Cell Rep | 刘立仁/张华威团队揭示CRL4组装及细胞周期调控新机制

Cullin-RING连接酶（CRLs）是真核生物中最大的E3泛素连接酶家族。其中，CRL4利用接头蛋白DDB1招募多种含有WD40重复序列的DCAF蛋白作为底物受体。近二十年来，该领域普遍存在一个经典假说：DCAF蛋白WD40结构域内部高度保守的“双DxR（DWD/WDxR）基序”是直接介导其与DDB1结合的通用“钩子”。然而，这一基于序列保守性提出的假说一直缺乏全面、直接的结构生物学证据验证。

近日，天津医科大学肿瘤医院刘立仁团队联合中国科学院深圳先进技术研究院张华威团队在 Cell Reports 上在线发表了题为 DCAF8 binds DDB1 via an N-terminal helix-loop-helix motif to assemble CRL4 and promote cell cycle progression 的研究论文。该研究不仅解析了DCAF8-DDB1复合物的高分辨率结构，更重要的是，通过系统性的结构比对，推翻了“双DxR基序是通用结合钩子”的经典假说，确立了N端螺旋结构在介导DDB1结合中的核心地位，并揭示了CRL4DCAF8特异性降解CDC25A以推动细胞周期的分子机制。

为了探究DCAF蛋白的真实组装机制，研究团队首先利用冷冻电镜（Cryo-EM）技术解析了人类DCAF8-DDB1复合物2.53 Å的高分辨率结构。结构清晰地显示，DCAF8主要通过其N端一段高度保守的螺旋-环-螺旋（HLH）基序，深度插入并锚定在DDB1的BPA和BPC结构域形成的缝隙中。更为关键的是，研究团队对结构中的经典“双DxR”基序进行了深入分析，发现保守的精氨酸残基（R314和R362）距离DDB1的最近原子分别有16.14 Å和6.56 Å，在空间上完全排除了直接结合的可能性。

为了验证这是否为DCAF8的特例，作者系统性地盘点了目前已解析的所有（无病毒辅助因子结合的）DCAF-DDB1结构，包括DCAF2、DCAF12、CSA、DDB2、DCAF1和DCAF5。结果证实，在这些复合物中，DxR氨基酸残基的空间位置均不足以与DDB1发生直接接触。这一横向比较推翻了此前认为“双DxR基序是CRL4底物受体直接结合钩子”的普适性假说。 突变实验进一步印证了这一点：破坏HLH基序会导致CRL4DCAF8组装彻底失败，而DxR突变则对复合物组装毫无影响。

在明确了真实的结合界面后，研究团队深入探讨了该复合物的生物学功能。CDC25A是一种推动细胞G1/S期转化的关键磷酸酶，其在细胞内的半衰期受到严格的泛素化调控。通过体外重组的泛素化体系（in vitro assay）以及细胞内实验，该研究证实CDC25A是CRL4DCAF8的直接底物。只有依赖N端HLH基序正确组装的完整CRL4DCAF8全酶，才能有效地识别并多泛素化CDC25A，促使其通过蛋白酶体降解。如果HLH结合界面被破坏，连接酶活性则随之丧失。

精准的CDC25A降解对于维持细胞周期动力学至关重要。研究表明，敲低DCAF8或表达HLH结构域突变的DCAF8，会导致细胞内CDC25A水平异常积累，进而引发严重的S期细胞周期停滞。相反，保留了结合能力的野生型DCAF8或DxR突变体，则能够完全挽救这种细胞周期缺陷。这进一步在细胞生理水平上印证了HLH基序介导的E3泛素连接酶组装的不可替代性。

这项研究通过严谨的结构解析与大范围的结构比对，澄清了泛素连接酶领域长达十几年的一个模糊认知，明确指出DxR基序主要用于维持WD40的结构骨架，而非直接充当DDB1的结合触角；N端延伸的螺旋结构（如HLH）才是大多数DCAF受体锚定DDB1的主力界面。

此外，鉴于CDC25A在多种恶性肿瘤中的高表达及致癌作用，CRL4DCAF8-CDC25A轴线的确立，不仅深化了我们对细胞周期调控网络的理解，也为未来在靶向蛋白质降解（TPD，如分子胶或PROTAC）领域，开发针对该特定泛素连接酶界面的新型抗肿瘤策略提供了精确的结构基础。

天津医科大学肿瘤医院/国家恶性肿瘤临床医学研究中心沈苗苗和山东大学/中国科学院深圳先进技术研究院张行为本文的共同第一作者。天津医科大学肿瘤医院刘立仁教授和中国科学院深圳先进技术研究院张华威研究员为本文的共同通讯作者。天津医科大学肿瘤医院为该论文的第一完成单位，南方科技大学冷冻电镜中心为结构解析提供了重要支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2026.117502

制版人：十一

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