NUB1通过捕获未折叠FAT10实现26S蛋白酶体的泛素非依赖性降解机制

本研究揭示了NUB1作为分子伴侣捕获FAT10的β-折叠结构域并促使其被26S蛋白酶体降解的分子机制。研究人员通过构建体外重构系统，结合氢氘交换质谱(HDX-MS)、冷冻电镜(cryo-EM)和AlphaFold结构预测，发现NUB1通过形成"β-折叠陷阱"(bs-trap)识别FAT10的H75β-链，将其N端泛素样结构域(UBL1)维持在未折叠状态，进而通过Rpn1亚基将底物递送至蛋白酶体。该研究首次阐因子介导的泛素非依赖性降解途径，为免疫调控和癌症治疗提供了新思路。

　　在细胞蛋白质质量控制系统中，26S蛋白酶体通常依赖泛素化标记来识别和降解异常蛋白。然而，近年来发现的泛素非依赖性降解途径挑战了这一传统认知，其中FAT10（人类白细胞抗原-F相邻转录物10）作为特殊的泛素样修饰因子，能在炎症反应和癌症中靶向数百种蛋白进行降解。但长期以来，FAT10如何绕过泛素化要求被26S蛋白酶体识别的机制始终成谜。

为破解这一难题，来自霍华德·休斯医学研究所的Connor Arkinson团队构建了包含人类FAT10、NUB1和26S蛋白酶体的最小体外系统。通过多学科交叉研究，发现干扰素诱导蛋白NUB1能特异性识别FAT10的H75β，形成"β-折叠陷阱"将其UBL1结构域锁定在部分未折叠状态。这种ATP非依赖性的分子伴侣机制，使得FAT10修饰的底物无需p97解折叠酶协助即可直接被蛋白酶体降解。

研究采用氢氘交换质谱(HDX-MS)追踪蛋白质动态构象变化，通过AlphaFold-Multimer预测复合物结构，并运用冷冻电镜解析了NUB1-FAT10-蛋白酶体三元复合物的高分辨率结构。单周转动力学实验证实NUB1-FAT10复合物形成是限速步骤，而SEC-SAXS小角散射则验证了NUB1从"闭合"到"开放"的构象转变。

关键发现包括：1）降解机制解析：NUB1通过UBA结构域结合FAT10的H75β-链，同时暴露自身UBL结构域与蛋白酶体Rpn1亚T2位点结合；2）结构生物学证据：冷冻电镜捕捉到NUB1UBL与Rpn1的相互作用界面，而核心区域的高柔性解释了其作为分子伴侣的功能特性；3）生理意义：FAT10的UBL1结构域兼具靶向信号和起始区域双重功能，其内在不稳定性是降解的关键决定因素。

这项发表于《Nature Structural & Molecular Biology》的研究，首次阐明了辅因子介导的泛素非依赖性降解通路。其重要意义在于：1）拓展了对蛋白酶体底物识别机制的认知，揭示了"β-折叠陷阱"这一新型分子识别模式；2）为炎症性疾病和癌症治疗提供新靶点，FAT10-NUB1轴可能成为肿瘤免疫治疗的潜在干预途径；3）技术方法论上，建立了研究蛋白质动态相互作用的标准化流程，为类似体系的研究提供了范式。该发现还可能启发新型PROTAC（蛋白降解靶向嵌合体）药物的设计，通过模拟NUB1的底物捕获机制实现特异性降解。