CRL3泛素連接酶動態(tài)調(diào)控底物降解的作用機制

蛋白質(zhì)的泛素化修飾在真核細胞的生命進程中扮演核心角色。Cullin-RING E3泛素連接酶（CRLs）作為泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（UPS）中的關鍵組成部分，是哺乳動物細胞內(nèi)最大的E3酶家族，負責特異性識別、泛素化并降解底物蛋白，從而精密調(diào)控多種生理過程。CRL3作為其中一類重要亞型，特異性地利用BTB結(jié)構(gòu)域蛋白作為底物適配子。人類基因組編碼超過180種BTB蛋白，CRL3復合物廣泛參與糖脂代謝、癌癥發(fā)生、細胞周期及發(fā)育等重要生物學事件。然而，由于CRL3結(jié)構(gòu)復雜，其分子架構(gòu)與催化機制仍存在大量未知。

2024年2月8日，復旦大學生物醫(yī)學研究院孫蕾研究員、陳振國研究員團隊與美國德克薩斯大學西南醫(yī)學中心Bruce Beutler院士合作，在《Nature Structural & Molecular Biology》上發(fā)表了題為“Dynamic molecular architecture and substrate recruitment of cullin3–RING E3 ligase CRL3KBTBD2”的研究論文。該研究以CRL3KBTBD2對p85α的特異性招募為模型，系統(tǒng)解析了該E3連接酶在催化循環(huán)中的動態(tài)結(jié)構(gòu)變化與功能機制。

2. CRL3 KBTBD2的催化循環(huán)涉及哪些動態(tài)結(jié)構(gòu)狀態(tài)？
本研究成功解析了CRL3 KBTBD2在多個功能狀態(tài)下的高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，包括自組裝、底物招募（與p85α結(jié)合）、活化（NEDD8修飾）、去活化（與CSN結(jié)合）及底物受體交換（與CAND1結(jié)合）等七種狀態(tài)，構(gòu)建了迄今為止最完整的CRL3催化循環(huán)模型。

值得注意的是，KBTBD2本身具有二聚化能力，使得CRL3 KBTBD2可形成四聚、六聚甚至八聚體的高級結(jié)構(gòu)，其酶活中心在未結(jié)合底物時處于遮蔽狀態(tài)。而在與p85α、NEDD8或CSN等因子結(jié)合后，復合體逐步解離為活性二聚體形式，暴露出底物結(jié)合及催化位點。

3.CRL3如何特異性識別并招募全長底物蛋白？
闡明CRLs家族對底物的識別機制一直面臨巨大挑戰(zhàn)。該研究首次系統(tǒng)性揭示了CRL3 KBTBD2與全長p85α蛋白的互作模式：KBTBD2通過其BTB-BACK與Kelch結(jié)構(gòu)域協(xié)同作用，與p85α形成多界面結(jié)合，為底物識別提供高親和力與特異性。該工作填補了CRLs招募全長底物的結(jié)構(gòu)機制空白，為理解E3連接酶的底物選擇性提供了新視角。

值得關注的是，同期《Nature Structural & Molecular Biology》推出了“泛素化”專題，發(fā)表了多篇相關研究及評論，反映出該領域在機制探索與臨床應用方面的持續(xù)活躍與重要性。

結(jié)語
泛素-蛋白酶體系統(tǒng)在維持蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)和細胞功能中發(fā)揮核心作用，其失調(diào)與多種重大疾病密切相關。目前，以該系統(tǒng)為靶點的藥物研發(fā)已在腫瘤治療中取得實質(zhì)性進展，包括蛋白酶體抑制劑、去泛素化酶抑制劑和泛素化酶調(diào)節(jié)劑等多類化合物。未來研究將繼續(xù)深化對該系統(tǒng)調(diào)控機制的理解，推動更具選擇性和高效性的治療策略的開發(fā)。

產(chǎn)品信息


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