高产华人科学家Nature揭示多面调控机制

　　

生物通报道  由华人科学家郑宁（Ning Zheng）领导的一个华盛顿大学研究小组，揭示了哺乳动物隐花色素（CRY）一个泛素化多层面调控机制。研究论文发表在3月17日的《自然》（Nature）杂志上。

郑宁现为华盛顿大学副教授、霍华德休斯医学研究所研究员，其长期从事泛素化机理及其关键蛋白质结构研究，取得一系列重要成果。在Cell、Nature和Science等国际权威杂志上发表多篇研究论文。近年来解析的重要蛋白质包括泛素蛋白质连接酶E3中的cCbl-UbcH7（2000年，cell），Cul1-Rbx1-Skp1-F boxskp2 SCF复合物（2002，nature），DDB1-Cul4A（cell，2006），生长素受体TIR1（nature，2007），组蛋白H2B去泛素化酶SAGA（cell，2010），茉莉酸受体COI1-JAZ（nature，2010），钠通道（nature，2011）。其中有三篇文章成为杂志的封面故事进行推荐。

隐花色素（CRYs）是一类进化上保守的FAD结合蛋白，与DNA光裂解酶具有密切序列同源性，广泛地存在于植物和动物王国中。利用FAD作为生色团，植物隐花色素发挥蓝光受体作用，调控植物生长和发育过程中广泛的光反应。在动物中，隐花色素被分为两类。I型隐花色素，例如黑腹果蝇CRY，能够维持蓝光敏感性，在昆虫昼夜节律生物钟光传输中发挥重要作用。而II型隐花色素则对光不敏感，进化为分子钟的核心组成部分。

哺乳动物CRYs，作为II型隐花色素，可以与PERs、CLOCK和BMAL1协同作用，构成一个转录负反馈环，呈24小时昼夜节律周期性振荡。在这一分子钟表装置中，CLOCK和BMAL1异二聚体化，激活CRY和PER基因转录，CRY和PER基因编码蛋白转而在细胞质中形成复合物，易位到细胞核中，通过结合和抑制CLOCK–BMAL1从而抑制自身基因表达。在哺乳动物中，这一基础时钟线路驱动了大脑中主时钟和全身外周时钟的昼夜节律性振荡。主时钟通过例如摄食行为、体温和激素分泌等多种机制，与视网膜感知的光暗循环同步，并调整外周组织中的时钟。

尽管它们的功能存在差异。许多植物和动物的隐花色素功能上都与蛋白质泛素化和降解相关。此外，近来一些生物化学和遗传学研究证实，哺乳动物CRYs在功能上也与泛素-蛋白酶体系统有关联。SCFFBXL3泛素连接酶复合体通过促进CRYs泛素化和降解调控了时钟。

作为时钟线路的一个组成部分，SCFFBXL3催化的CRY降解受到严格地调控。研究证实，AMPK可磷酸化小鼠CRY1，并通过促进CRY1结合FBXL3而加速其降解。此外，近期通过昼夜节律化合物筛查研究，发现了一个周期延长小分子，能够与FAD竞争结合CRY，通过抑制它们泛素化而稳定CRYs。这些化合物的活性表明，SCFFBXL3介导的CRY泛素化作用或许可通过FAD辅因子进行调节。为了了解哺乳动物CRYs和CRY–FBXL3互作的调控机制，填补缺失的结构框架，研究人员聚焦了三种不同功能形式的哺乳动物CRY2的晶体结构。

研究人员发现，不同于其他已知结构的隐花色素，哺乳动物CRY2利用一种开放性辅因子口袋动态结合FAD。F-box蛋白FBXL3通过用保守的羧基端尾部占据它的FAD结合口袋，并掩藏它的PER结合界面从而捕获了CRY2。这一新型的F-box蛋白-底物双重互作对FAD和PERs破坏均敏感，为药物靶向这一复合物提供了一条新的途径，并揭示了一个CRY泛素化多层面调控机制。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

SCFFBXL3 ubiquitin ligase targets cryptochromes at their cofactor pocket

The cryptochrome (CRY) flavoproteins act as blue-light receptors in plants and insects, but perform light-independent functions at the core of the mammalian circadian clock. To drive clock oscillations, mammalian CRYs associate with the Period proteins (PERs) and together inhibit the transcription of their own genes. The SCFFBXL3 ubiquitin ligase complex controls this negative feedback loop by promoting CRY ubiquitination and degradation. However, the molecular mechanisms of their interactions and the functional role of flavin adenine dinucleotide (FAD) binding in CRYs remain poorly understood……