USP37通过拮抗CUL2LRR1和TRAIP保护哺乳动物细胞免受DNA复制应激的分子机制

这篇研究揭示了USP37去泛素化酶通过结合CMG解旋酶（CDC45-MCM-GINS）核心复合物，在DNA复制应激中发挥关键保护作用。研究发现USP37通过其PH结构域锚定于CDC45，特异性拮抗CUL2LRR1和TRAIP泛素连接酶的过早激活，从而维持复制体稳定性。该机制解析了细胞应对DNA合成缺陷和拓扑应激的分子基础，为癌症治疗（如ATR抑制剂联用策略）提供了新靶点。

　　

USP37与CMG解旋酶的相互作用机制
研究团队通过CRISPR修饰的小鼠胚胎干细胞（ES细胞）模型，发现USP37通过其氨基末端的pleckstrin homology（PH）结构域与CMG解旋酶的CDC45亚基特异性结合。AlphaFold Multimer预测显示，USP37-PH结构域通过10个关键残基（如突变体USP37-10A）与CDC45形成稳定界面，而长达245个氨基酸的无序连接区赋予其催化结构域空间灵活性。免疫共沉淀实验证实，这种结合不依赖MCM7泛素化，且在p97抑制剂处理下增强，表明USP37直接参与复制叉调控。

对抗CUL2^LRR1的复制体保护作用
在DNA合成缺陷（如羟基脲或阿非迪霉素处理）条件下，USP37缺失导致CMG解旋酶的MCM7亚基泛素化链显著延长。通过BromoTag-LRR1降解系统发现，部分抑制CUL2^LRR1可挽救USP37缺失细胞的敏感性。体外实验证明USP37能直接逆转CUL2^LRR1介导的CMG泛素化，而催化失活突变体USP37-C350A无此功能。这表明USP37通过去泛素化活性维持复制叉稳定性，尤其在滞后链DNA模板暂时脱离的应激状态下。

TRAIP在拓扑应激中的调控悖论
在拓扑异构酶抑制剂喜树碱诱导的应激中，USP37通过拮抗TRAIP泛素连接酶发挥作用。TRAIP缺失可特异性挽救USP37突变体对喜树碱的敏感性，但不影响DNA合成缺陷表型。研究推测USP37可能阻止TRAIP在复制叉交汇处的反式泛素化，避免复制体提前解体导致的基因组未复制区域。这一发现解释了USP37在拓扑应激中的独特保护机制。

ATR检查点依赖性与治疗潜力
USP37缺失细胞对ATR激酶抑制剂高度敏感，而CUL2^LRR1（非TRAIP）的抑制可逆转该表型。这提示USP37-CUL2^LRR1调控轴是内源性复制应激的关键屏障。鉴于USP37在多种癌症中过表达，其抑制剂可能与ATR靶向药物产生协同效应，尤其适用于存在癌基因诱导复制应激的肿瘤。

进化与疾病关联的深层启示
脊椎动物特异的USP37可能通过对抗复制叉处理蛋白（如RAD51或复制叉逆转酶）引发的CUL2^LRR1异常激活而被保留。该研究不仅阐明了USP37在复制终止与应激响应中的双重角色，还为微头畸形-原始侏儒症（与TRAIP突变相关）等疾病的分子机制提供了新见解。