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Science 揭秘不依靠泛素化的蛋白降解途径的分子机制

时间: 2023-12-11 16:57:42 |   作者: 视频展示309

  在哺乳动物中,存在着这样一群特别的基因,其编码Fos,EGR和NR4A宗族的转录因子,担任对生长因子、神经因子及免疫影响的转录呼应,它们被称为1】 。IEG蛋白在简直一切哺乳动物细胞中都被固有激活,但其会促进细胞类型特异的2】。在承受影响的几分钟内,IEG mRNAs会很多堆集,一旦转录,其蛋白会敏捷被降解。而有研讨标明,IEGs表达的失调会导致癌症、免疫缺点和神经体系疾病。因而,研讨IEG蛋白调控机制具有十分重要的含义。

  真核生物依靠于蛋白酶体来对泛素化蛋白进行降解,但Fos宗族被发现能经过泛素化不依靠的机制为蛋白酶体所靶向【4-5】。根据此,作者猜测细胞内存在途径担任c-Fos和其他IEG蛋白的快速降解。2023年8月25日,来自哈佛大学医学院神经生物学系的Michael E. Greenberg与哈佛大学医学院遗传学系的Stephen J. Elledge协作,共同在Science上宣布了题为The midnolin-proteasome pathway catches proteins for ubiquitination-independent degradation的文章,作者经过全基因组范围内的CRISPR-Cas9挑选,找到了调控IEG蛋白安稳性的基因,发现哺乳动物体内一个全新蛋白——midnolin,其促进IEG蛋白的损坏与降解。

  作者首要运用大局蛋白安稳(global protein stability,GPS) 陈述体系,在人胚胎肾细胞 (HEK) –293T细胞系中测试了IEG蛋白的安稳性,并根据CRISPR-Cas9挑选找到了与IEG蛋白降解有关的候选基因MIDN,并经过敲除和过表达试验验证了MIDN编码的蛋白在IEG蛋白降解中的效果。随后,作者构建了NIH/3T3成纤维细胞的MIDN骤变体,发现IEGs在细胞周期调控中起及其重要的效果,MIDN的敲除和过表达别离阻止和促进了IEG蛋白的降解。在胚胎小鼠皮层神经元中,IEGs调理神经元的呼应,且MIDN表达也影响IEG蛋白降解。至此,作者开端证明midnolin受多种影响诱导,大概率经过反应机制促进IEG蛋白降解。

  接下来,作者想知道midnolin是否也以相似的机制调理其他胞内蛋白。使用GPSORFeome文库进行挑选,此文库包含约12,000种人类开放阅读框的GPS陈述体系,作者发现了midnolin的其他靶点,包含FosB,c-Fos,CBX4等,大多数都是谱系特异的转录因子。相同,在过表达和敲除试验验证后,作者证明了midnolin在多种安排和细胞类型基因表达上的重要调控效果。

  那么midnolin的效果机理是什么呢?作者构建了一个内源midnolin带3xHA符号的HEK-293T细胞系,经过免疫沉淀质谱,作者发现midnolin似乎是直接与蛋白酶体相互效果。随后,作者开端探究其效果是否是经过泛素化蛋白酶体依靠的方法来进行,GPS陈述子在MIDN敲除的HEK-293T细胞中安稳表达,作者发现midnolin并不是特别需求泛素化来与蛋白酶体发生相关,当其底物的泛素化位点骤变后,midnolin仍是会带来高效降解。所以作者使用lphaFold对midnolin的结构能够进行了猜测,发现其包含3个结构域,其一是泛素样结构域(ubiquitin-like domain,Ubl) ,其二是“Catch”domain,其三是C端的α helix。作者在MIDN敲除的HEK-293T细胞中别离表达野生型和骤变型的midnolin后,发现Ubl, Catch, αHelix-C的点骤变都会使midnolin损失功用。共免疫沉淀试验成果为,midnolin泛素化不依靠的降解取决于Ubl结构域,αHelix-C担任其与蛋白酶体的互作,而Catch domain则关于midnolin与底物的结合至关重要,详细而言,Catch domain会与底物构成β链degron,然后兼容。Midnolin的3个结构域协同效果,终究完成不依靠于泛素化的蛋白酶体降解。

  总的来说,文章发现了一套蛋白酶体绕过经典的泛素化体系完成对白选择性降解的新的普适化机制,即midnolin-蛋白酶体途径。它促进许多白的损坏与降解,包含由IEGs编码的转录因子。Midnolin的Catch domain辨认底物中相对退化的或许构成β链的双亲性区域,经过α螺旋与蛋白酶体进行相关,终究在ubiquitin-like domain的效果下促进底物损坏与降解,但这一通路怎么被不同细胞类型的不同要素调控还有待进一步探究。