
蛋白質(zhì)的泛素化修飾是一類具有多種效應(yīng)的蛋白質(zhì)翻譯后修飾,與眾多的生理過(guò)程和疾病密切相關(guān)。線性泛素化是一類新型的泛素化修飾,廣泛參與炎癥、抗入侵病原體的選擇性自噬以及先天免疫相關(guān)的信號(hào)通路。線性泛素鏈組裝復(fù)合物(linear ubiquitin chain assembly complex, LUBAC)是目前發(fā)現(xiàn)的唯一一個(gè)介導(dǎo)線性泛素鏈合成的E3泛素連接酶,由催化亞基HOIP和兩個(gè)調(diào)節(jié)亞基SHARPIN、HOIL-1L所組成。尤其重要的是,LUBAC中任何一個(gè)亞基的功能缺失會(huì)在小鼠模型或人類身上引起炎癥、免疫缺陷甚至胚胎死亡。已有的研究表明單獨(dú)的HOIP處于低活性狀態(tài),自身的UBA結(jié)構(gòu)域與催化核心區(qū)域之間存在自抑制。HOIL-1L或SHARPIN的結(jié)合可以激活HOIP,從而有效地催化線性泛素鏈的合成,但是目前HOIP自抑制的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),以及SHARPIN和HOIL-1L激活HOIP的分子機(jī)理依然未知。
近期,中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所生命有機(jī)化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的潘李鋒課題組成功解析了HOIP UBA結(jié)構(gòu)域結(jié)合SHARPIN UBL結(jié)構(gòu)域的復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)SHARPIN與HOIL-1L可以同時(shí)結(jié)合在HOIP的UBA結(jié)構(gòu)域上的兩個(gè)截然不同的位點(diǎn),既可以單獨(dú),也能協(xié)同激活HOIP的酶活性。系統(tǒng)的生物化學(xué)和酶學(xué)實(shí)驗(yàn)研究詳細(xì)地揭示了HOIP的激活機(jī)制:SHARPIN或HOIL-1L的結(jié)合,改變了UBA結(jié)構(gòu)域和催化核心區(qū)的相對(duì)取向,從而解除自抑制,并促進(jìn)底物進(jìn)入催化核心,加速線性泛素鏈合成。
該工作還清晰地解決了一個(gè)在以往研究中存在激烈爭(zhēng)議的基本問(wèn)題:HOIP的哪一個(gè)結(jié)構(gòu)域直接結(jié)合了SHARPIN?該團(tuán)隊(duì)利用蛋白質(zhì)復(fù)合物結(jié)構(gòu)和生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了是HOIP的UBA結(jié)構(gòu)域,而非NZF2結(jié)構(gòu)域與SHARPIN結(jié)合。SHARPIN與HOIL-1L協(xié)同結(jié)合HOIP還很好地解釋了LUBAC復(fù)合物在細(xì)胞內(nèi)存在的三種不同組合,以及對(duì)應(yīng)的不同酶活性。該項(xiàng)研究工作以標(biāo)題“Structural Insights into SHARPIN-Mediated Activation of HOIP for the Linear Ubiquitin Chain Assembly ”在線發(fā)表于Cell子刊Cell Reports雜志(Cell Reports, October 3, 2017, DOI: http://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(17)31306-2)。
潘李鋒課題組的副研劉建平博士為本文的第一作者,上述研究工作得到國(guó)家青年千人計(jì)劃項(xiàng)目、科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)項(xiàng)目、科技部973計(jì)劃青年專題項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金委面上項(xiàng)目、上海市科委、生命有機(jī)化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及中國(guó)科學(xué)院的資助。

圖1.(A)SHARPIN,HOIP,HOIL-1L蛋白的結(jié)構(gòu)域組成以及HOIP的UBA結(jié)構(gòu)域結(jié)合SHARPIN的UBL結(jié)構(gòu)域的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu);(B)在LUBAC復(fù)合物的三種組合方式中,SHARPIN和HOIL-1L可以單獨(dú)或協(xié)同結(jié)合HOIP,促進(jìn)底物(E2)的結(jié)合,激活HOIP的酶活性。
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