ASB9-CUL5泛素连接酶介导的组蛋白泛素化机制

《Molecular & Cellular Proteomics》：The Mechanism of Histone Ubiquitylation by the ASB9-CUL5 Ubiquitin Ligase

研究揭示了ASB9-Cullin5-RING盒蛋白复合物（ASB9-CRL5）作为组蛋白H3和H4的E3连接酶，无需RBR辅助即可快速进行多泛素化修饰（K48和K63链），从而靶向降解游离组蛋白。该发现首次证实CRL5介导的泛素化机制中存在RBR非依赖性途径，并关联到精子发育中的组蛋白代谢调控。

　　这项研究揭示了E3泛素连接酶ASB9-CRL5在调控组蛋白降解中的新角色。ASB9是一种包含ankyrin结构域和SOCS-box的蛋白质，能够与Cullin 5（CUL5）形成复合物，进而识别并泛素化特定的底物。之前的研究已经表明，ASB9-CRL5可以通过泛素化来降解代谢酶如肌酸激酶B（CKB），而泛素化过程需要环间连接酶ARIH2的参与。然而，这项研究发现，当处理组蛋白时，ASB9-CRL5的泛素化作用并不依赖于ARIH2，这是首次报道不需要环间连接酶辅助的CUL5介导的泛素化反应。

组蛋白是构成染色质的重要成分，其在细胞内的水平受到严格调控。当组蛋白在核小体中积累时，可能会导致基因组不稳定性，进而引发细胞死亡。因此，组蛋白的泛素化和降解对于维持基因组稳定性至关重要。研究发现，组蛋白H3和H4在ASB9-CRL5的泛素化作用下被快速多泛素化，而H2A和H2B则泛素化效率较低。这一结果表明，ASB9-CRL5对组蛋白的泛素化具有一定的底物特异性，且仅作用于自由的、非核小体结合的组蛋白H3和H4。

通过荧光各向异性实验，研究人员评估了ASB9-CRL5与不同组蛋白之间的结合亲和力。结果显示，ASB9-CRL5对H3和H4的结合亲和力显著高于H2A和H2B，且在CUL5发生neddylation（泛素样修饰）后，结合亲和力进一步增强。这表明，neddylation可能在促进ASB9-CRL5与组蛋白的相互作用中起到关键作用。此外，研究还发现，当组蛋白与组蛋白伴侣Asf1结合时，它们无法被ASB9-CRL5泛素化，这说明只有未结合于核小体的自由组蛋白才会成为ASB9-CRL5的底物。

在质谱分析中，研究人员进一步确定了被泛素化的组蛋白特定位点。结果表明，H3和H4主要在K48和K63位点发生泛素化，这两种泛素链类型通常与蛋白质的降解相关。相比之下，H2A和H2B的泛素化程度较低，且某些位点未被泛素化。这些结果支持了ASB9-CRL5通过多泛素化将H3和H4靶向至蛋白酶体降解的假设。

此外，研究还指出，ASB9主要在睾丸中表达，而睾丸是精子发生过程中组蛋白降解的关键场所。在精子成熟过程中，组蛋白的降解有助于核小体结构的解体，从而为精子头中的染色质压缩提供必要的条件。因此，ASB9-CRL5可能在精子形成过程中发挥重要作用，其泛素化功能可能与正常精子发生和染色质结构的建立有关。

研究结果还表明，尽管大多数CUL5的底物需要ARIH2的帮助进行泛素化，但ASB9-CRL5在泛素化组蛋白时并不依赖ARIH2，这为理解CUL5与其他E3连接酶之间的相互作用提供了新的视角。这一发现不仅拓展了我们对CUL5功能的认识，还揭示了ASB9在细胞中可能的其他作用机制。

总体而言，这项研究通过一系列实验验证了ASB9-CRL5对组蛋白H3和H4的泛素化作用，展示了其在细胞内调控组蛋白水平和维持基因组稳定性中的新功能。这些发现为理解组蛋白动态调控机制提供了重要的基础，并为相关疾病的治疗策略提供了潜在的靶点。