旨在阻断UBE2D的关联域抑制剂会引发未折叠蛋白应答（Unfolded Protein Response）

《Cell Chemical Biology》：Linked-domain inhibitors designed to block UBE2D induce the unfolded protein response

泛素化调控中E2酶抑制剂开发及作用机制研究。通过构建多价结合域抑制剂靶向UBE2D家族，有效阻断E1-E3级联反应，诱导蛋白酶体应激和未折叠蛋白反应，蛋白质组学显示20%靶蛋白稳定性提升，验证E2D在维持蛋白酶体平衡中的关键作用。

　　

重要性

蛋白质泛素化在真核生物中至关重要，因为它调控着蛋白质组。数百种酶通过一个分层的E1-E2-E3级联反应将泛素转移到蛋白质上。在这个级联反应中，E2泛素结合酶超家族起着核心作用，该家族包含约40个成员。尽管E2酶在细胞过程中起着关键作用，但由于特定的E2抑制剂有限、与E3酶和泛素底物的相互作用具有短暂性以及E2酶之间的冗余性，它们对细胞过程的贡献往往被低估。需要新的工具来研究E2酶在细胞中的作用。在这里，我们报道了针对E2家族UBE2D的特异性连接结构域蛋白抑制剂的开发。这些分子像夹子一样工作，通过多价结合E3酶的背面和结合位点来模拟自然相互作用，从而阻止与E1和E3酶的结合，并促进结合泛素的释放。这些可遗传编码的连接结构域抑制剂可以很容易地导入细胞并在细胞中发挥作用。在HeLa细胞中，使用这些抑制剂可以增强顺铂的化疗敏感性，这与UBE2D敲低的效果相似。蛋白质组学分析显示，约20%的蛋白质表达量增加；然而，大多数蛋白质的mRNA水平并未升高，这表明抑制剂阻止了UBE2D调控的这些蛋白质的泛素化降解。基因本体论分析支持这一发现，表明经抑制剂处理的细胞类似于使用蛋白酶体抑制剂处理的细胞或经历蛋白质稳态压力的细胞（如神经退行性疾病中的细胞）。对少数上调mRNA的基因本体论分析表明，这些细胞因抑制剂的作用而激活了未折叠蛋白反应。因此，连接结构域抑制剂揭示了UBE2D在维持蛋白质组中的关键作用。这些工具为开发其他特异性E2抑制剂提供了策略，有助于未来研究UBE2D在细胞和生物体中的功能。

亮点

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连接结构域蛋白是UBE2D1–4的强效且特异的抑制剂

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抑制剂阻止E1的加载，破坏与E3酶的相互作用，并诱导泛素的释放

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在细胞中，抑制剂引发蛋白质稳态压力和未折叠蛋白反应

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识别出直接或间接受UBE2D泛素化调控的候选蛋白质

总结

泛素（Ub）是一种蛋白质翻译后修饰因子，通过涉及转录、翻译和蛋白质降解的机制来调控蛋白质稳态。泛素结合通过三个酶类（E1、E2和E3）的级联反应完成，涉及超过1000种蛋白质，这些蛋白质共同调节细胞蛋白质的泛素化过程。E2泛素结合酶处于这一级联反应的核心位置，但它们的细胞功能仍不明确。在这里，我们通过设计具有RING结合位点和背面结合位点的连接结构域蛋白，开发出了高度选择性和强效的UBE2D/UBCH5抑制剂。在HeLa细胞中，这些抑制剂通过增强对顺铂的化疗敏感性来模拟UBE2D的敲低效果。全细胞蛋白质组学分析显示，约20%的蛋白质表达量增加，而大多数蛋白质的mRNA水平没有变化，这表明这些蛋白质的周转受到UBE2D的调控。对变化mRNA的富集分析表明，连接结构域蛋白触发了未折叠蛋白反应。这些精密工具将有助于开展新的研究，以探究UBE2D在细胞中的功能，并帮助解析复杂的泛素调控网络。

图形摘要