单位与目的蛋白进行连接的，从而使得自噬系统能够识别。这种多步骤的过程叫做泛素化。蛋白质表面能够形成许多复杂的泛素链，但只有其中一小部分类型得到了详细的研究。（生物谷Bioon.com）

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