NIBS饒楓研究組《PNAS》解析泛素鏈接酶作用新機制

　　 2016年3月15日，北京生命科學研究所饒楓實驗室與約翰霍普金斯大學Snyder實驗室合作在《PNAS》雜志上在線發表題為“Inositol hexakisphosphate (IP6) generated by IP5K mediates Cullin-COP9 signalosome interactions and CRL function”的研究論文。該論文報道了體內小分子六磷酸肌醇銜接Cullin E3泛素鏈接酶及其抑制劑COP9信號復合體的功能。

　　Cullin 家族的E3泛素連接酶介導百分之二十體內蛋白底物的泛素化，對蛋白質組的平衡起不可或缺的作用。通過這些泛素化底物，Cullins調控細胞增殖/凋亡和 DNA 修復，從而促進腫瘤的發生發展，是新興的腫瘤研發靶向 （Nat Rev Drug Discov 2014 13, 889-）。為避免無用甚至有害的泛素化，Cullins的酶活需要被嚴密的調控。COP9信號復合體和Cullins相互作用，并通過去類泛素化修飾 Neddylation抑制Cullins。然而，敲除或沉默COP9信號復合體并沒有導致Cullin酶活升高。相反，Cullins的功能需要 COP9信號復合體的配合。所以，體內應當存在一個讓COP9信號復合體和Cullin在適當信號條件下分離和重新結合的機制。找到這個分子開關對研究 Cullin的激活機制至關重要，也是一個困擾領域十多年的難題 （Nat Cell Biol 2003 5, 1029）。

　　為了找到 這個分子開關，饒楓實驗室首先在體外純化并表征了COP9和Cullins的相互作用原理，發現COP9信號復合體第二亞基 (CSN2)的N-端富含酸性氨基酸殘基，和Cullin C-端的一個堿性結構域產生靜電相互作用。根據這個發現，研究人員假設了帶強負電的六磷酸肌醇會和CSN2競爭，卻意外的發現納摩爾濃度的六磷酸肌醇就可 使CSN2和Cullin的作用力增強30倍。進一步的研究顯示細胞內合成六磷酸肌醇的五磷酸肌醇激酶和Cullins互作，局部產生六磷酸肌醇來銜接 Cullin和COP9信號復合體。相應地，在五磷酸肌醇激酶敲低的細胞里,Cullin的Neddylation修飾比例上升，Cullin被異常激 活，從而導致細胞增殖緩慢，并對紫外和Neddylation抑制劑都異常敏感。這些實驗結果證明六磷酸肌醇是Cullin-COP9復合物分子間的“膠 水”，并為五磷酸肌醇激酶作為抗腫瘤聯合治療的靶向提供理論依據。不僅如此，六磷酸肌醇激酶進一步把六磷酸肌醇催化為焦（七）磷酸肌醇，從而分離 Cullin和COP9信號復合體。所以，多磷酸肌醇分子的動態轉換是COP9信號復合體和Cullin分離和重新結合的分子開關。這一發現為研究控制 Cullin酶活的上游/胞外信號提供新思路。

　　饒楓實驗室科研助理丁彥和劉智清為本文共同第一作者和第二作者；饒楓博士與Snyder博士為本文的共同通訊作者。其它作者包括霍普金斯大學的博士生 Paul Scherer(共同第一作者),Jing Xu和James Barrow博士；華盛頓大學的Haibin Mao 和 Ning Zheng博士,以及耶魯大學的Ning Wei博士。此項研究工作受到科技部973計劃和北京市科委的資助。