重磅！张纪岩及曹雪涛等发现电子转移黄素蛋白可以被类泛素化作用

Neddylation是一种泛素化样途径，通过将NEDD8共价缀合至特定底物蛋白中的赖氨酸来控制细胞存活和增殖。但是，在哺乳动物新陈代谢中，Neddylation的生理作用仍然难以捉摸，并且尚未发现线粒体靶标。

近期，张纪岩及曹雪涛等在PNAS 在线发表题为“Hepatic neddylation targets and stabilizes electron transfer flavoproteins to facilitate fatty acid β-oxidation”的研究论文，该研究报道具有NEDD8或泛素样修饰物激活酶3（UBA3，NEDD8激活酶的催化亚基）的肝脏特异性缺陷的小鼠模型，表现出新生儿自发性脂肪肝死亡以及肝细胞衰老。特别是，肝脏特异性UBA3缺乏症会导致类似于II型戊二酸尿症（GA-II）的系统异常，这是一种罕见的常染色体隐性遗传遗传性脂肪酸氧化疾病，是由线粒体电子转移黄素蛋白（ETFs：ETFA和ETFB）缺陷引起的。

通过各种策略抑制Neddylation作用可导致新生儿肝脏和胚胎肝细胞中ETFs的蛋白质水平降低。Neddylation还可以增强成年小鼠的ETF表达，并防止空腹诱导的脂肪变性和死亡率。有趣的是，肝细胞线粒体中的Neddylation作用活跃。ETF是Neddylation底物，并且通过抑制其泛素化和降解，Neddylation作用可以稳定ETF。此外，在GA-II患者中发现的ETFs的某些突变阻碍了这些底物的Neddylation。综上所述，该研究结果揭示了Neddylation的底物，并增加了对GA-II的了解。

电子转移黄素蛋白（ETFs：ETFA和ETFB）和电子转移黄素蛋白-泛醌氧化还原酶（ETF-QO）是线粒体中电子运输链的组成部分。ETFA和ETFB共同将涉及脂肪酸β-氧化（FAO）和一碳代谢的多种黄素脱氢酶的脱氢反应中的电子转移至ETF-QO，以还原泛醌，这对于氧化磷酸化至关重要。该系统的缺陷使人体无法代谢脂质，从而在肝脏和肌肉中产生能量，并导致各种线粒体内的酰基辅酶A酯的积累。其次，游离酸和其他结合产物，包括大量的赖氨酸代谢中间体戊二酸，会在血液和尿液中积聚，从而导致称为II型戊二酸尿症的疾病（GA-II)。

GA-II的临床症状包括不同程度的低酮症性低血糖症，高氨血症，酸中毒，肝脏脂肪变化，血液中各种链长的酰基肉碱的积累以及特征性尿液有机酸谱。在大多数情况下，影响相应信使RNA（mRNA）或蛋白质稳定性的Etfa / Etfb / Etf-qo突变是GA-II的分子基础。但是，在某些患者中，未发现Etfa / Etfb / Etf-qo基因突变，并且潜在的机制仍然难以捉摸。

泛素样蛋白NEDD8与底物蛋白中的某些赖氨酸共价结合，与泛素化非常相似，这一过程被称为Neddylation。Neddylation是由NEDD8活化酶E1（NAE），NEDD8偶联酶E2（通常为Ubc12）和某些NEDD8-E3连接酶的连续作用触发的。NAE是APPBP1和催化亚基泛素样修饰物激活酶3（UBA3）的异二聚体。Neddylation作用最典型的底物是Cullins，它们是Cullin-RING E3泛素-连接酶复合物（CRL）的重要组成部分。Cullins的糖基化增强了CRL的活性，从而有助于细胞周期进程和细胞存活。因此，抑制Neddylation作用已被认为是各种恶性肿瘤的一种潜在治疗策略。

非Cullin的Neddylation作用靶标的发现表明，Neddylation作用可能发生在各种细胞器中，并且具有多种生物学功能。例如，Neddylation靶向p53抑制其转录活性，靶向膜受体TGF-βRII促进其稳定性和内吞作用，靶向核糖体蛋白的一部分以促进其稳定性和正确的定位 。Neddylation在突触中也很活跃，并至少部分地通过靶向支架蛋白PSD-95来调节树突棘的成熟，稳定性和功能。所涉及的Neddylation底物和细胞器的表征仍然是该领域的重点。

最近，在代谢中已经涉及了 Neddylation作用。例如，NEDD8在经历分化的前脂肪细胞中被诱导，而NAE的选择性抑制剂MLN4924抑制脂肪形成和脂质滴的形成。然而，在哺乳动物新陈代谢中， Neddylation的生理作用仍然难以捉摸，并且没有线粒体靶标的报道。

由于肝脏是必不可少的代谢器官，因此该研究旨在通过肝脏特异性的抑制 Neddylation来探讨上述问题。该研究数据表明，肝 Neddylation可至少部分地通过靶向和稳定线粒体底物ETFA和ETFB来预防新生小鼠中的GA-II样异常，并延缓由空腹引起的死亡率。

该研究报道具有NEDD8或泛素样修饰物激活酶3（UBA3，NEDD8激活酶的催化亚基）的肝脏特异性缺陷的小鼠模型，表现出新生儿自发性脂肪肝死亡以及肝细胞衰老。特别是，肝脏特异性UBA3缺乏症会导致类似于II型戊二酸尿症（GA-II）的系统异常，这是一种罕见的常染色体隐性遗传遗传性脂肪酸氧化疾病，是由线粒体电子转移黄素蛋白（ETFs：ETFA和ETFB）缺陷引起的。

通过各种策略抑制Neddylation作用可导致新生儿肝脏和胚胎肝细胞中ETFs的蛋白质水平降低。Neddylation还可以增强成年小鼠的ETF表达，并防止空腹诱导的脂肪变性和死亡率。有趣的是，肝细胞线粒体中的Neddylation作用活跃。ETF是Neddylation底物，并且通过抑制其泛素化和降解，Neddylation作用可以稳定ETF。此外，在GA-II患者中发现的ETFs的某些突变阻碍了这些底物的Neddylation。综上所述，该研究结果揭示了Neddylation的底物，并增加了对GA-II的了解。

参考消息：

https://www.pnas.org/content/117/5/2473