USP13通过去泛素化稳定MKK3驱动结直肠癌进展的新机制

《Molecular Biomedicine》：Ubiquitin-specific protease 13 promotes colorectal cancer progression by stabilizing mitogen-activated protein kinase kinase 3

本研究针对结直肠癌(CRC)中异常信号通路的调控机制，揭示了去泛素化酶USP13通过特异性去除MKK3蛋白K48连接的多泛素化修饰，从而稳定MKK3并激活p38/MAPK信号通路，促进结直肠癌恶性进展的分子机制。研究人员通过基因编辑、动物模型和临床样本分析，证实USP13-MKK3-p38轴在CRC中的关键作用，为靶向该通路提供了新的治疗策略。

　　

结直肠癌是全球第三大常见恶性肿瘤，也是癌症相关死亡的第二大原因，其发病机制与多种信号通路的异常激活密切相关。尽管Wnt/β-catenin、RAS/RAF/MEK/ERK等通路在结直肠癌中的作用已被广泛研究，但p38丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路的调控机制，特别是其上游激酶MKK3的稳定性调控，仍有许多未知之处。蛋白泛素化修饰作为重要的翻译后调控方式，在肿瘤发生发展中发挥关键作用，然而针对MKK3的泛素化修饰及其调控因子尚未有系统研究。

在这项发表于《Molecular Biomedicine》的研究中，Chang等科研人员系统探讨了去泛素化酶USP13在结直肠癌中的功能及其分子机制。为了全面解析USP13的生物学功能，研究团队采用了多种关键技术方法，包括基因编辑技术(CRISPR/Cas9)构建USP13和MKK3敲除细胞系、免疫共沉淀和蛋白质免疫印迹分析蛋白相互作用、体内外功能实验(细胞增殖、迁移、侵袭和裸鼠移植瘤模型)验证表型、临床样本分析(30例结直肠癌患者组织)进行相关性验证，以及 ubiquitination assay 明确泛素化修饰类型。

USP13促进结直肠癌进展

研究人员首先通过生物信息学分析发现USP13在结肠腺癌中显著高表达。随后通过体外实验证实，过表达USP13能够显著增强结直肠癌细胞的增殖、迁移和侵袭能力，而敲除USP13则产生相反效果。重要的是，USP13的促癌功能依赖于其去泛素化酶活性，因为催化失活突变体(USP13-AE)无法产生类似效应。体内实验进一步验证了USP13对肿瘤生长的促进作用。

USP13与MKK3相互作用

通过信号通路筛选，研究人员发现USP13能够特异性激活MAPK信号通路中的p38磷酸化。进一步的机制研究表明，USP13直接与MKK3结合，这种相互作用依赖于USP13的UBA结构域和MKK3的C端区域。值得注意的是，USP13与MKK3的结合受到MKK3磷酸化状态的调控，组成型活性突变体MKK3-EE与USP13的结合能力更强。

USP13促进MKK3的稳定性

研究发现USP13通过去泛素化作用稳定MKK3蛋白水平。USP13能够特异性去除MKK3上的K48连接多泛素化链，从而抑制MKK3通过蛋白酶体途径降解。环己酰亚胺(CHX)追踪实验显示，USP13过表达显著延长了MKK3的半衰期。

USP13靶向MKK3进行去泛素化

深入的生化分析表明，USP13特异性作用于MKK3的第32位赖氨酸(K32)残基，去除其K48连接的多泛素化修饰。MKK3-K32R突变体不仅表现出更强的稳定性，还显著增强了结直肠癌细胞的恶性表型。

MKK3促进结直肠癌进展

功能实验证实MKK3在结直肠癌中发挥促癌作用。过表达MKK3显著增强细胞增殖、迁移和侵袭能力，而敲除MKK3则抑制这些恶性表型。组成型活性突变体MKK3-EE表现出更强的促癌能力。

阻断K32泛素化稳定MKK3并促进结直肠癌

MKK3-K32R突变体表现出增强的USP13结合能力和蛋白稳定性，显著促进结直肠癌细胞的增殖、克隆形成和迁移能力。

MKK3缓解USP13缺失诱导的表型

回补实验证明，重新引入MKK3能够有效挽救USP13敲除导致的细胞增殖、迁移能力下降。特别是组成型活性突变体MKK3-EE表现出更强的挽救能力。

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USP13-MKK3-p38促进肿瘤形成

动物实验表明，USP13敲除小鼠的肿瘤生长显著受到抑制。临床样本分析显示，USP13和MKK3在结直肠癌组织中显著高表达，且两者表达水平呈正相关。

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本研究首次系统揭示了USP13作为MKK3的特异性去泛素化酶，通过去除MKK3 K32位点的K48连接多泛素化修饰，稳定MKK3蛋白并激活p38/MAPK信号通路，从而促进结直肠癌进展的分子机制。研究发现了一个独特的正反馈调控环路：MKK3的磷酸化状态不仅影响其稳定性，还调控其与USP13的相互作用，形成"激活-去泛素化-再激活"的放大循环。这一发现不仅深化了对p38/MAPK信号通路调控机制的理解，也为结直肠癌的靶向治疗提供了新的潜在靶点。USP13-MKK3-p38轴的发现为开发针对该通路的特异性抑制剂奠定了理论基础，具有重要的临床转化价值。