Nat Commun | 梁令/林志强合作揭示midnolin-蛋白酶体介导的泛素非依赖性蛋白质降解机制

蛋白质稳态维持是细胞生命活动的核心，而蛋白酶体是其主要的“垃圾处理厂”。传统观点认为，蛋白酶体通过识别泛素链标记的底物启动降解。然而，近年来研究发现，部分 细胞 核蛋白 ， 如 即 早基因 （IEG） 产物EGR1、FosB 等， 存在不依赖泛素的降解通路，其中midnolin作为关键衔接蛋白发挥着核心作用【1】。然而，midnolin如何将底物精准递送至蛋白酶体，以及蛋白酶体如何识别这一信号并启动降解，仍缺乏深入理解。

2026年3月27日 ，北京大学基础医学院梁令/林志强团队 联合 在 Nature C ommunications 杂志在线发表题为Structural dynamics of the midnolin-proteasome during ubiquitin-independent substrate turnover的研究论文。该研究通过冷冻电镜技术解析了midnolin-26S蛋白酶体复合物的多种构象状态，完整揭示了从底物识别、递送到降解的全流程动态机制，阐明了midnolin如何作为一种非经典的降解标签，以不同于泛素的方式将底物蛋白直接递送至蛋白酶体进行降解。这一发现为靶向“ 难 成药”核蛋白的蛋白降解技术研发提供了新思路。

研究团队首先通过 HEK 293 细胞 亲和纯化（利用midnolin的标签）发现，midnolin可稳定结合26S蛋白酶体。体外实验进一步表明，midnolin的稳定表达依赖于底物。随后，利用单颗粒冷冻电镜技术，解析了内源纯化及体外孵育条件下midnolin-26S蛋白酶体复合物的多种高分辨率构象状态（图1）。结果显示，midnolin的C端α螺旋（αHelix-C）锚定于蛋白酶体的RPN1亚基，而其泛素样结构域（Ubl）则与蛋白酶体的去泛素化酶RPN11相互作用，这一独特的结合模式将负责底物结合的Catch结构域精准定位于蛋白酶体AAA+马达的入口上方，从而直接引导底物进入降解通道。有趣的是，在缺失Catch结构域的midnolin-蛋白酶体结构中，研究团队发现midnolin自身的N端柔性区域 IDR 1竟伸入了蛋白酶体的降解通道（图1）。这一意外 发现为 midnolin的自身降解 提供了直接的结构证据，暗示细胞内可能存在一种自我调控机制，以精确控制midnolin的活性水平。

图1 Mid nolin- 蛋白酶体复合物的结构

a . M idnolin （MIDN）结构示意图；b . Mid nolin- 蛋白酶体底物处理状态整体结构；c . M idnolin- EGR 1- 蛋白酶体复合物结构；d . Catch结构域缺失 midnolin -蛋白酶体结构。

对于内源 纯化 的全长 midnolin-26S蛋白酶体复合物 ， 研究团队通过 精细的三 维分类， 成功 捕捉到四种连续的螺旋阶梯构象 ， 如同一部“分子电影”逐帧展示了AAA+ ATP酶六聚体如何一步步将底物向下拉动。尤为重要的是，研究首次发现镁离子的释放与ATP水解之间存在潜在协同关系，二者共同驱动底物在降解通道中的移位（图2）。

图2 M idnolin-蛋白酶体在底物加工过程中的动态构象 示意图

值得一提的是，m idnolin不仅识别底物，更具备主动 “喂食” 功能 。 研究人员巧妙地将Catch结构域替换为底物， 发现 缺失Catch结构域的突变体虽可结合蛋白酶体，但降解效率显著降低 ， 证实该结构域能确保底物以最佳构象朝向蛋白酶体入口。这一发现为基于midnolin架构的新型靶向蛋白降解剂 理性设计 提供了理论依据，有望推动难成药靶点的药物开发。

基于以上研究结果， 该 团队 提出midnolin的工作模型（图3）：在 一定条件下 ，midnolin与底物共表达并形成稳定复合物；随后，midnolin通过αHelix-C结合蛋白酶体RPN1，Ubl结构域结合RPN11，将Catch结构域及底物精确递送至AAA+马达入口；底物被逐步转运至20S核心颗粒降解后，midnolin自身的无序区域引导其进入蛋白酶体完成自我降解，从而实现 核心 资源 蛋白酶体 的循环利用。这一机制既保障了核内蛋白的快速清除，又避免了midnolin的过度累积。

图 3 M idnolin 工作模型示意图

北京大学基础医学院梁令副研究员和林志强研究员为论文的共同通讯作者。北京大学基础医学院博士研究生祝传达和秦露为论文的共同第一作者。

https://doi.org/10.1038/s41467-026-71002-0

制版人： 十一

参考文献

1 Gu, X. et al. The midnolin-proteasome pathway catches proteins for ubiquitination-independent degradation.Science381, eadh5021, doi:10.1126/science.adh5021 (2023).

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