Mol Cell | 殊途同归：多种孤儿亚基降解的收敛点—UBR4-KCMF1复合物

撰文丨章台柳

多聚体复合物的多余亚基需要通过质量控制途径降解，来维持细胞蛋白组的稳定和机体健康。这种“孤儿”亚基是来源于基因表达中的噪声，导致亚基的化学计量不平衡，这种亚基不平衡可能由于环境压力、癌症或者衰老等条件而放大。多聚体复合物的亚单位是癌症和正常细胞中最丰富的快速降解的新合成蛋白之一，即孤儿亚基构成了后生动物中质量控制的最重要底物。因此，组装质量控制（AQC） 通路愈发成为蛋白稳定的核心，鉴定AQC具有重要意义。AQC受损可能会导致疾病，特别是神经系统中。同时，AQC通路在非整倍体癌症中可能是有吸引力的靶点。大量文献表明，非整倍性显著增加了亚基化学计量的不平衡，施加了很大的蛋白质抑制负担，并导致细胞和生物体水平的适应性降低。而非整倍体癌症具有克服这种蛋白不平衡的能力，暗示了它们高度依赖AQC的可能性。

泛素-蛋白酶体系统的几个细胞质AQC因子已经被鉴定出来。其中，E3连接酶识别孤儿亚基有两种范式：连接酶通过被靶向因子、组装伴侣、另一个亚基或者分子内折叠等区域直接识别孤儿亚基，例如连接酶HUWE1和UBE2O【1-2】；或者连接酶的识别可以是间接的，这涉及提供底物特异性的组装伴侣或其他适配蛋白，例如Ub连接酶HERC1和HERC2【3】。HERC1识别孤儿PSMC5 （19S蛋白酶体亚基） 需要其指定的组装因子PAAF1。类似地，HERC2通过适配蛋白ZNRD2识别细胞质伴侣蛋白 （CCT） 的大多数亚基。值得注意的是，这些识别机制具有高度特异性，表明不同类型的孤儿亚基需要不同的识别因子。因此，许多类型的孤儿亚基的AQC因子目前仍不清楚。

近日，英国MRC分子生物学实验室的Eszter Zavodszky和Ramanujan S. Hegde团队在Molecular Cell杂志上发表文章Convergence of orphan quality control pathways at a ubiquitin chain-elongating ligase，发现UBR4-KCMF1泛素连接酶复合物是多种质量控制通路的收敛点，是伴侣蛋白、蛋白酶体帽、蛋白酶体核心和蛋白靶向复合物等多种AQC降解孤儿亚基所必需的。机制上，UBR4-KCMF1复合物在启动泛素连接酶的下游起作用，孤儿亚基首先被单泛素化或泛素化，UBR4识别孤儿及其单泛素并构建K48连接的多聚泛素链，从而靶向孤儿亚基进入蛋白酶体降解。

早期的研究显示，20S核心蛋白酶体及其19S调节颗粒的亚基表达不平衡。HERC1可作为AQC因子识别并降解部分19S亚基 （如PSMC5） ，但其不能介导孤儿PSMB4 （20S β环的一个亚基） 的降解，这表明20S的AQC因子目前仍不清楚。研究人员通过在PSMB亚基的N端或C端融合GFP蛋白，同时利用P2A核糖体跳跃序列分隔内参的REF荧光蛋白，这样就建立利用流式细胞术来检测PSMB孤儿亚基降解的体系。结果显示，所有的PSMB亚基 （PSMB1-7） 在细胞中过表达都会被降解，其中PSMB4是降解效率最高的，且是肿瘤细胞中降解效率最高的内源蛋白。虽然C端标记的PSMB4-GFP能够组装进20S和26S蛋白酶体中，N端标记的GFP-PSMB4不能，但两者的孤儿形式都被类似地降解。进一步结果显示，孤立的PSMB亚基受到质量控制并被降解，这可以在细胞中以蛋白酶体依赖的方式存在，也可以在体外被泛素化来模拟。且PSMB4与E3连接酶在体外的相互作用足够稳定，可以进行共纯化，可用来鉴定AQC因子。利用质谱来分析孤儿PSMB亚基的候选AQC因子，其中KCMF1与PSMB4具有稳定结合。KCMF1与E3连接酶UBR4形成复合物发挥功能，一系列敲除实验证明，UBR4-KCMF1形成复合物，而不是单独的，介导孤立的PSMB4降解。而且，UBR4-KCMF1复合物与多个孤立的PSMB亚基发生物理相互作用，这是其有效降解所必需的。

许多AQC因子对其底物显示出高度的特异性，似乎没有表现出冗余或重叠。但研究人员发现多种AQC通路都需要UBR4-KCMF1复合物的参与。例如孤儿亚基CCT4 （HERC2介导） 、UBL4A （HUWE1介导） 、PSMC5 （HERC1介导） 的降解都依赖于UBR4-KCMF1复合物。但也并不是所有降解通路都依赖于UBR4-KCMF1复合物，例如HERC2介导的非孤儿亚基NCOA2的降解。进一步探究UBR4-KCMF1复合物的作用机制，结果显示孤儿亚基产生蛋白酶体降解信号分为两步：首先是启动连接酶对孤儿亚基进行一个或者多个单Ub的修饰，对于对于CCT4、PSMC5和UBL4A，启动连接酶可能分别是HERC2、HERC1和HUWE1，PSMB4的启动连接酶仍有待鉴定；然后UBR4-KCMF1复合物对孤儿亚基及其Ub的修饰进行识别，并在Ub的K48上构建一条K48连接的聚Ub链，从而为蛋白酶体靶向提供合适的信号。

综上所述，这项研究揭示了多种无相关性的孤儿亚基的质量控制调控都依赖于UBR4-KCMF1复合物，这表明其在组装质量控制（AQC）过程中的重要作用，这也可能解释了为什么非整倍体细胞对UBR4或KCMF1的缺失特别敏感，并确定了许多癌症的潜在靶点。

https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(25)00002-4

制版人：十一

参考文献

1. Grabarczyk, D.B., Petrova, O.A., Deszcz, L., Kurzbauer, R., Murphy, P., Ahel, J., Vogel, A., Gogova, R., Faas, V., Kordic, D., et al. (2021). HUWE1 employs a giant substrate-binding ring to feed and regulate its HECT E3 domain.Nat. Chem. Biol.17, 1084–1092.

2. Nguyen, A.T., Prado, M.A., Schmidt, P.J., Sendamarai, A.K., Wilson- Grady, J.T., Min, M., Campagna, D.R., Tian, G., Shi, Y., Dederer, V., et al. (2017). UBE2O remodels the proteome during terminal erythroid dif- ferentiation.Science357, eaan0218.

3. Yagita, Y., Zavodszky, E., Peak-Chew, S.-Y., and Hegde, R.S. (2023). Mechanism of orphan subunit recognition during assembly quality control.Cell186, 3443–3459.e24

BioART战略合作伙伴

（*排名不分先后）

BioART友情合作伙伴

（*排名不分先后）

转载须知

【原创文章】BioArt原创文章，欢迎个人转发分享，未经允许禁止转载，所刊登的所有作品的著作权均为BioArt所拥有。BioArt保留所有法定权利，违者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘

会议资讯

近期直播推荐