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NIBS饶枫研究组《PNAS》解析泛素链接酶作用新机制

2016.3.17

   2016年3月15日,北京生命科学研究所饶枫实验室与约翰霍普金斯大学Snyder实验室合作在《PNAS》杂志上在线发表题为“Inositol hexakisphosphate (IP6) generated by IP5K mediates Cullin-COP9 signalosome interactions and CRL function”的研究论文。该论文报道了体内小分子六磷酸肌醇衔接Cullin E3泛素链接酶及其抑制剂COP9信号复合体的功能。

  Cullin 家族的E3泛素连接酶介导百分之二十体内蛋白底物的泛素化,对蛋白质组的平衡起不可或缺的作用。通过这些泛素化底物,Cullins调控细胞增殖/凋亡和 DNA 修复,从而促进肿瘤的发生发展,是新兴的肿瘤研发靶向 (Nat Rev Drug Discov 2014 13, 889-)。为避免无用甚至有害的泛素化,Cullins的酶活需要被严密的调控。COP9信号复合体和Cullins相互作用,并通过去类泛素化修饰 Neddylation抑制Cullins。然而,敲除或沉默COP9信号复合体并没有导致Cullin酶活升高。相反,Cullins的功能需要 COP9信号复合体的配合。所以,体内应当存在一个让COP9信号复合体和Cullin在适当信号条件下分离和重新结合的机制。找到这个分子开关对研究 Cullin的激活机制至关重要,也是一个困扰领域十多年的难题 (Nat Cell Biol 2003 5, 1029)。

  为了找到 这个分子开关,饶枫实验室首先在体外纯化并表征了COP9和Cullins的相互作用原理,发现COP9信号复合体第二亚基 (CSN2)的N-端富含酸性氨基酸残基,和Cullin C-端的一个碱性结构域产生静电相互作用。根据这个发现,研究人员假设了带强负电的六磷酸肌醇会和CSN2竞争,却意外的发现纳摩尔浓度的六磷酸肌醇就可 使CSN2和Cullin的作用力增强30倍。进一步的研究显示细胞内合成六磷酸肌醇的五磷酸肌醇激酶和Cullins互作,局部产生六磷酸肌醇来衔接 Cullin和COP9信号复合体。相应地,在五磷酸肌醇激酶敲低的细胞里,Cullin的Neddylation修饰比例上升,Cullin被异常激 活,从而导致细胞增殖缓慢,并对紫外和Neddylation抑制剂都异常敏感。这些实验结果证明六磷酸肌醇是Cullin-COP9复合物分子间的“胶 水”,并为五磷酸肌醇激酶作为抗肿瘤联合治疗的靶向提供理论依据。不仅如此,六磷酸肌醇激酶进一步把六磷酸肌醇催化为焦(七)磷酸肌醇,从而分离 Cullin和COP9信号复合体。所以,多磷酸肌醇分子的动态转换是COP9信号复合体和Cullin分离和重新结合的分子开关。这一发现为研究控制 Cullin酶活的上游/胞外信号提供新思路。

  饶枫实验室科研助理丁彦和刘智清为本文共同第一作者和第二作者;饶枫博士与Snyder博士为本文的共同通讯作者。其它作者包括霍普金斯大学的博士生 Paul Scherer(共同第一作者),Jing Xu和James Barrow博士;华盛顿大学的Haibin Mao 和 Ning Zheng博士,以及耶鲁大学的Ning Wei博士。此项研究工作受到科技部973计划和北京市科委的资助。

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