責編 | 酶美
泛素-蛋白酶體系統中，決定底物特異性的是E3泛素連接酶。其中最大類的E3是CRL泛素連接酶（CullinRING E3 Ligases）, 佔哺乳動物體內所有E3的近50%。CRL由一個Cullin骨架蛋白（共七種:Cul1-3，Cul4A-B, Cul5和Cul7）、一個和E2結合的RING結構域蛋白（Rbx1或Rbx2）、一個接頭蛋白（adaptor）以及約兩百個底物識別亞基（substrate receptor）組成【1】。CRL介導了總蛋白泛素化的 20%，其家族成員在多種癌症中高表達或活性上調，參與了細胞周期、生長、代謝、存活、自噬、遷移和免疫逃逸等過程相關蛋白的異常降解，是潛在的腫瘤治療重要靶點【2】。此外，CRL 還是最近興起的蛋白降解靶向嵌合體（PROTAC,Proteolysis Targeting Chimera）小分子藥物所倚仗的泛素連接酶（特別推薦 | PROTAC技術的機遇及挑戰 ）。
為防止底物的組成性降解，E3泛素連接酶的活性通常需要被緊密調控。CRL泛素連接酶受擬素化修飾（Neddylation，一種基於類泛素分子Nedd8的共價修飾【3】）動態調控。擬素化E1酶的抑制劑MLN4924是治療癌症的三期臨床藥物。COP9 Signalosome（CSN）特異催化CRL的去擬素化（deneddylation）。CSN與CRL緊密互作，在抑制CRL擬素化及酶活的同時也保護了CRL不被自泛素化降解【4】。因此，CRL何時被何種信號激活或抑制——即CRL的活化-滅活循環——是由CRL-CSN複合物的組裝和解離動態調控的。近期CRL-CSN複合物的冷凍電鏡結構開始被報導【5】，但CRL-CSN複合物的組裝和解離機制還不是很清楚。
2020年2月11日，南方科技大學生物系饒楓課題組和汪濤課題組（現深圳灣實驗室）合作在美國科學院院刊PNAS在線發表題為「Basis formetabolite-dependent Cullin RING ligase deneddylation by the COP9 Signalosome」的研究論文【6】，通過綜合性運用生物化學、結構生物學、化學生物學及遺傳學等研究手段，揭示了代謝小分子六磷酸肌醇（IP6）作為分子「膠水」促進CRL-CSN複合物組裝和Cullin去擬素化的功能、機制和進化保守性。
IP6是源於GPCR信使IP3的一種高豐度多磷酸肌醇代謝物，功能廣泛。為研究IP6如何調控CRL泛素連接酶，研究人員首先使用多種生化手段證明IP6主要通過與CSN亞基2（CSN2）結合，並作為CSN的催化輔因子（catalytic cofactor）直接參與招募Cul4/Rbx1並加速Cullin去擬素化，是泛素連接酶CRL和去擬素酶CSN之間的分子「膠水」。
為進一步理解IP6的作用機制，研究團隊成功解析了IP6-CSN2複合物的高解析度（2.5Å）晶體結構，在CSN2蛋白裡清晰的看到IP6小分子的電子云和結合模式，突變關鍵的結合位點如K70，可在體外或細胞內完全打破兩者之間的相互作用，同時增強擬素化的穩定性。為解析IP6如何同時招募Cul4/Rbx1, 研究團隊利用所解析的高解析度晶體結構對CRL4-CSN複合物的冷凍電鏡(Cryo-EM)結構進行裝配，意外的發現了和IP6完美匹配的電子云，並鑑定出Rbx1上的K25/26殘基和IP6直接互作。鑑於IP6的結合口袋由CSN2和Rbx1組成，Cul4不直接參與，研究團隊提出IP6是光譜的CRL-CSN分子間膠水的假設，並進行了體內和體外試驗驗證。這些結果闡明了IP6調控CRL-CSN複合體組裝的機理，暗示IP6小分子的代謝是複合物解離的調控路徑。
IP6的結合口袋在進化上從酵母到植物到人都高度保守，說明非常重要。的確，研究團隊把CSN2-K70E突變敲入小鼠，發現會導致胚胎死亡。而在酵母裡，CSN2-K70E突變體也無法回補Csn2敲除後酵母對紫外輻射不耐受的表型。這些結果說明IP6對CRL-CSN的調控進化上保守，功能上重要。
最後，研究團隊還證明IP6輔助CSN把CRL從E2泛素結合酶CDC34上競爭下來，從而保護當底物被降解後，CRL不被自泛素化降解，闡明了CRL泛素連接酶活性循環的最後一步的發生機理。
這是饒楓團隊繼2014年在PNAS雜誌發文報導IP6激酶IP6K1是介導紫外光激活CRL4泛素連接酶從而啟動核苷酸切除修復的開關【7】,2016年在PNAS雜誌發文報導IP6及其合成酶IP5K參與CRL-CSN互作【8】之後，圍繞CRL-CSN複合物動態組裝的CRL活性調控系列研究成果，為靶向CRL泛素連接酶明確了新靶點。
這項工作由饒楓和汪濤實驗室合作完成，得到了霍華德休斯研究所鄭寧教授，北京生命科學研究所黃牛和杜立林研究員，以及南開大學周傳政教授等的大力幫助。饒楓課題組的藺紅，張曉哲與汪濤課題組的劉麗是論文的共同第一作者。饒楓與汪濤是論文的共同通訊作者。
因課題需求，饒楓副教授實驗室現招聘多名細胞、生化、或生理/神經方向博士後及研究助理，博士後待遇按深圳市標準執行。有意者請將簡歷發至 raof@sustech.edu.cn。課題組主頁：http://faculty.sustech.edu.cn/raof/
原文連結：
https://www.pnas.org/content/early/2020/02/10/1911998117
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