揭示蛋白NEDD8誘導(dǎo)細(xì)胞中蛋白泛素化機(jī)制

蛋白在細(xì)胞中執(zhí)行特定任務(wù)，但是對蛋白活動的時間控制是至關(guān)重要的。當(dāng)?shù)鞍淄瓿伤鼈兊娜蝿?wù)時，它們就會被降解。為了進(jìn)行時間控制，一種稱為泛素的標(biāo)記被附著到不需要的蛋白上，從而使得它們隨后遭受降解。盡管將泛素附著到靶蛋白上的復(fù)雜分子機(jī)器是已知的，但這些分子機(jī)器如何進(jìn)行這種標(biāo)記過程尚不清楚。

在一項新的研究中，來自德國馬克斯普朗克生化研究所和美國內(nèi)華達(dá)大學(xué)拉斯維加斯分校的研究人員合作揭示了這些分子機(jī)器，相關(guān)研究結(jié)果近期發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“NEDD8 nucleates a multivalent cullin–RING–UBE2D ubiquitin ligation assembly”。

諸如免疫應(yīng)答或細(xì)胞增殖之類的許多細(xì)胞過程取決于許多不同的蛋白按照一定的次序發(fā)揮作用。為了讓細(xì)胞正常運(yùn)行，蛋白必須在完成它們的工作后受到降解。當(dāng)引起疾病的突變阻止蛋白及時降解時，蛋白可能會在錯誤的時間起作用，這可導(dǎo)致包括癌癥、心臟病和發(fā)育障礙在內(nèi)的疾病。

控制蛋白降解

細(xì)胞利用泛素對不需要的蛋白進(jìn)行標(biāo)記以便它們隨后受到降解。這種稱為泛素化的標(biāo)記過程是通過稱為E3連接酶的分子機(jī)器進(jìn)行的。重要的是，E3連接酶本身要在細(xì)胞中正確的位置和正確的時間被開啟和關(guān)閉。在所有E3連接酶中，它們的開啟開關(guān)（on-switch）中的大約三分之一是一種類似于泛素的小蛋白，即NEDD8。

NEDD8控制對其他蛋白的關(guān)閉

盡管這些蛋白降解機(jī)器的各個組成部分是已知的，但尚不清楚NEDD8如何開啟E3連接酶并能夠用泛素標(biāo)記靶蛋白。論文通訊作者、馬克斯普朗克生化研究所分子機(jī)器與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系主任Brenda Schulman說，“這尤其重要，這是因為抗癌臨床試驗中有阻斷NEDD8的藥物，并且某些傳染性細(xì)菌會操縱NEDD8來干擾細(xì)胞過程。”

Schulman和她的團(tuán)隊如今破譯了這種泛素化的分子機(jī)制。Schulman說，“我們研究了NEDD8開啟E3連接酶的作用方式。我們發(fā)現(xiàn)NEDD8如何誘導(dǎo)E3分子機(jī)器將泛素標(biāo)記帶到它的靶標(biāo)上。這是細(xì)胞中的蛋白不再需要時在適當(dāng)?shù)臅r間關(guān)閉它們的關(guān)鍵。”

通過使用化學(xué)技術(shù)和低溫電鏡技術(shù)，Schulman團(tuán)隊成功地觀察到了在泛素化過程中一種重要的被NEDD8激活的E3連接酶。論文**作者Kheewoong Baek解釋說，“為此，我們仔細(xì)研究了這種標(biāo)記過程中的每個步驟。這種自然發(fā)生的過程在不到一秒鐘的時間內(nèi)發(fā)生，此后這種分子標(biāo)記機(jī)器會瓦解。捕獲這種通常短壽命狀態(tài)的過程尤其困難。”

E3連接酶分子機(jī)器控制許多細(xì)胞過程。Schulman說，“這個被破譯的機(jī)制不僅解釋了正常的過程和在某些因發(fā)生突變導(dǎo)致E3連接酶分子機(jī)器失效的癌癥中什么地方出錯了，而且還可以作為開發(fā)用泛素標(biāo)記不想要蛋白的治療方法的指南。我們希望，從長遠(yuǎn)來看，這可能幫助降解導(dǎo)致癌癥的蛋白。”