2009年9月24日，北京生命科學研究所邵峰博士實驗室在分子細胞（Molecular Cell）雜誌上發表題為「Cullin Mediates Degradation of RhoA through Evolutionarily Conserved BTB Adaptors to Control Actin Cytoskeleton Structure and Cell Movement」的文章。該文章報導了一個特異性調節小G蛋白RhoA降解和細胞骨架及運動能力的新的泛素連接酶複合物。
泛素化修飾介導的蛋白酶體降解途徑是真核生物中非常重要的蛋白質調節系統，能夠維持真核細胞內的蛋白質水平的平衡，同時參與調節細胞周期進程，細胞的增值和分化，以及細胞內信號傳導等多種細胞生理過程。在蛋白質泛素化修飾過程中，泛素連接酶負責特異性識別和招募底物蛋白分子。Cullin家族蛋白是一類介導泛素連接酶複合物組裝的連接分子。作為Cullin家族成員之一，Cul3與具有BTB結構域的銜接蛋白組成泛素連接酶複合物，並結合特異性的底物，介導底物的泛素化。人類基因組編碼近200個含有BTB結構域的蛋白，暗示著Cul3在體內具有廣泛的底物，並可能發揮多種重要的作用。事實上，Cul3在擬南芥、線蟲、果蠅以及小鼠等模式生物中的缺失或突變都將導致胚胎致死的表型，說明Cul3在真核生物中可能具有一種非常重要並且在進化上很保守的功能，並且這種功能應與其泛素連接酶活性相關。但目前人們對Cul3底物及其降解機制卻知之甚少。
在這篇文章中，邵峰研究小組發現當Cul3的表達量在基因沉默的作用下減少時，培養的哺乳動物細胞出現明顯的形態變化以及不正常的肌動蛋白細胞骨架，具體表現為細胞顯著變大和強烈的應力纖維(stress fibers)結構。進一步的研究發現，這些變化是由於泛素介導的小G蛋白RhoA的降解出現障礙從而導致RhoA非正常的過度激活而引起的。在果蠅S2細胞中，通過基因沉默對所有含有BTB結構域蛋白篩選後，作者鑑定出一個全新的能夠和Cul3相互作用，但功能未知的保守的BTB蛋白家族，並命名為BACURD。在哺乳動物細胞中，BACURD的基因沉默也能導致和Cul3類似的細胞骨架表型和RhoA蛋白水平的積累。進一步的生物化學的實驗證明，BACURD連接分子能和Cul3，RhoA在細胞內和體外都能形成三元複合物，同時，體外重組的Cul3/BACURD複合物也對RhoA顯示出很強的泛素連接酶活性。當Cul3/BACURD複合物功能紊亂時，人源和來自小鼠的細胞的運動遷移能力都會顯著下降，這種下降正是由於細胞內過高的RhoA蛋白水平引起的。在動物水平，BACURD的缺失或功能被抑制也會導致爪蟾胚胎早期發育特別是和細胞遷移密切相關的原腸期匯聚延伸(Convergent extension)的發育過程發生異常，並且這種異常和RhoA水平不正常升高引起的表型是類似的。這些證據有力地說明，Cul3泛素連接酶複合物具有一個從果蠅到人類都保守的功能，即調節小G蛋白RhoA的降解以維持細胞內合適的RhoA蛋白水平，這種調節在維持細胞形態，控制細胞運動和早期胚胎發育中發揮著重要的作用。
這篇文章不僅鑑定了一類新的BTB結構域蛋白（BACURD），從而揭示了Cul3介導的泛素連接酶複合物的一個重要調節細胞骨架和運動的基本細胞生物學功能，也對小G蛋白RhoA降解和其功能的調節有了全新的認識。由於RhoA與腫瘤發生發展的各個方面均有聯繫，包括腫瘤的生長和增殖、侵襲和轉移等，因此，Cul3/BACURD複合物對RhoA的蛋白水平的調節很有可能為我們進一步研究RhoA與腫瘤的發生之間聯繫提供重要的線索。事實上，最近的研究也有證據表明Cul3在乳腺癌細胞中有較高的表達水平。鑑於這項工作的重要意義，Molecular Cell雜誌也邀請了美國Burnham醫學研究所的Dieter A. Wolf博士為該邵峰小組的文章刊發了專門的評論文章。（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦原始出處：
Molecular Cell,24 September 2009 doi:10.1016/j.molcel.2009.09.004
Cullin Mediates Degradation of RhoA through Evolutionarily Conserved BTB Adaptors to Control Actin Cytoskeleton Structure and Cell Movement
Yuezhou Chen1, 2, 5, Zhenxiao Yang2, 3, 5, Min Meng4, Yue Zhao2, Na Dong2, Hongming Yan2, Liping Liu2, Mingxiao Ding1, H. Benjamin Peng4 and Feng Shao2, ,
1 College of Life Science, Peking University, Beijing 100871, China
2 National Institute of Biological Sciences, Beijing 102206, China
3 Graduate School of Chinese Academy of Medical Sciences and Beijing Union Medical College, Beijing 100730, China
4 Department of Biology, The Hong Kong University of Science and Technology, Hong Kong, China
Cul3, a Cullin family scaffold protein, is thought to mediate the assembly of a large number of SCF (Skp1-Cullin1-F-box protein)-like ubiquitin ligase complexes through BTB domain substrate-recruiting adaptors. Cul3 controls early embryonic development in several genetic models through mechanisms not understood. Very few functional substrate/adaptor pairs for Cul3 ubiquitin ligases have been identified. Here, we show that Cul3 knockdown in human cells results in abnormal actin stress fibers and distorted cell morphology, owing to impaired ubiquitination and degradation of small GTPase RhoA. We identify a family of RhoA-binding BTB domain adaptors conserved from insects to mammals, designated BACURDs. BACURDs form ubiquitin ligase complexes, which selectively ubiquitinate RhoA, with Cul3. Dysfunction of the Cul3/BACURD complex decreases cell migration potential and impairs RhoA-mediated convergent extension movements during Xenopus gastrulation. Our studies reveal a previously unknown mechanism for controlling RhoA degradation and regulating RhoA function in various biological contexts, which involves a Cul3/BACURD ubiquitin ligase complex.