最新《Nature》泛素链形成机制首次获进展

　　

生物通报道，Howard Hughes医学研究所生物学系分部，加州技术研究所化学与化学工程研究分部的科学家最近在泛素化研究方面取得新的进展，相关成果文章公布在最新一期的Nature杂志上。

 

文章通讯作者是来自霍华休斯医学院的Raymond Deshaies教授，主要从事泛素-蛋白酶体系统（ubiquitin-proteasome system，UPS）对细胞蛋白降解以及细胞分化的调控机制的研究。

 

泛素(ubiquitin)是一种存在于大多数真核细胞中的小蛋白。它的主要功能是标记需要分解掉的蛋白质，使其被水解。泛素化是一个重要的翻译后修饰过程，控制蛋白质的稳定性、定位和活性。当附有泛素的蛋白质移动到桶状的蛋白酶的时候，蛋白酶就会将该蛋白质水解。泛素也可以标记跨膜蛋白，如受体，将其从细胞膜上除去。需要被蛋白酶体降解的蛋白质会先被连接上泛素作为标记，即蛋白质上的一个赖氨酸与泛素之间形成共价连接。这一过程是一个三酶级联反应，即需要有由三个酶E1、E2、E3参与。

 

细胞内蛋白泛素化经由泛素-蛋白酶体途径实现。在这个过程中，一系列酶（E1、E2和E3）调控泛素链的组合体，而且当正确的泛素化发生之后，一个冗余的或受损的蛋白就会被蛋白酶体破坏掉。泛素链形成的机制尚不清楚。

 

Ray Deshaies及其同事利用生物化学和计算方法以毫秒分辨率对泛素链的形成进行了研究。他们的发现支持这样的假设：泛素链是通过单个泛素链分子的依序转移在基质上构建的。

 

研究发现一个新的基因（RING）E3酶SCFCdc4和SCFβ-TrCP与E2Cdc34共同作用通过在单个泛素化分子上的转移构建泛素链通路。

 

这项工作应有助于寻找以泛素化酶为目标的治疗方法。该研究首次获得RING泛素化链接的机制，为定量研究泛素链模式打下基础。

（生物通 小茜）

生物通推荐原文检索

Nature 462, 615-619 (3 December 2009) | doi:10.1038/nature08595; Received 25 September 2009; Accepted 19 October 2009

 

Detection of sequential polyubiquitylation on a millisecond timescale

Nathan W. Pierce1, Gary Kleiger1, Shu-ou Shan2,3 & Raymond J. Deshaies1,3

 

Howard Hughes Medical Institute, Division of Biology, MC 156-29,

Division of Chemistry and Chemical Engineering, MC 147-75, California Institute of Technology, 1200 East California Boulevard, Pasadena, California 91125, USA

These authors contributed equally to this work.

Correspondence to: Raymond J. Deshaies1,3 Correspondence and requests for materials should be addressed to R.J.D. (Email: [e-mail]).

 

【Abstract】

The pathway by which ubiquitin chains are generated on substrate through a cascade of enzymes consisting of an E1, E2 and E3 remains unclear. Multiple distinct models involving chain assembly on E2 or substrate have been proposed. However, the speed and complexity of the reaction have precluded direct experimental tests to distinguish between potential pathways. Here we introduce new theoretical and experimental methodologies to address both limitations. A quantitative framework based on product distribution predicts that the really interesting new gene (RING) E3 enzymes SCFCdc4 and SCF-TrCP work with the E2 Cdc34 to build polyubiquitin chains on substrates by sequential transfers of single ubiquitins. Measurements with millisecond time resolution directly demonstrate that substrate polyubiquitylation proceeds sequentially. Our results present an unprecedented glimpse into the mechanism of RING ubiquitin ligases and illuminate the quantitative parameters that underlie the rate and pattern of ubiquitin chain assembly.