癌症药物MLN4924 抵抗肥胖的机制

撰文 | 李淡宁

众多文献表明PRDM16通过与转录组分直接结合形成复合体，在调节脂肪细胞能量代谢途径中发挥着主导作用，尤其在米色脂肪（Beige）生物形成的过程中，发挥重要作用。有几篇研究结果暗示，PRDM16的蛋白水平可经过翻译后修饰进行动态调节；因其蛋白水平升高或降低时，其mRNA水平并未发生变化【1-2】；而且在衰老的过程中，当PRDM16蛋白水平降低时，其mRNA水平并未降低。然而，PRDM16的降解机制未知。

蛋白质类泛素化(neddylation) ，是指将NEDD8加至其靶向蛋白如RING指泛素连接酶E3的过程；蛋白发生类泛素化后会被降解，从而使其蛋白水平降低，进而对生物学过程起到调节作用。MLN4924是一种突破性小分子药物，对某些癌症有特异功能；其原理是通过抑制NEDD8活性，阻碍类泛素化发生，从而对NEDD8的靶向蛋白具有稳定保护作用【3-4】。有趣的是，经MLN4924处理后，在mRNA水平并未改变的情况下，PRDM16的蛋白水平大量升高；其背后的调节机制尚待探索。

2022年8月17日，哈佛医学院贝斯以色列女执事医学中心内分泌、糖尿病和代谢科，Kajimura团队，以article形式在Nature杂志上，在线发表了题为Post-translational control of beige fat biogenesis by PRDM16 stabilization的文章，报道了cullin–RING E3泛素连接酶CUL2, 通过与特异性底物APPBP2相互作用，对PRDM16进行泛素化，使PRDM16蛋白水平降低；进一步对能量代谢产生负面作用；而MLN4924能特异地抑制这种负面作用，从而对肥胖及其伴随症状起到抵抗作用。

基于MLN4924处理后，PRDM16的mRNA水平并未改变，而蛋白水平大量升高的证据；接下来需要探索到底是cullin–RING E3泛素连接酶CUL家族成员中的哪一个负责对此做出响应。为此，本文研究人员首先在HEK293T细胞系中分别将CUL家族中的7个成员与PRDM16进行共表达；实验结果证明表达CUL2使PRDM16蛋白水平显著降低。紧接着，研究人员在腹股沟原代脂肪细胞中重复验证了这一结果；过表达CUL2几乎使PRDM16完全降解；而下调CUL2使PRDM16的半衰期从4.16小时延长至13.07-14.44小时，同时对能量消耗有显著促进作用。为了深入探讨CUL2的功能，研究人员构建了脂肪细胞中特异敲除CUL2的小鼠。实验结果显示，脂肪细胞失去CUL2后的小鼠体重、血糖、血脂显著降低；而能量代谢则显著升高。

E3 泛素连接酶需要通过与特异性识别底物相互作用，才能将泛素分子连接至目标蛋白。那么CUL2作为E3泛素连接酶, 它是通过哪种特异性底物识别PRDM16并对其进行泛素化的呢。为了鉴定到CUL2识别PRDM16的特异性底物，研究人员首先利用免疫纯化技术将CUL2复合体从分化的米色脂肪细胞中纯化出来，并用LC–MS/MS技术进行鉴定；其次，利用发表的与CUL2有相互作用的数据与鉴定结果相结合，找出12个底物受体及CUL2互作亚基。随后利用shRNA进行更进一步的验证，并最终确定APPBP2作为连接CUL2与PRDM16的桥梁。紧随其后，研究人员进行了非常仔细且深入的验证；不仅验证了APPBP2、CUL2与PRDM16之间的相互作用，更是将E1,E2,E3及整个泛素化过程中所参与的成员都进行了验证。除此之外，与CUL2的结果一致的是，脂肪细胞敲除APPBP2的小鼠代谢状况得到改善。

综上所述，文章中研究的焦点紧紧围绕腹股沟脂肪白色脂肪，无论细胞水平还是组织层面，进行深入探讨。然而，文章中缺少MLN4924通过抑制NEDD8活性，影响CUL2对PRDM16进行泛素化的直接证据；尽管如此，MLN4924作为NEDD8的特异性抑制剂，文中缺失NEDD8后PRDM16泛素化无法进行的数据可进行佐证，即MLN4924可促进能量代谢。

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05067-4

制版人：十一

参考文献

1 Ohno, H., Kajimura, S,. et al. EHMT1 controls brown adipose cell fate and thermogenesis through the PRDM16 complex.Nature504, 163–167 (2013).

2 Chen, Q., et al. Cbx4 sumoylates Prdm16 to regulate adipose tissue thermogenesis.Cell Rep. 22, 2860–2872 (2018).

3 Bennett, E. J., Rush, J., Gygi, S. P. & Harper, J. W. Dynamics of cullin-RING ubiquitin ligase network revealed by systematic quantitative proteomics.Cell143, 951–965 (2010).

4 Ronggui Hu1, Mark Hochstrasser. Recent progress in ubiquitin and ubiquitin-like protein (Ubl) signaling.Cell Res, 26:389-390 (2016)

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